遥感科学（共8篇）
遥感科学 篇1
摘要：针对环境科学专业培养目标和遥感技术自身的特点,从优化教学内容、改革教学方法和培养实践创新能力等方面总结和探索遥感课程在环境科学专业中的教改新思路,认为应侧重构建课堂教学与科研、野外实践教学相结合的教学模式,采用遥感专业软件实验教学辅助多媒体的教学方法,旨在增强学生掌握利用遥感技术解决实际环境问题的创新能力,为高等院校环境科学专业学生遥感技能培养提供借鉴和参考。
关键词：环境科学,遥感,教学改革,实践创新
随着人类活动的加剧，环境问题日趋严峻。卫星遥感技术(Remote Sensing)是20世纪60年代发展起来的一种地球探测手段，其可快速地监测与跟踪地表动态变化信息，因而在资源普查和环境监测等方面具有广泛的应用。[1,2]
因此各高校的环境科学本科专业多将遥感课程作为一门必修课列入了教学大纲，该课程侧重培养学生掌握遥感基础知识，以及利用遥感技术解决实际环境问题的能力。多数院校环境科学专业自建设以来就注重遥感课程的讲授，但教学模式存在着重理论轻实践和实践教学模式呆板等问题，制约了学生遥感应用能力的提高。如何结合环境科学的专业特点和人才培养目标，切实提升利用遥感技术解决实际环境问题的创新能力，仍是本课程教学中需要深思的问题。
本文结合环境科学专业遥感课程的授课情况和教学实践，从现行教学过程存在的问题出发，将遥感课程教学与环境科学人才需求有机结合起来，从优化教学内容和改革教学方法等方面对该课程教学进行探索和总结，旨在提高学生利用遥感技术解决实际环境问题的创新能力。
1 教学内容的选取
1.1 教材和目标定位
要使教学内容合理，首先要选取一本合适的教材。[3,4]不同的教材各有特色，侧重点亦有所差异，有的注重理论方法，有的偏重实际应用。环境科学专业的遥感课程注重培养学生利用遥感技术对环境问题进行监测、分析和管理的能力，因此本课程适宜选取侧重于应用的教材，如参编教材为陈述彭的《遥感地学分析》和赵英时主编的《遥感应用分析原理与方法》等。同时在专业软件选取上考虑到界面易用，开发灵活性等特点，可选取ENVI遥感图像处理软件进行实例教学。
遥感课程本身内容较多，针对环境科学专业的本科学生，在学时有限的条件下，需缩短遥感基础理论的讲授，同时适当扩大遥感实验和应用的教学环节。在教学过程中侧重理论联系实际，将教学内容划分为理论部分和实践部分：其中理论部分主要包括电磁波、传感器及成像原理、遥感图像的存储等内容，实践教学内容以“影像获取-预处理-分类及后处理-应用”为主线，重点讲授常用遥感数据(TM,MODIS,ALOS和SPOT)的获取方式，预处理方法(辐射校正、地形校正和几何校正)、分类方法(监督和非监督分类、面向对象分类、决策树分类和神经网络分类)以及精度评价和重编码等后处理过程，最后则以江苏沿海开发为背景，围绕土地利用变化分析、滩涂生态环境评价、水环境和大气监测等主题进行应用实例教学，重在提高学生利用遥感技术解决实际环境问题的兴趣和能力。
1.2 教学内容更新
遥感技术的发展使得知识更新速度很快，新理论、新方法和新的研究领域不断出现，用人单位对学生的实践能力的需求也不断增强。[5,6]因此在整个教学过程中还需不断对现有教材内容更新，让学生掌握遥感技术的最新动态，尤其是遥感技术在环境科学中的最新应用领域，以弥补现有教材内容的滞后性。
在教学过程中可依托现有科研项目对教学内容进行整合和优化，将自己从事科研项目过程中了解的国内外研究现状以及存在的问题进行补充讲授，比如笔者曾从事过遥感技术在区域蒸散发估算、土地利用覆盖变化以及水环境监测等应用相关的科研项目，在教学过程中就可以结合该项目进行典型案例分析，同时将本学科的发展趋势与学生一起讨论，从而激发学生的学习兴趣。
教学内容完善上还需整合对本学科技术形成和发展具有重要意义的期刊资料(如环境科学、生态学报、地理学报和"Remote Sensing of Environment"等杂志)，渗透到课程建设之中，不断充实教学内容，使教学内容具有前瞻性。考虑到环境科学专业的学生由于缺少地理学、地图学和程序设计等知识结构，往往会反感复杂的遥感理论知识，缺少主观能动性，可围绕遥感技术开展课程群建设，加强本课程与环境信息系统、环境影响评价等课程之间的联系，从而增强学生利用跨学科技术手段解决实际问题的能力。
2 教学手段和方法的创新
2.1 专业软件辅助多媒体教学
遥感课程包含大量的遥感图像信息，因此目前普遍使用PPT教学方式。为了增加学生对遥感理论方法的掌握，有必要在课堂上增加以实验数据为主的遥感软件演示教学。通过遥感软件可以将理论及方法用图形和图像的形式直观再现，激发学生学习兴趣，提高应用先进的遥感技术的能力。
同时在教学过程还需设计一些综合软件训练科目。比如笔者在实际教学过程中设计了类似《滩涂资源与环境监测》的综合实验，拓展了遥感技术与地理信息系统(Arcgis)和计算机辅助制图(AutoCAD)等地学处理软件之间的数据共享操作，在增强学生环境数据处理方面的综合实践能力方面取得了较好的反响。
2.2 网络和启发式教学手段
遥感课程理论抽象，应用性比较强，在教学过程中，宜采用启发式教学方式[3]，让学生独立思考，引导学生去发现和解决实际的问题。比如在讲解植被的光谱特征时，可以基于全色图像、多光谱等各种常用的卫星遥感数据，形象和直观呈现不同的植被类型、不同的植被生长阶段和状况在遥感样片上的差异，增强学生对“同物异谱”和“同谱异物”规律等遥感知识的理解和掌握，充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性。
同时还可利用Google Earth软件，USGS和地理空间云数据等平台免费浏览全球各地分辨率相对较高卫星图片，作为遥感教学影像资料，或用作科研数据。建立和完善实验数据库，依托现有的科研项目和实验平台，购置SPOT,MODIS和TM等多类型遥感数据和行政矢量地图。通过Internet网络，师生共同交流和关注遥感最新事件和日益严重环境问题，如高分卫星的发射、城市雾霾和水污染事件，引导学生利用现有环境问题解决实际的环境问题。
3 实践创新能力的培养
实践教学环节对培养学生的创新思维和科研能力具有重要的作用，环境科学专业作为非遥感专业开设遥感课程，其技能要求为应用型，理论联系实践显得尤为重要。
在实践教学上可以以基础理论、基本方法和基本操作为基础，构建分层次的能力训练模式，初期可以安排一些主流遥感数据搜集与处理基础方法的介绍；中期安排一些专业软件应用课题；后期通过科研项目培养创新能力。实践能力培养还需改革传统以卷面成绩为主的考试制度，注重多元化的考核方法，增加理论环节课堂提问、讨论等考核，以及实践环节的软件操作和科研能力考核，以考试促教学，切实提高学生实践创新的主动性。
