空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)《遙感技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)探討

武辰

摘要：《遙感技術(shù)應(yīng)用》是武漢大學(xué)空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本文結(jié)合武漢大學(xué)在遙感領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，探討了本課程的課程目的、教學(xué)內(nèi)容以及實驗教學(xué)。本文認(rèn)為《遙感技術(shù)應(yīng)用》最主要的目的是讓學(xué)生掌握遙感技術(shù)的基本原理，了解最新的技術(shù)發(fā)展情況和實際應(yīng)用，并能夠根據(jù)實際問題選擇合適的遙感技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)；空間信息與數(shù)字技術(shù)；武漢大學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）39-0171-02

一、引言

空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)于2004年成立于武漢大學(xué)國際軟件學(xué)院，目前已經(jīng)有包括電子科技大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、廈門理工大學(xué)、成都理工大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）等多所院校開設(shè)了相關(guān)專業(yè)。武漢大學(xué)空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)以培養(yǎng)具有扎實的軟件工程理論基礎(chǔ)和深厚的空間信息技術(shù)基礎(chǔ)，能夠從事地理空間數(shù)據(jù)分析、工程設(shè)計與管理、軟件開發(fā)、地理信息服務(wù)與共享工作的高級人才為目標(biāo)，結(jié)合武漢大學(xué)在測繪科學(xué)、地理科學(xué)以及計算機科學(xué)等學(xué)科上的優(yōu)勢，建設(shè)了一套既具有學(xué)科通用性又包含學(xué)科交叉特色的專業(yè)課程體系。其中，遙感技術(shù)作為重要的空間信息獲取方式，是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)本科生的重要知識結(jié)構(gòu)組成，也已經(jīng)作為一門專業(yè)選修課，即將寫入最新修訂的專業(yè)培養(yǎng)方案。武漢大學(xué)在攝影測量與遙感學(xué)科領(lǐng)域具有國際領(lǐng)先的技術(shù)實力。因此，充分發(fā)揮武漢大學(xué)在遙感技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)勢，能夠為空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的本科生提供豐富的課程內(nèi)容，掌握遙感技術(shù)的基本理論與方法，熟悉國際先進(jìn)的遙感軟硬件技術(shù)，接觸國內(nèi)外遙感技術(shù)的重要發(fā)展與應(yīng)用。本文主要通過結(jié)合武漢大學(xué)在攝影測量與遙感領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，探討空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)《遙感技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)中的課程目的、教學(xué)內(nèi)容、實驗教學(xué)，為課程教學(xué)改革提供參考。

二、課程目的

《遙感技術(shù)應(yīng)用》是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)選修課。本課程主要介紹遙感技術(shù)的原理、軟硬件技術(shù)以及最新應(yīng)用。使學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握遙感技術(shù)的基本概念和基本原理，了解當(dāng)前遙感技術(shù)的最新發(fā)展情況，熟悉遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求選用合適的遙感手段解決實際問題。作為一門專業(yè)選修課，本課程最主要的目的就是向本科生普及遙感技術(shù)和介紹其廣泛的應(yīng)用。通過了解遙感的基本原理，能夠?qū)唧w應(yīng)用所涉及的理論方法有基本的了解，讓學(xué)生能夠在將來的學(xué)習(xí)和工作中根據(jù)具體問題來選擇相應(yīng)的遙感技術(shù)手段。因此，本課程求“廣”，不求“深”，重點講解遙感技術(shù)基本原理，對于數(shù)據(jù)解譯方法等內(nèi)容只做初步介紹，需要花較多的學(xué)時來講授遙感的最新應(yīng)用與其相關(guān)的技術(shù)，并分析選擇該技術(shù)的原因。最后，本課程還將安排一定課時的實驗課，通過實際案例和真實數(shù)據(jù)來幫助學(xué)生來對遙感技術(shù)有更直觀的了解。

三、課程內(nèi)容

針對本課程的教學(xué)目的，本文建議本課程可以安排以下教學(xué)內(nèi)容。

1.遙感技術(shù)的基本概念。遙感技術(shù)已經(jīng)發(fā)展為包括多光譜遙感、高光譜遙感、熱紅外遙感、微波遙感、干涉雷達(dá)遙感、激光雷達(dá)遙感等多種被動、主動感知手段的通用技術(shù)。因此，本課程首先通過介紹遙感技術(shù)的基本概念，為學(xué)生講解遙感技術(shù)的范圍和內(nèi)涵，為后續(xù)內(nèi)容做好鋪墊。

2.遙感技術(shù)的基本原理。遙感技術(shù)從原理上可以分為被動接受電磁波的被動遙感和主動發(fā)射電磁波的主動遙感。相比于雷達(dá)等主動遙感，被動遙感及其獲取的數(shù)據(jù)更加符合一般的認(rèn)知，也更易于理解。因此，本教學(xué)內(nèi)容應(yīng)從被動遙感開始講解，介紹電磁波輻射原理、地物光譜、大氣與電磁波的相互作用。

3.可見光遙感?？梢姽膺b感是遙感領(lǐng)域最常見的技術(shù)。因此，從可見光遙感入手，能夠讓學(xué)生將遙感技術(shù)同日常生活聯(lián)系起來。本課程從應(yīng)用廣泛的衛(wèi)星地圖引入，介紹航空/航天遙感系統(tǒng)、掃描成像方式、影像解譯方法。最后，本課程會對可見光遙感的應(yīng)用進(jìn)行簡要介紹。

