无人机遥感技术在“旅游规划”课程实践教学中的应用

2018-08-09

中国林业教育 2018年5期

(北京第二外国语学院旅游管理学院，北京 100024)

遥感技术以宏观、综合、快速、动态、准确的优势为地球资源环境监测与研究提供了先进的探测与研究手段[1]。但传统遥感技术存在运行作业成本高、操作困难、起降不方便、安全性低、时效性差、较易受天气影响等缺点[2]。相比之下，无人机遥感技术具有更高的时间与空间分辨率，其遥感影像可达到厘米级；无人机拍摄不易受云层和天气影响，可获得无阴影图像；成本更低，灵活性更强[3]。

作为一门综合性强、实践依赖程度大、技术含量高的课程，“旅游规划”课程教学主要是按照传统旅游规划技术流程，完成地物信息的获取、旅游资源的调查与分类、空间规划以及旅游产品的策划展示等，这一切内容的完成都需要到现场开展全域踏查，并结合3S分析技术以及AutoCAD、Photoshop、3dsMax、Sketchup等软件进行规划图件的制作。由于学时有限，教师无法在较短的学时里将所有涉及到的分析工具与软件的操作方法教授给学生。因此，“旅游规划”课程实践教学急需开发一套适合于短期教学的空间分析技术及制图工具。随着科技的进步，无人机遥感技术的发展日新月异，为“旅游规划”课程实践教学带来了新的形式。

一、无人机遥感技术应用于“旅游规划”课程实践教学发挥的作用

由于无人机遥感技术高度集成、简单易懂，可以在旅游资源的调查与分类、旅游空间布局和功能分区、景区规划成果的立体展示等教学环节发挥独特作用，并能快速解决教学过程中实际操作的难点问题。

首先，在“旅游规划”课程实践教学中，教师可以利用无人机遥感技术获取地面正射影像，并结合不同旅游资源的图像特征，运用基于对象的影像分类技术，对地物进行分类，以获得高精度土地利用现状图和旅游资源分布图，从而进一步实现旅游功能分区。其次，在旅游规划成果展示阶段，教师可以利用无人机遥感的图像处理技术，在景区内设置若干空中观察点并制作相应的全景影像，学生结合热点设计，将含有文字、地面图片以及视频的景点介绍纳入到全景展示系统之中，形成720度的全景产品。

二、无人机遥感技术应用于“旅游规划”课程实践教学的配套措施

(一)结合课程实际需求确定无人机遥感技术的教学目标

无人机遥感技术分为数据获取和数据处理两大部分。随着科技的飞速发展，以往复杂的无人机飞行变得越来越智能化，在数据获取阶段，学生只需掌握无人机航线规划和简单的飞行技术即可。因此，笔者结合教学实际需求，将无人机遥感技术的教学目标确定为：学生可以独立而高效地获取无人机遥感数据，并能够对遥感数据进行加工与分析。

(二)对课程实践教学内容进行模块化设计

首先，教师定好遥感面积与目标分辨率后，要求学生能够独立进行航线规划，实现自动飞行与数据的获取。其次，在数据处理阶段，教师应重点要求学生掌握图像拼接、遥感分类与地理信息分析方法。

笔者将课程教学内容进行了模块化设计，包含了无人机遥感概论、无人机基本操作规范、无人机航线规划、自动飞行技术、无人机快速制图技术(720度全景/数字正射模型(DOM)/数字高程模型(DEM)/三维重建)与无人机遥感图像解译等模块。这些模块覆盖了“旅游规划”课程实践教学中旅游资源调查与分类、旅游空间布局与功能分区、景区规划成果立体展示等内容。具体授课形式和学时分配见表1。

表1 “旅游规划”课程模块化实践教学内容及其学时分配小时

其中，“无人机遥感概论”主要讲授无人机遥感的历史沿革、最新研究成果与应用进展，介绍当前不同类型无人机的特点以及不同类型机载传感器的应用场景。“无人机基本操作规范”主要讲授飞行器飞行原理、遥控器的使用、四边飞行、自动航线规划、特情处理等方法。“无人机航线规划与自动飞行技术”主要讲授如何通过无人机地面站对航线和拍摄模式进行设置，从而获取满足旅游规划要求的数字正射影像。“720度全景摄影”介绍的是通过实地飞行来获取影像素材，经过后期的软件处理，生产出720度全景产品，同时结合旅游专业特点，设置旅游热点区域介绍，并将若干个全景产品进行链接处理，从而构建出景区全景展示体系。“无人机DOM/DEM产品生产”主要讲授Agisoft软件对获取的正射影像进行位置排列，生成密集点云和纹理，使学生掌握不同参数设置对最后产品分辨率以及精度的影响。“无人机三维建模技术”主要讲解如何使用DOM与DEM模型进行地形地物三维重建。“遥感图像解译”讲授基于像素与对象的两大分类方法以及相应的软件操作方法，最后，将两种方法得出的结果进行对比。