3.1 增强课堂练习和野外实习环节
通过课堂练习和野外实习，使学生更好地理解和掌握遥感的基本概念，基本原理和基本方法，熟悉遥感专业软件的基本操作，增强对不同地物的光谱差异的正确认识。
课堂练习环节主要以示范性和验证性为主，学生可通过操作实例增强对理论知识的理解。例如在讲授遥感影像的几何配准过程中，结合试验指导书和软件操作，以图形的方式呈现控制点数目和位置变化对图像纠正效果的影响，增强对几何校正影响因素的理解。
野外实习设计主要包括遥感影像数据的准备和预处理、解译标志的建立和野外考察路线的设计等环节。通过野外实习，加深对图像目视和计算机自动分类原理和过程等教学内容的认识。野外实习适宜以学校周边的多光谱影像为例，也可结合区域特色，如在盐城工学院的教学实践过程中，考虑到沿海大开发形势下，采用了沿海滩涂资源开发和保护为实践背景材料，通过实验区的实地考察，使学生掌握假彩色合成图像和地物的识别特征等遥感基础理论知识，同时通过野外实习教学也可进一步引导学生利用遥感技术对滩涂生态环境问题进行检测和分析。
3.2 专业软件开发能力培养
在遥感教学中，专业软件开发能力也是实践创新教学的重要内容。ENVI是由遥感领域的科学家采用IDL(Interface Description Language)开发的一套功能强大的、完整的遥感图像处理软件[7]，因此在利用ENVI软件进行实验教学过程中，可以增加利用IDL演示实例丰富教学内容，例如进行遥感影像融合效果评价的过程中，可让学生掌握IDL的学习方法，并学会编写IDL命令调用ENVI函数，进行数据的读取，熵值的计算和融合效果的评价。既可以提高学生的编程能力，又可更好的理解操作的本质，提高学生的专业软件开发能力。
3.3 鼓励学生从事科研活动
课堂练习通常是严格按照实验指导操作，相对缺少创新性，因此还需要通过科研项目的锻炼，进一步强化学生运用专业知识和遥感技术解决实际问题的能力。科研活动主要以遥感兴趣小组、大学生创新项目和导师科研项目为主要形式。
遥感兴趣小组依据应用领域的不同进行组建，如组建滩涂植被组、水体污染检测组以及大气污染检测组等，考核任务下达后，各小组之间共同完成数据资料的查找、分析和结果输出等工作，最后以小组为单位进行评分和总结。学生在完成专题任务中不仅增强综合分析问题和表达能力，同时也熟悉了基本的科研方法和过程，激发了学生自主探索的热情。
此外，在遥感应用小组的基础上，鼓励学生申报大学生创新项目(SRT)和撰写学术论文，同时吸引学生参与老师的科研活动，鼓励学生发表高质量遥感教学论文将学生的毕业论文尽可能与科研课题相结合，通过毕业论文团队建设提高学生毕业论文的深度和广度。
4 结束语
随着环境问题的不断出现和遥感技术的不断发展，环境科学专业对遥感教学提出了更高的要求。本文针对环境科学专业开设遥感课程的特色需求，将遥感课程教学与环境科学的人才需求有机结合起来，认为在环境科学专业中的遥感课程教学过程中，应侧重于遥感应用能力的提高，在教学方法上应综合专业软件示范教学和多媒体教学方法，并通过课堂练习、野外实习和科研项目训练巩固遥感课程的理论知识，熟练掌握利用遥感技术解决实际环境问题从而培养学生的创新能力。
虽然本文针对环境科学专业的遥感课程教学改革进行了探索与实践，学生在新获省级以上创新项目和优秀毕业论文等方面均得到了提升，但诸如围绕以遥感课程的课程群建设、专业实践教材以及教改成效的量化评价等方面仍需要进一步的探讨，以期满足环境遥感应用型创新人才培养需求。
参考文献
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遥感科学 篇2
A培养目标：
培养具有较宽知识面，掌握一定的相关学科知识，了解本学科的发展与学科前沿，有创新意识，并能独立从事本学科及其交叉学科研究的能力。
B培养要求：
该专业主要学习遥感技术、电子技术和计算机科学与技术等方面的基本理论和基本技能，学习地理信息系统、空间定位系统与遥感信息工程集成理论和方法，并能组织和实施各类应用系统的设计、开发和管理。主要包括：
掌握数学、物理、电子技术、计算机应用技术等方面的基本理论和基本知识;
掌握遥感机理、遥感数字图像处理、遥感信息工程及应用的基本技能与方法，了解其理论前沿、应用前景及最新发展动态;
掌握相关学科地理信息系统、空间定位系统、测绘工程等的原理和方法;
掌握资料查询、文献检索及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法，具有一定的实验设计、创造实验条件，归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流等能力。
C 培养对象：本科，学制四年，授予工学学士。
D 主干学科：遥感科学与技术、信息科学、地理学
E主要课程：电磁场理论、通讯原理、电路信号与系统、微波技术、遥感原理与方法、微波遥感、数字信号处理、数字图像处理、GPS原理、误差理论与测量平差基础、摄影测量基础、遥感应用模型、激光成像、雷达干涉测量、模式识别与人工智能。
F主要实践性教学环节：课程实习、集中实习和毕业设计，共16学分，分别在3―8学期的32周执行。
G主要专业实践：遥感原理与方法实习、微波遥感实习、地理信息系统实习、数字图像处理实习、数字信号处理实习、电路信号与系统实习、遥感图像解译实习。
1、遥感机理与方法
重点围绕反演理论与方法、遥感产品优化等开展研究工作，已形成丰富的成果和数据积累。主要标志性成果包括：
(1)我国典型地物标准波谱数据库建设，完成3万余条数据的收集和采集;
(2)提出了基于USM-IM(不确定性与敏感性矩阵)的信息流控制方法，实现反演过程中分阶段的定量化;并选择集合卡曼滤波，遗传算法等数学方法应用于多阶段反演。 (3)研制了机载多角度遥感成像系统(AMTIS)实验样机用于获取可见、近红外和热红外3个波段9个角度的机载多角度多光谱图像，在地表反照率、叶面积指数、组分温度的反演和农田旱情监测方面具有优势;
(4)数据同化系统正在建设中。
2、微波遥感
主要开展地物微波辐射特征以及土壤水分、雪水当量、冻融过程和植被叶片含水量等参数的微波遥感反演算法研究。拟结合近几年微波遥感器的快速发展，通过发展模型和地面试验系统，促进参数反演算法的开发和提高大尺度被动微波遥感反演的可信度。主要标志性成果包括：
(1)基于星载辐射计的土壤水分被动微波遥感估测算法改进，以及裸露随机粗糙地表辐射参数化模型的发展;
(2)考虑多次散射的积雪参数化模型的发展;
(3)冻土介电常数模型和开发及实验测试系统的研制;