4.熱紅外/高光譜遙感。本部分以可見光遙感為基礎(chǔ)，將光學(xué)遙感的光譜范圍從可見光擴大到遠(yuǎn)紅外范圍，介紹熱紅外遙感和高光譜遙感技術(shù)。本課程首先講解可見光范圍外包括近紅外、中遠(yuǎn)紅外和遠(yuǎn)紅外光譜特征的意義和用途，然后再讓學(xué)生熟悉熱紅外遙感和高光譜遙感技術(shù)的成像方式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、影像解譯方法，了解熱紅外/高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

5.微波遙感。微波遙感是應(yīng)用非常廣泛的一種遙感技術(shù)。但是由于微波遙感的特殊性，需要在學(xué)生對遙感技術(shù)有一定基礎(chǔ)后進(jìn)行接觸。本課程主要講解雷達(dá)成像原理、雷達(dá)圖像的特征、雷達(dá)圖像的解譯方法、極化雷達(dá)和干涉雷達(dá)技術(shù)，并廣泛介紹微波遙感在地形測量、沉降監(jiān)測等領(lǐng)域的應(yīng)用。

6.激光雷達(dá)遙感。激光雷達(dá)是當(dāng)前最先進(jìn)的遙感技術(shù)之一。本課程將講解激光測距原理、機載激光雷達(dá)系統(tǒng)的組成、成像原理、點云數(shù)據(jù)的解譯方法，并通過實際例子介紹機載激光雷達(dá)在城市建模等領(lǐng)域的應(yīng)用。

7.遙感技術(shù)的實際應(yīng)用。本課程作為一門專業(yè)選修課，希望達(dá)到讓學(xué)生掌握技術(shù)原理，并能夠針對具體應(yīng)用問題選擇合適的遙感技術(shù)。因此，遙感技術(shù)的實際應(yīng)用應(yīng)該占用一定比例的學(xué)時數(shù)，并以實際案例為導(dǎo)向。本內(nèi)容將在各個領(lǐng)域選擇重要的應(yīng)用案例，并講解所用的遙感技術(shù)與原理，分析選用該技術(shù)的原因和優(yōu)缺點。案例選擇應(yīng)該包括一些學(xué)生能切身接觸的案例、意義重大的案例以及新奇前沿的案例。本文建議應(yīng)用案例包括包括：城市遙感（武漢市擴展）、環(huán)境監(jiān)測（土壤沙化）、植被遙感（亞馬遜雨林砍伐）、水體遙感（鄱陽湖水質(zhì)監(jiān)測）、農(nóng)業(yè)遙感（精密農(nóng)業(yè)）、沉降監(jiān)測（上海市沉降監(jiān)測）、極地遙感（北極海冰變化）、數(shù)字地形（數(shù)字地形圖生成）、城市建模（城市建筑物建模）、夜光遙感（中國城市分布）、行星探測（火星遙感圖像分析）等。

8.遙感技術(shù)的最新發(fā)展。本內(nèi)容在課程的最后，用于擴展學(xué)生的知識面，介紹遙感技術(shù)的前沿科技和發(fā)展方向，例如，無人機遙感、層析雷達(dá)成像等。endprint

四、實驗教學(xué)

遙感技術(shù)是一門重實用的科學(xué)技術(shù)，因此本文認(rèn)為本課程需要安排一定課時的實驗課，讓學(xué)生簡單學(xué)習(xí)使用通用的商業(yè)軟件，通過對遙感圖像進(jìn)行顯示、增強、分類、變化檢測等處理，來處理不同類型的遙感數(shù)據(jù)，增強對遙感技術(shù)的理解。實驗案例可以包括以下幾點。

1.多光譜遙感影像。學(xué)習(xí)使用軟件顯示不同的光譜波段，觀察不同波段組合下地物的可分性，利用分類方法提取城市地物分布，分析多年城市發(fā)展情況。

2.高分辨率可見光遙感影像。在軟件上顯示高分辨率遙感影像，觀察不同分辨率下遙感影像的差異，學(xué)習(xí)不同方式的圖像增強效果，利用分類方法提取建筑物和道路。

3.高光譜遙感影像。顯示高光譜遙感影像，提取不同地物的光譜曲線，觀察不同地物的光譜曲線差異，選用合適的方法提取某一類地物。

4.干涉雷達(dá)遙感影像。顯示干涉雷達(dá)影像，觀察不同的干涉條紋與地面沉降的關(guān)系，采用軟件計算地面沉降情況。

5.激光雷達(dá)遙感影像。在軟件中顯示激光點云，通過三維旋轉(zhuǎn)觀察城市不同地物的點云特征，利用軟件進(jìn)行簡單的城市建模。

五、總結(jié)

本文對武漢大學(xué)國際軟件學(xué)院空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)選修課程《遙感技術(shù)應(yīng)用》的課程目的、教學(xué)內(nèi)容以及實驗教學(xué)進(jìn)行了探討。本文認(rèn)為作為一門專業(yè)選修課，本課程的主要目的是使學(xué)生掌握遙感技術(shù)的基本原理，了解最新的技術(shù)發(fā)展情況和實際應(yīng)用，并能夠根據(jù)實際問題選擇合適的遙感技術(shù)手段。因此，本課程重要的是讓學(xué)生將實際問題和遙感技術(shù)聯(lián)系起來，通過案例理論聯(lián)系實際?！哆b感技術(shù)應(yīng)用》是空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)知識的重要組成部分，除了本文討論的內(nèi)容外，還有教材、習(xí)題、考核方法等問題需要進(jìn)一步研究和思考。由于本課程需要緊跟遙感技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，因此還需要不斷充實課程內(nèi)容，在教學(xué)中不斷改革和創(chuàng)新。

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