(三)实施案例教学法

“旅游规划”课程是一门实践性较强的课程，通过对无人机遥感技术的讲授，使学生掌握先进的旅游资源调查技术方法，因此课程教学要求学生除了要具备一定的理论知识外，还需要有大量的实践经验予以支持。因此，笔者在教学中实施了案例教学法，结合具体景区实地勘察，让学生直观掌握无人机遥感技术，并将其应用到旅游规划的基础规划分析中。案例教学法有助于提高学生的创新能力，最大限度地挖掘学生的潜力。但实施案例教学需要注意的是选择的实践景区必须要具有全流程特征，即一个案例应体现出利用无人机遥感技术获取数据到数据分析的全部工作的流程和要素。

(四)搭建课程学习交流平台

任课教师应开设微信公众号，将课程教学内容分阶段上传到网络，便于学生课后查阅、学习。同时教师应建立课程的微信群，便于教师与学生、学生与学生之间进行技术交流和信息共享。此外，教师还应鼓励学生将自己制作的学习成果在社交媒体上进行展示，因为外部的肯定和赞许不仅能提升学生的学习动力，还能增强学生的自信心，从而吸引更多的旅游管理专业的学生加入到无人机遥感技术的学习中来。

(五)对学生的学习效果进行考核与评价

“旅游规划”课程实践教学结束后，教师应组织学生在规定的时间内独立完成从无人机数据获取到影像解译的全过程，将其作为课程考核内容。通过课程考核，学生能够发现知识和技能的盲点，从而进行查漏补缺。课程考核结束后还应进行教学评价，让学生和教师一起对教学实施过程中存在的问题进行分析，以进一步提高教学质量和效果。原则上，每一个学生都应该独立进行考核，但是在实际操作过程中，考虑到时间和效率问题，也可以采取分组考核的方式。

三、无人机遥感技术应用于“旅游规划”课程实践教学的实际操作

(一)选择适合教学的地点

“旅游规划”课程应选择在浅山区开展教学实践，因为浅山区地形相对开阔，较之平原区，地貌类型更加丰富，有利于学生进行无人机飞行实践及遥感分类试验。

(二)确定适合授课使用的无人机机型

目前，成熟的无人机机型分为固定翼、多旋翼和混合翼3种。其中，固定翼无人机的续航能力最强，但是对于起降场地和操控者的技术要求较高，操控者通常需要经过几十天的操作培训，才能胜任工作。多旋翼无人机续航能力较弱，但是对起降场地和操控者的技术要求较低。混合翼无人机兼具固定翼和多旋翼的优势，但购置成本较高。通过对使用成本、操控复杂程度和山地森林景区特点的综合考虑，笔者选择多旋翼无人机作为授课时使用的机型。

(三)确定开展无人机飞行实践的模式

在进行无人机飞行实践教学时，笔者将学生分组进行实践操作，每组之间要有一定的安全距离，以避免发生碰撞事故。在进行数据处理时，由于无人机拍摄数据量较大，需要较长的处理时间，教师可以利用该时间让学生对无人机操作进行强化训练。需要注意的是，山地森林景区规划的工作环境比较复杂，需要着重对学生进行飞行安全方面的教育，同时，让学生掌握航线角度、相机角度、飞行速度、影像重叠率等重要参数设定的原则。

在进行无人机自动航线飞行实践过程中，选取的样区面积不宜过大，影像的航向重叠率和旁向重叠率可以分别设置为60%与70%，以能够放置3条平行航线为宜。这样设置的目的在于既能获取足够的重叠度以满足后期拼接的要求，又没有过多的影像。

目前，“一站多机”即一个地面站控制多个无人机同时开展自动航线飞行的航测模式已经初露头角，与传统的“一站一机”模式相比，“一站多机”大幅度提高了工作效率，在有条件的情况下，可以尝试开展该模式的教学。

(四)明确无人机遥感数据处理的要求

在对无人机遥感技术获取的数据处理阶段，需要用到图像拼接、图像处理、遥感分类、地理信息系统等不同软件。学生需要明确每种软件所对应的数据处理内容。对于旅游管理专业的学生来说，精通这些专业软件的计算原理有些勉为其难，也无必要。因此，笔者针对数据处理中每一个阶段的具体情况，让学生掌握软件输出流程中的每一步具体操作过程即可。以遥感影像解译处理为例，当前主流的两种目视解译方式为基于像素的分类与基于对象的分类。由于无人机遥感的图像分辨率很高，能够很好地将地面物体(对象)轮廓区分出来，相对于传统的基于像素的分类方法，基于对象的分类方法具有较高的解译精度，但是基于对象的分类方法计算过程较为复杂。考虑到旅游管理专业学生的知识储备，笔者尝试用浅显易懂的语言将两种方法的区别讲授清楚，使学生尽快掌握解译方法。在软件操作的实践中，教师应先把整体计算逻辑和步骤讲授清楚，在讲授每一个计算过程的同时，进行软件操作，着重介绍软件中的参数设置，至于计算本身的原理公式等则不用过多介绍。

(五)规定实践教学成果的输出形式

教学成果的输出形式主要体现在旅游资源分类、旅游功能分区以及规划成果展示等方面。通过无人机遥感技术完整的操作流程，可以对地物信息进行获取，进而实现旅游资源分类；在地物识别与资源评价的基础上，可以刻画出基本的旅游功能分区，为下一步规划旅游线路、旅游小品、旅游景点奠定基础。最后可以对旅游规划成果进行720度全景展示。