(4)地基4波段8通道微波辐射计试验系统的联合开发，并成功运行，取得了可靠数据。
3、水文气象遥感
重点研究水文气象参数的遥感反演算法，以及遥感数据在水文气象模式中的应用方法。近期拟以蒸发散为重点，结合陆面过程模式和地面试验，研究地面站点观测数据的面尺度拓展理论和方法。
(1)首次成功应用了大孔径闪烁仪、涡度相关仪与波文比-能量平衡装置等组成的通量观测系统，结合足迹模型获取了不同分辨率的卫星像元尺度的通量实测值;
(2)在北京市密云和大兴、河北省馆陶县建立了以大孔径闪烁仪、涡度相关仪与自动气象站为主要观测手段的遥感地面验证站;
(3)结合多源的卫星遥感信息，建立了基于地表能量平衡方程和互补相关原理的区域水热通量的遥感估算模型。
4、环境遥感
面向陆地表层过程、人类生存环境监测需求，以生态环境遥感监测为主要应用目标，注重解决生产实际问题，开展遥感应用研究。主要标志性成果包括：
(1)建立基于遥感数据和光能利用率的植被净第一性生产力(NPP)模型，并估算了全国NPP;
(2)利用遥感数据计算了黄河流域地表蒸散并分析了流域植被覆盖动态变化与气候要素间的关系;
(3)定量分析了城市化过程对陆地生态系统碳循环的影响
就业方向
遥感科学 篇3
遥感科学属于一种新兴的科学,这门学科在校园内起步较晚,而且和相关的技术专业在很多科学领域内都存在着交融的关系,针对不同的学校和不同的专业特色,为了更好地促使遥感科学的教育进步,需要从不同学校的自身实际出发,针对自身特色和发展目标,对遥感科学技术专业的专业建设进行定位,便于更好地促进技术的发展。
1 遥感科学和技术专业建设当中师资队伍和研究方向的相关问题研究
遥感科学与技术专业建设在很多领域具有相互交融的关系,因为遥感科学的发展和大气科学的发展存在一定的联系,所以在发展遥感科学技术专业的时候,需要从学校实际出发,同时结合大气科学的优势,便于更好地突出专业的特点[1]。从当前的专业建设情况来看,师资力量薄弱是一个主要的问题,同时研究方向也存在着盲目性,因此做好师资队伍的扩充工作,确定科学的研究方向是当前遥感科学和技术专业发展所面临的一个重要问题。
为了更加充分地满足遥感科学和技术专业,以及其他相关专业的遥感类课程教学的工作需要,需要做好遥感基础理论工作的研究,还需要不断地对师资队伍进行扩展,在此基础上提升教师的学历层次,以便于更好地满足遥感专业建设的需要[2]。需要根据遥感学科的特点,将所有教师组织在团队当中,促使教师在团队当中有效的分工合作,能够起到取长补短的作用,还能够更好的将团队的主观能动性发挥出来,同时也能够发挥出人的创新能力。
根据每一个教师的研究方向,促进所有教师进行有机的合作,以便于更好地解决遥感专业教育方面的缺失问题。因为遥感科学和遥感技术在空间科学和地球科学方面都具有相互渗透的关系,这门学科涉及到了各个方面的科学,所以是一个综合性的交叉性学科。所以在进行教学的时候,为了更好地促进技术专业的建设工作,需要不断地在实践教学当中进行原理实习,并做好遥感教学的数字图形处理工作,指导学生进行遥感2次开发语言,并进行地理信息的锻炼,只有这样才能够精确到全球的系统定位,对自然地理进行综合的了解,能够有效地实现学生的实习和价值的提升。
2 遥感科学和遥感专业建设当中关于人才培养的研究
通过对社会和行业需求进行调查,同时对当前的大学教学的人才培养模式进行分析,了解当前大学教学的教学规律和发展趋势,做好人才培养模式的创新研究。需要不断地深化人才培养的改革工作,在进行人才培养的时候需要培养复合型的遥感人才,这能够有效地促进学生在今后从事相关工作的时候,能够继续的保持专业知识的不断深造。需要根据遥感科学的专业技术,结合专业目标培养,不断地深化人才的培养模式,使学生具有一定的社会发展适应能力,在对学生进行培养的过程中需要制定合理的培养方案,根据学校的实际情况,做好教学工作的安排。专业基础课程需要确保基础能够更加达标,不断通过专业课程和专业选修课程来实现专业特点的突显,要制定合理的教学实习,在进行毕业设计的时候,以突出实践为主,并联共选课和任选课的拓宽专业,作为专业口径,有效的实现宽口径和基础的教育目标。重视对学生的分析和解决能力进行培养,通过多种教学方式的结合,重视学生在教学过程当中的主体作用,在教学过程中需要坚持以学生为中心[3],不断地将精品的课程实现在教学课堂当中,同时为了有效地实现遥感科学的专业建设,还需要不断地创新教学方法,采用现代化的教学手段对学生进行教育,重视对学生的启发,可以采用开放式的教学手段进行教学,这能够有助于促进学生综合能力和综合素质的提升。
在对学生进行管理的时候,一般采用新生导师制度,新生一入学就能够遇到学习和生活等问题,所以可以接受到更多更加全面的指导,在进行实践的方面,可以继续保持学科的有效性。不断地对现有的实验室和期末考核方式进行改善和完善,促进学生的实习,在学生的实习单位需要做好相关的考察设计。学生在毕业的时候,毕业导师和评阅人在答辩的时候需要进行结合,以便于更好地促进学科完善,这也能够使人才的评价更加符合实际。遥感科学和技术专业的毕业生,需要具有扎实的基础和较强的动手能力,这样才能够更好的服务和工作的需求,在毕业之际受到用人单位的欢迎。
3 结语
本研究主要就遥感科学和技术专业建设的相关问题进行简要分析,本文意在提升遥感专业的专业建设问题。因为遥感科学技术在很多方面都存在着一定的问题,它是一个新兴的学科,所以在学校的教学过程当中还需要不断的探索。遥感专业是一个长期的建设工作,需要不断地付出努力,只有专业技术达标,才能够促使遥感专业迈向新的台阶,获得新的认可,而也只有这样才能够促使学校培养出更多的符合实践需要的高质量人才,所以在学校进行教育建设的时候,需要以立足实践为基础,不断的满足学生的基础知识,并做好及时补充和及时调整工作,完善高校专业教学的各个方面的任务完善高校专业教学的各个方面的任务促进遥感科学的良性发展。
参考文献
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遥感科学 篇4
CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM
环境科学专业
遥感技术在环境科学中的应用
学生姓名：罗时栋专业名称：环境科学学号：2012010204指导教师：周子勇
完成日期：2014 年 5 月 13 日
遥感技术在环境科学中的应用
罗时栋
（中国石油大学地球科学学院环境科学12级）
摘要：遥感技术集合了空间、电子、光学、计算机、生物学和地学等科学的最新成就，是现代高新技术领域的重要组成部分。自从1972年美国第一颗地球资源技术卫星发射成功并获取了大量地球表面的卫星图像后，遥感技术就开始在世界范围内迅速发展和广泛应用。遥感技术的出现揭开了人类从外层空间观测地球的序幕，为人类认识国土、开发资源、监测环境、研究灾害以及分析全球气候变化等提供了新的途径。
关键词：遥感技术、观测地球、监测环境、研究灾害。
一、遥感技术在水污染监测方面的应用
在水环境监测中，不同温度、泥沙含量、藻类数量、污染程度的水体也都有不同的辐射特性，通常各种水体的特性可以通过遥感图像反映出来。污染水体具有不同于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在对特定波长的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为遥感器捕获并在遥感图像中体现出来。根据对图像的识别情况，我们就可以获得水体的水质参数或者水体污染状况。有基于此，遥感技术可以在水环境监测中得到应用。
伴随着社会经济等各方面的快速发展，我国江河湖海的各种水体受污染程度也不断加重，包括生活废水污染、泥沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富营养化污染和热污染等。中国环境监测总站提供资料表明，我国水环境面临三大问题：①主要污染物排放量远远超过水环境容量；②江河湖泊普遍遭受污染；③生态用水缺乏，水环境恶化加剧。水污染的现状可以表明，我国水环境污染形势严峻，因此提高水环境监测效率的工作势在必行。传统方式的水环境监测主要是地面布点采样，然后实验室分析得出结论，这种方式由于受自然条件和时空等因素影响，具有一定的局限性。例如，在大面积水域的监测过程中，仅仅依赖于监测台站和传统监测方式，很难满足对水体污染监测所需的实时、快速、宏观、准确的监测要求，从而不能全面准确地反映出水体状况。而与传统监测方式相比，遥感技术具有宏观、综合、动态和快速的特点，并且可以获取其他监测手段无法获取的信息。水环境状况的恶化和传统监测方式的不足，将促使遥感技术在水环境监测中的广泛应用。
(1)水体浑浊度的监测
由于水中悬浮物微粒或者浮游生物粒子的影响，射到水体中的太阳光会被一定程度地吸收和散射。任何地物包括水体都具有光谱反射特征，遥感就是通过水体在光谱影像上的差异来判定水体污染的变化。胡举波等[1]研究发现，随着悬浮物质数量的增加，光谱衰减系数不断增大，最容易透过的波段从0．50μm附近向红色区移动。随着浑浊水泥沙浓度的增大和悬浮沙粒径的增大，入射光被散射的深度变浅，水的反射率逐渐增高，其峰值逐渐从蓝光移向绿光甚至向黄色变化。Gitelson等[2]研究证明，500～600 nm波段适合用来监测水体的悬浮物，700-900 nm波段的反射率对悬浮物质的浓度变化最敏感，也是遥感用来估算水体悬浮物质浓度的最佳波段。通过遥感拍摄水体的图像，观察图像上波峰出现的位置区域，就能够清楚地了解水体浑浊度的变化。
(2)水体富营养化的监测
水体富营养化是水体接纳的N、P等营养元素超过了自身的最大负荷量，造成水体中浮游植物大量繁殖，这是水质富营养化的显著标志。遥感技术根据浮游植物中的叶绿素与可见和近红外光之间具有特殊的陡坡效应，即叶绿素含量高的地方反射率的峰值也大的现象来监测富营养化的分布范围，然后，从彩色红外图像上的颜色变化来监测富营养化的污染程度。
宋瑜等[3]结合高光谱的实验数据，建立了基于MODIS数据对太湖水体富营养化识别的模型，实现了水富营养化遥感信息的有效提取。Xiaoqin Xue等[4]采用水体富营养化状态指数(TSI)对西安渭河水体富营养化的研究证明，使用TM遥感数据对水体富营养化的远程监测和评估是可行的。吴传庆等[5]研究证明，从叶绿素a和悬浮物浓度反馈角的遥感评价方法，可行性强，能够充分运用遥感数据源很好地完成湖泊富营养化状态的评价工作。遥感技术能够多角度对水体富营养化进行监测和评价，为动态监测水体富营养化提供了有效的监测技术手段
(3)水体热污染的监测
废水中悬浮物千差万别，导致特征曲线反射峰的位置和强度也不一样。一般采用多光谱合成图像来监测废水污染，也可以根据温度的差异选择热红外的方法进行调查、监测。由于热红外传感器对热源比较敏感，能够准确、有效地探测出热污染排放源。
吴传庆等[6]利用多时相的TM热红外数据对大亚湾核电站周围的水温场变化进行监测，通过对信息的提取分析，有效地对核电站周围的环境影响进行了评价。石登荣等[7]利用多时相航空热红外扫描，获取水体热辐射场变化资料，结合数学模拟，研究上海地区感潮水体热污染的时间和空间的动态变化，建立了相应的动态方程，数学拟合的误差平均在±2．7％左右。说明，利用航空热红外扫描结合数学模式，可以较好地反映水体热污染的动态变化。
采用热红外遥感技术对水温变化进行时空监测，根据影像上的热辐射信息，能够准确地识别热污染的分布，较好地完成对热污染的监测和评价。
二、遥感技术在大气监测方面的应用
大气环境遥感监测作为遥感技术应用中较为重要的内容之一，在业务上不同于常规气象要素的监测。常规气象要素遥感监测⋯主要是指测量大气的垂直温度剖面、大气的垂直湿度剖面、降水量及频度、云覆盖率(云量和云层厚度)和长波辐射、风(风速和风向)、地球辐射收支的测量等。而大气环境遥感则是监测大气中的臭氧(O3)、CO2：、SO2：、甲烷(CH4)等痕量气体成分以及气溶胶、有害气体等的三维分布。这些物理量通常不可能用遥感手段直接识别，但由于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱特征，如影响水汽分布的主要光谱波长在0．7μm，O，在0．55～0．65μm之间存在一个明显的吸收带等，因此我们实际上可通过测量大气散射、吸收及辐射的光谱特征值而从中识别出这些组分来。研究表明，在卫星遥感中，有两个非常好的大气窗可以用来探测这些组分，即位于可见光范围内的0．40—0．75μm的波段范围和在近红外和中红外的0．8μm、1．06μm、1．22μm、1．60μm、2．20μm波段处。
（1）监测大气气溶胶
利用遥感图像可分析大气气溶胶的分布和含量，工业烟雾、火灾浓烟和大规模沙尘暴在遥感图像上都有清晰的图像，可以直接圈定其大致范围。利用周期性气象卫星图可监测沙尘运动，估计其运动速度，及时预报沙尘暴。通过卫星资料可及早发现森林火灾，把灾害损失降到最低。大比例图片可用来调查城市烟囱的数量和分布，还可以通过烟囱阴影的长度来计算其大致高度。应用计算机对影像进行微密度分割，建立烟雾浓度与影像灰度值的相关关系，可测出烟雾浓度的等值线图。
（2）监测有害气体
彩红外相片可监测有毒气体对污染源周围树木和农作物的危害情况，通过植物对有害气体的敏感性来推断某地区大气污染的程度和性质。一般污染较轻的地区，植被受污染的情况不宜被人察觉，但其光谱反射率却会明显变化，在遥感影像上表现为灰度的差异。正常生长的植物叶片能强烈反射红外线，在彩红外相片上色泽鲜红明亮。受到污染的叶子，其叶绿素遭到破坏，对红外线的反射能力下降，其彩红外相片颜色发暗，如白蜡树受污染后呈紫红色，柳树呈品红色略带蓝灰色。
(3)城市热岛效应的监测
城市热岛效应是城市中的空气温度高于城市周围郊区的温度，从而形成了从城市流向郊区的一种环流。城市热岛效应是环境遥感中经久不衰的研究课题，对城市环境而言，城市热岛也是一种大气热污染现象。目前，针对城市热岛的环境遥感监测是通过研究城市下垫面的热红外遥感进行的，通过对不同时相的遥感资料的收集，总结出城市热岛的日变化和年变化规律。Xuhan Qiu等[9]提出了城市热岛比例指数(URI)，可以用来定量分析近一个时期的城市热岛效应随时间的变化。根据植被、水分和表面温度之间的相互关系，对照目标城市，根据城郊植被的差异，选出2幅不同时期的TM(4．5．6波段)彩色合成图像，大致定出城市热岛的范围。Zaksek[10]等采用欧洲高空间分辨率SEVIRI来估算地表的温度，再根据陆地表面温度(LST)来分析城市热岛的日变化，结果证明，该方法可以用来分析城市热岛的日变化分析，为监测和治理城市热岛的变化提供了一种科学的方法。Gallo[11]等用NOAA／AVHRR数据获得归一化植被指数(NDVI)估算城市热岛对城郊气温差异的影响，结果表明，植被指数和城郊气温差异之间存在显著的相关性。Lin Liu等[12]观察香港一天的热岛效应与植被指数(NDVI)的相关性时发现，热岛效应和NDVI存在着负相关，同时表明了绿色土地可以削弱城市的热岛效应；热岛效应和归一化差异指数(NDBI)存在着正相关，可以用于城市热岛效应案例的分析研究。遥感技术能够从时空中分析城市热岛的变化趋势，为监测城市热岛效应提供了科学手段。
三、遥感技术在草地资源管理方面的应用
我国拥有草原约50亿亩，约占全国总土地面积的33.8%，这样巨大的草原资源多数分布在我国的边疆，那里地域辽阔，人烟稀少，地形复杂，交通闭塞。要清查草原资源的数虽与质量，需动用大量的人力和物力。并且由于各地调查技术力量的主异，常常达不到草原资源调查的统一要求。特别是对草原资源演变的监测，可以说似乎是无能为力。近年来全国开展了农业自然资源的调查研究和农业区划工作，对草原资源也进行了全面调查，但因技术力
量和工作条件限制，进展速度远落后于其他部门。遥感技术在国外应用于土地资源调查和对农业生产环境监测方面已取得不少成绩。
草原资源管理包括草原载畜能力估测； 草原生态系统如土壤水分、地温、盐碱化、沙漠化和土壤侵蚀等的监测，草原自然灾害如干早、暴风雪袭击，草原虫、鼠发生及危害预报等。这方面所需要的情报资料，通过遥感可以迅速获得。尤其对全国范围的草原资源管理和动态数据的收集，遥感技术将有着广泛地应用前景。
（1）草原载蓄能力估测
通过卫星图片可获得草原资源的类型、等级、及面积分布的资料。然后经过地面测试，先建立一个反映不同类型草地的牧草产量与生态因子相关的数学模型，即用土壤、地形、降水量、土壤水分和气温变化等参数，建立一个预测牧草产量的数学模型。这样电子计算机根据遥感收集到的上述参数，经过运算处理，便可输出各类草地的牧草产量，再按照放牧家畜对牧草的需要量，便能估计在卫星扫描时草地上可能饲养的家畜数量。
（2）自然灾害预报
我国北方草原牧区常有自灾(暴风雪)和黑灾(干旱)发生，每当大雪盖地，家畜不能放牧，常因不能准确查出积雪厚度和分布范围，致使很难决定畜群转移方向。特别是交通受阻，无法探明救灾物质的输送通道。如果应用热红外遥感，便可查清积雪厚度及分布范围，对于指挥救灾是非常有力的手段。同样旱灾发生时，利用遥感技术收集情报，分析旱情，对做好抗灾保畜工作也是十分有利的。
应用遥感技术监测农作物和森林病虫常发生，根据危害程度，及时采取防治措施，在国外巳得到普遍应用。目前我国草原牧区主要是川靠人工地面调查，常常不能及时发现病且害发生及蔓延情况，致延误捕灭的有利时机。若用遥感技1术监测，提供准确有利的防治时机，便可减少因盲目施药造成的不必要的经济损失。
结论：
目前，遥感技术正从单一遥感资料的分析向多时相、多数据源(包括非遥感资料数据)的信息复合与综合分析过渡。利用多时相监测方法对环境污染的种类进行追踪，能够及时、客观、准确地反应污染物的信息，如污染源的位置、污染物的种类、扩散方向等，并能够对大面积的环境污染通览全貌，在环境污染监测中有巨大的技术优势。
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遥感科学 篇5
教学工作是高等学校日常工作的中心环节,科学研究是实现高等学校三大职能的重要途径［1］。19世纪初,德国学者威廉·冯·洪堡将科学研究的内涵和职能引入现代大学,并创造性地提出“教学与科研相统一” 的现代大学理念。然而,当前高等学校中,重教学轻科学研究或者重科学研究轻教学的现象时有发生［2］。 遥感技术是20世纪60年代在航空摄影基础上随航天和计算机技术的发展而逐渐形成的前沿探测技术, 涉及地理学、图形图像、计算机、地理信息系统、全球定位系统等多个领域［3］。遥感技术具有发展迅速,知识更新快,新理论、新方法不断出现的特点［4］。与此相反,很多高等学校遥感课程则教学内容较为陈旧, 教学与科学研究脱节［5］。因此,如何有效协调和推动高等学校遥感课程教学与科学研究的互动发展,成为当前遥感课程教学中一个亟待解决的问题。
1高等学校遥感课程教学与科学研究互动现状分析
1.1遥感课程教学内容相对滞后与遥感技术快速发展的矛盾
高等学校遥感课程内容繁多,覆盖面广。在高等学校的遥感教学中,教材的正确选择对于提高学生的学习效果具有重要影响。在当前遥感课程教学过程中,常用的遥感教材主要有《遥感导论》《遥感概论》 《现代遥感导论》等,这些教材内容往往有一定的滞后性。因而,遥感课程教学内容相对滞后与遥感技术快速发展的矛盾突出,难以满足当前快速发展的遥感科学技术教学需要。
1.2遥感课程的传统教学方法与创新型人才培养之间的矛盾
随着遥感技术的快速发展,社会对遥感人才的培养提出了新的要求。高素质创新人才是时代对高等学校遥感人才培养提出的迫切要求。目前,各高等学校遥感课程教学多采用多媒体教学技术,沿袭传统传授式教学方法,教学过程中缺乏讨论,师生互动少, 学生参与度偏少,学生的学习主体性受到了极大的抑制,出现了教师主导性与学生主体性发挥严重失衡的问题,导致传统教学方法与创新型人才培养之间的矛盾［6］。为了提高高等学校创新型人才培养质量,授课教师要拓展传统的传授式教学方式,积极探索遥感课程教学的新方式,如自主学习、合作学习和探究学习方法,充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性和创造性,改变学生的被动学习为主动学习方式。
1.3遥感课程教学与科学研究相分离的不足
对科学研究在高等学校课程教学中的地位认识模糊不清和重视不够,课程教学与科学研究相分离是当前高等学校较为普遍的现象,这就割裂了高等学校课程教学与科学研究的内在联系,严重阻碍了高等学校创新人才的培养。部分教师只教不研,教学信息量不足,课程教学内容跟不上学科本身的发展,尤其是对于快速发展的遥感学科相关课程;而偏重科学研究的教师将大部分的时间和精力投入科学研究中,往往忽视了将科学研究成果及时转化为教学内容,导致科学研究并未真正服务于课程教学,导致科学研究未能有效发挥其对课程教学的促进作用,这直接影响到高等学校创新人才培养目标的实现。
2高等学校遥感课程教学与科学研究互动发展的途径
2.1树立教学与科学研究相统一的思想
首先,教师要转变传统的教育观念、教学方式, 改变以往的教学观,增强教学的开放性。教学应注重发挥学生学习的自主性和独立性,充分挖掘学生的智慧潜能,培养学生的创新意识和创新精神。另外, 要让学生转变观念,学会学习方法。学习不是死记硬背,要培养分析问题、解决问题和科学研究的能力, 使学生从单纯的文化知识的接受者变成探索者和创造者。
2.2通过课题研究提高学生的实践与创新能力
科学研究项目属于专业知识领域的新问题,具有很强的前沿性和探索性特点。通过课程论文、实践实习等环节,引导鼓励学生参与到课题研究中,使学生能够把握学科领域热点、提高实践能力,最终促进专业课程的学习,提高学习效果。同时,尽可能引导实现学生毕业论文与教师科学研究课题相结合,通过引导学生学习科学研究的思路、方法,培养其分析问题、解决问题的能力。通过教师引导和学生参与科学研究课题研究,让学生“实践后而知不足”,从而提高学生的实践和创新能力。另外,这往往也加深或拓宽了与课题相关教学内容的学习。
2.3注重教师科学研究能力和教学水平的提升
鼓励高等学校教师申报国家及省部级的科学研究和教改项目,提升高等学校教师的科学研究能力和教学水平。一方面,通过科学研究和教改课题的申报,促使教师了解遥感学科的国内外研究前沿,并将这些新的知识内容引入教学中,以提高遥感课程教学的质量;另一方面,科学研究和教改课题的申报过程也是教师对其长期教育教学中形成的经验进行总结与不断反思的过程。这样就达到实现教学与科学研究的互动发展,提升教师的研究创新能力和教学水平的目的。
2.4通过多种方式促进教学与科学研究的良性互动
通过多种方式,使遥感课程教学和科学研究的互动发展贯穿于教学活动的全过程。例如,遥感课程专业教师应引导学生关注遥感课程相关的中英文期刊(如地理学报、遥感学报、Remote Sensing of Environment, International Journal of Remote Sensing)并从中汲取营养;同时,高等学校教师应在紧跟学科研究热点前提下,结合遥感课程教学大纲要求,对课程内容和结构进行重新整合与优化。如可以采取删除教材中过时的内容,补充遥感领域最新的研究成果的方法,及时将科学研究前沿知识融入课堂教学,渗透到课程建设之中。另外,将课程相关的科学研究实例与教学案例结合起来实现课程内容的阐释。如在介绍遥感应用方面知识时通过引入借助DMSP/OLS夜间灯光数据来估算人口和能源消耗的研究实例［7］,不仅达到理论联系实际的目的,又能使学生易于理解抽象复杂的专业知识。
3结语
教学工作为高等学校科学研究提供理论基础和思想思维的源泉。另外,科学研究的深入开展则会为高等学校教学工作提供新的理念和思维,进而实现教学与科学研究的良性互动发展。然而,很多高等学校遥感课程教学中存在教学与科学研究相分离等不足, 这与当前遥感科学技术的快速发展及创新人才培养的要求格格不入。本文分析了高等学校遥感教学中教学与科学研究互动发展的现状,提出实现高等学校遥感教学与科学研究良性互动的途径:(1)树立教学与科学研究相统一的思想;(2)通过课题研究提高学生的实践与创新能力;(3)注重教师科学研究能力和教学水平的提升;(4)通过多种方式促进教学与科学研究的良性互动,以促进遥感课程教学和科学研究的相互促进和共同发展。
摘要：教学是高等学校工作的中心环节,而科学研究是实现高等学校职能的重要途径。然而,教学与科学研究相互排斥的现象时有发生。针对遥感技术快速发展的特点,文章分析了高等学校遥感课程教学与科学研究互动的现状,提出高等学校遥感课程教学与科学研究实现良性互动的4个途径,以促进教学与科学研究的有效统一。
关键词：遥感教学,科学研究,互动,高等学校
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遥感科学 篇6
1 精选教材,整合教学内容
教材是根据教学大纲和实际需要,为师生教学之用而选编的,它系统地阐述教学大纲规定的内容要点,因此选择合适的教材和处理好教材内容至关重要。考虑到本课程教学是针对高师地理科学专业的本科学生,而目前国内一些教材内容过深,部分知识陈旧且滞后于遥感技术的快速发展现状。我们根据“注重理论与实际应用结合,基础知识与前沿技术兼顾”的原则。在实际教学过程中,选用了科学出版社的“十一五”国家级规划教材《现代遥感导论》(尹占娥,2008)和清华大学出版社出版的《遥感数字图像处理》(党安荣,2004)两本教材。前者偏重于基础理论与方法,对遥感技术的概念、物理基础、工作原理以及图像处理方法与应用都做了深入系统的论述。其特点在于阐述基础理论知识的同时,重点突出了遥感系统的工作原理,也关注了当前遥感技术发展的一些新趋势,因此具有较强的理论性和前沿性。后者则侧重于遥感图像处理方法与软件工具的具体使用,详细介绍了常用遥感处理软件的图像处理方法、基本功能和实现过程等,其实践性和可操作性很强。这2本教材符合普通高校遥感类课程的培养目标要求,适合作为地理科学专业本科生的教材。
由于遥感技术是一门新兴学科,知识更新速度很快,新理论、新方法、新的研究领域不断出现。在教学过程中,我们一方面强调学生基础理论的学习、基本技能的培养;另一方面联系学科发展的实际,让学生了解遥感技术发展的前沿动态与最新成果。为实现这一目标,我们对教材内容进行了适当调整与重新整合,设计了5大教学模块:(1)遥感绪论;(2)电磁辐射基础与传感器工作原理;(3)航空与航天影像数据目视判读;(4)遥感数字图像处理方法;(5)遥感技术在资源环境中的应用。这些教学模块的确定既考虑了教学时数的限制,同时也充分考虑了地理科学专业学生的知识背景与接受能力。在原教材的知识体系中,我们删除了有关航空相片立体观察与测量等陈旧内容,有选择地回避了数字图像处理方法章节中繁琐的数学推导过程。这样,能够保证地理科学学生在系统掌握本门课程知识精髓的基础上,可以将学习精力重点放在基本理论的理解与知识实际应用方面。
2 改革教学方法,调动教与学的积极性
2.1 采用启发式教学法,培养学生综合分析能力
启发式教学是以问题为中心,以培养学生发散思维和综合分析问题能力为目标的教学方法。教师应不断探索启发式教学的方法和技巧,在实际教学中,应依据教学目标、教学重点和难点,同时联系研究实际,将教学内容设计成1个或多个具体问题,通过提出需要解决的问题,然后让学生进行独立的思考,引导他们寻求解决问题的思路。例如,在给学生讲授遥感图像的假彩色合成内容时,首先介绍分光系统,再讲授彩色合成原理与过程,然后再提出“为什么要采用假彩色合成,而不用真彩色合成?它在影像信息提取中有何应用价值?”。最后,要求学生在课堂上结合TM遥感影像的图像处理进行讨论,并给出具体的研究案例。通过提出问题,教师积极引导、学生分析与讨论,使学生深刻地理解了影像假彩色合成的原理、特点与作用,同时对遥感图像处理方法也有初步的认识。因此,课堂上经常采用这种层次渐进的引导、启发学生思维的教学方式不仅能使学生牢固掌握本课程的重点内容,而且对于培养学生发现问题、分析问题和解决问题的综合能力也有很大的促进作用。
2.2 探索网络化教学,拓展师生的学习空间
在课程建设中,要充分利用现代网络技术,收集整合与教学相关的素材,丰富教学内容。如通过Google Earth免费浏览全球各地的高清晰度卫星图片,通过免费网站获取MSS,TM,ETM和MODIS遥感影像,用作教学影像资料或作为实验数据。为满足学生的课余学习需要,应完善各种网络教学资源库的建设,即网络课件、图像库、习题库以及实验数据库,要为学生的自主学习提供丰富的参考资料和教学指导。另外,设计与实现网络互动式教学,学生通过网络教学平台提出问题,教师可以及时回答问题,学生也可以相互之间展开讨论,发表意见。网络技术的应用有效地扩展了学生学习的空间,丰富了学习的方式,对调动学生学习兴趣与主动性起到了很好的作用。这种教学形式也使教学从课堂延伸到课外,实现了教师与学生之间的互动、传统教学与现代信息技术的有机融合,因此受到学生的普遍欢迎。
2.3 理论联系实际,积极引入“科研案例教学法”
科研是教学的基础,教学是科研成果的传播,两者相互依赖、相互促进。教师应通过不断吸纳科研成果来充实和改革教学内容,为此,我们在教学改革中对遥感课程教学内容进行了优化与精心设计,将自己发表的科研成果及时转化成教学内容、融入课堂教学之中。如在介绍遥感影像信息提取时,将桂林市植被覆盖度时空动态研究、桂林市城乡土地利用演变等科研成果引入到教学内容。在讲解热红外遥感一章时,给学生展示了南宁市城区的热红外影像,同时说明利用该影像开展“城市热岛效应”强度反演和监测研究的基本思路与流程。这些研究案例的讲解,实现了理论和研究实践的紧密结合,使教学内容更具有前沿性,学生的视野得到了拓展、对课本知识的理解进一步深化,并且从事科研的积极性也得到明显提高。
3 强化实践教学,培养学生创新能力
3.1 优化实验教学内容
为实现培养学生实验操作与创新能力的教学目标教师要精心选择和设计实验内容。根据难易程度我们将实验划分为3个层次。验证性实验,以验证知识、帮助理解课程知识和实验技能为主,突出强调基础性和系统性,它是进行深入操作与分析研究的基础,要求学生必须理解和熟练掌握。这类实验应在保证基本课时数的前提下进行内容精简。综合性实验,属提高层次的实验,要求学生能熟练运用所学的知识和基本技能进行系统操作,它有助于学生解决某一具体技术问题。此类实验要适当增加操作内容,任务应具有针对性。研究设计性实验,实验内容是以课题研究为导向的,要求学生在教师引导下,结合实际中某一研究问题,自己设计研究方案和实验操作步骤,最后达到分析、解决研究任务的目的。这类实验要求较高,真正起到培养学生的实践能力与科研创新能力的作用,一般安排在实验课的最后阶段进行。教师要给予充分重视,同时应结合自身科研实际合理设计实验内容,保证实验教学效果。
3.2 丰富实践教学形式
除了课程实验教学以外,实践教学还应采用参与科研实践、课外科研活动以及课程实习等多种组织形式。在研究实践方面,我们建议学生积极参加教师遥感方面的科研课题,通过教师悉心指导,学生能够利用所学知识和掌握的遥感技能,开展简单的课题研究,他们的操作技能和研究水平会有很大的提高。在课外活动实践方面,校内外研究活动为学生创新能力发展提供了广阔的空间。我们鼓励学生在课外建立课题研究小组积极申报校内学生科技创新基金,踊跃参加“创新杯”学术科技作品竞赛等活动。通过参与一系列课外实践充分发挥了本学科的技术优势,学生的实践能力与综合素质都得到很好的培养。
4 完善考核形式,科学评价教学效果
课程考核是检验和评价教学效果的重要手段,为保证考核的科学性和公正性,我们依据“夯实理论知识强化操作技能以及培育创新能力”的指导思想,在课程考核中,注重应用多元化的考核方法客观评价学生的综合学习效果。其中,平时成绩占20%(包括考勤、平时作业、参与科研实践情况),理论知识占40%(以考卷的形式考核),实践操作成绩占40%(实验操作、实验报告)。在理论考试方面,除了考查学生对基础知识的掌握程度外,还有目的地增加了应用分析题,重点考核学生理论结合实际、综合分析问题的能力。实践操作考核方面突出了能反映学生实践能力和创新思维能力的研究设计专题内容。考核方式与考核内容的改革,使学生摆脱了单纯依靠死记硬背的学习习惯,转变了部分学生平时不努力、考试突击过关的不良学风,较大地促进学生的学习积极性,改善了学生们的学习效果。
5 结束语
高校的课程教学改革是一项长期而艰巨的系统工程,涉及人才培养模式、教材建设、教学方法、实践教学以及教学评价等诸多方面内容。为适应我国新世纪人才培养的需要,顺利推进教改进程,教师必须牢牢把握“培养学生创新精神和实践能力”教育改革的主旋律,始终坚持“以学生发展为本”的育人理念,不断进行教学反思,认真总结教学规律,深入开展实践研究努力实现学生实践能力与综合素质得到全面培养和提高。虽然我们对高校遥感教学改革进行了一些有益的探索与尝试,也取得了一些成绩。然而,仍有许多问题有待深入思考。展望未来,高校专业课程教学需要更好地结合社会经济发展需求,应充分发挥学科综合优势要在实践中不断完善和提升,如此才能真正起到培养高级专业人才的作用。
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遥感科学 篇7
矿山在开采过程中会使地下水资源、地表植被遭到破坏,同时会造成滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害的发生。目前遥感影像分辨率越来越高,高清晰度的遥感影像能够提取矿产资源开发环境各要素的详细信息,对矿山地质环境进行实时监测,为生态环境保护提供基础数据与决策依据。本文选取一个典型建筑用凝灰岩矿山为示范,详细分析高分辨率遥感影像在矿产资源开发环境遥感监测中的具体应用。
1 技术方法
利用分辨率较高的卫星遥感影像数据,对建筑用凝灰岩矿山2014—2015年度进行矿产资源开发利用、矿山开发占地及矿山环境恢复治理等地质环境进行监测,通过对比两个年度矿山地质环境相关数据,了解矿山开采状况,为矿山综合整治及生态环境保护提供基础数据与决策依据。矿山开发环境遥感监测技术方法如图一所示。
2 遥感数据预处理
遥感影像处理的过程包括几何纠正、波段融合、颜色调整、影像镶嵌等,具体流程如图二所示。
2.1 遥感数据选取
本文选取2014年的遥感影像数据为法国商用卫星Pléiades-1数据,其空间分辨率为全色0.5m、多光谱2m,影像无云雪覆盖、无云影、无感光处理缺陷,影像清晰,数据质量较好。Pléiades卫星具有全球任意一点每天重访,可以近于实体像对及三像对接收的特点。2015年采用分辨率较低的高分二号数据,其空间分辨率为全色0.8m、多光谱3.2m。
2.2 遥感影像纠正
由于遥感影像在采集过程中,遥感器高度和姿态角的变化、大气折光、地球曲率、地形起伏、地球旋转和遥感器本身结构性能等都会引起几何变形,因此需要对影像进行几何校正。本次工作以1∶10000地形图和DEM为基准,进行正射校正。正射校正时选择道路交叉点、田埂交汇处等作为控制点。控制点应均匀分布,每景影像所选的控制点个数不低于20个。
2.3 遥感影像融合
数据融合是将不同类型传感器获得的同一地区数据进行空间配准,将各数据中的优势或互补性有机结合起来产生新数据的技术过程。本文采用PCI Geomatica 2013遥感软件的全色增强(Pan Sharp)融合,该模块采用UNB Algorithm算法,其基于统计原理,利用最小二乘法找到被融合波段之间的相匹配灰度值,并调整个别波段的贡献值,从而使色彩保持得最好,接近自然色。Pansharp融合算法在信息量、光谱特征、边缘特征等方面具有综合优势。融合后的影像不仅很好地保留了原多光谱图像的光谱特征,而且在增加融合结果的信息量、增强信息透明度和锐化度、改善解译的精度、可靠性以及使用率等方面均收到很好地效果。
2.4 遥感影像色调调整
原始影像输出的波段影像亮度偏低,为了能更好地反映实际地物,更接近自然色,需要对影像进行彩色增强、拉伸等色调调整处理,使得影像清晰、层次丰富、色调均匀、反差适中。
3 遥感信息提取
信息提取是在解译标志的基础上,以人工目视解译为主,辅以计算机自动提取,依据遥感影像本身特性,结合矿产资源开发在影像上的地物特征(大小、几何形态、色调、结构、纹理等)进行室内解译。信息提取在Arc GIS平台上,采用RS-GIS一体化的采集方式进行。本文以ARCMAP软件作为矿产资源开发多目标信息提取平台,叠加2013年度卫星遥感影像数据,提取2014年度矿山开发环境专题信息;叠加2014年度Pléiades-1遥感数,据提取2015年度矿山开发环境专题信息。
3.1 矿山开发状况遥感解译
矿山开发状况遥感解译主要工作是判断矿山是否为违法开采。本文以ARCMAP软件为信息提取平台,叠加两期遥感影像数据,同时叠加采矿权、探矿权等数据,参考解译标志解译建筑用凝灰岩开采面的位置,通过ARCMAP拉窗帘工具,观察两期影像开采面的变化情况,结合叠加的采矿权、探矿权等数据判断矿山开采状态及是否违法开采。图三(a)为2014年Pléiades-1遥感影像建筑用凝灰岩开采面解译图,影像图放大可见车辆、切割机等矿山开采设备,采矿权有效期至2015年7月9日,正在开采的开采面位于采矿权界内,因此该矿山2014年度为合法开采矿山。图三(b)为2015年高分二号遥感影像建筑用凝灰岩开采面解译图,影像纹理较不清晰,难以分辨矿山上切割机等设备,开采面平面范围扩大,开采面超过矿权界线,因此该矿山2015年度为越界开采矿山。高分辨率影像能够清楚地分辨出矿山开采面范围,以及采面是否正在利用,分辨率较低的影像仅能粗略地分辨出开采面大致范围,对于采面是否正在利用或废弃较难进行分辨。
3.2 矿山地质环境信息提取
矿山地质环境信息包括矿山开发占地、矿山环境恢复治理、矿山地质灾害、矿山环境污染等要素,本文主要对矿山开发占地和矿山环境恢复治理信息进行提取。
3.2.1 矿山开发占地信息提取
矿山开发占地主要提取矿山地物类型,包括开采面、矿山建筑、固体废弃物、中转场地等的分布位置、面积及其压占或损毁的土地类型,解译时参考已建立的解译标志,对照实地情况进行。对照遥感解译标志,对2014、2015年建筑用凝灰岩进行矿山开发占地遥感解译(见图四)。对解译图斑进行数据统计,得到表一。由表一可知,2014年度矿山开发占地面积6.86ha,2015年度占地面积7.70ha,同比增长12.24%;2014年度矿山占用土地面积1.32ha,2015年度占用土地面积1.61ha,同比增长率为21.97%;2014年度矿山开发占地面积最多的为固体废弃物,2015年度由于矿山持续开挖,开采面范围不断扩大,使得开采面占地面积最多;两年度矿山开发占用土地最多的均为林地,说明矿山开采对林地的破坏程度最大。2014年度采用的高分辨率Pléiades-1遥感影像能够清晰显示建筑物群边界,清楚显示每一幢房子,而2015年度的中分辨率高分二号影像房子边界较为模糊,较低分辨率影像对于建筑物群尚可圈定,但小型建筑物较难进行圈定;高分辨率影像在固体废弃物上细节清楚,易圈定边界,而较低分辨率的影像不易识别小规模废弃物;对于中转场地,中低分辨率的影像较难与固体废弃物进行分辨,而高分辨率遥感影像能够清楚显示出场地上堆放的矿产方量纹理及矿产加工的机械设备等,能够明确分辨
3.2.2 矿山环境恢复治理信息提取
矿山环境恢复治理主要提取治理所采取的工程措施和植被措施、恢复后地类和恢复效果等信息。经室内解译结合野外调查,矿山环境恢复治理措施一般是对固体废弃物堆积场地进行土地平整,平整后种植植被,进行矿山植被恢复,恢复治理后的地类一般为林地。图五(a)为2014年建筑用凝灰岩矿山环境恢复治理Pléiades-1遥感影像解译图,图五(b)为2015年建筑用凝灰岩矿山环境恢复治理高分二号遥感影像解译图。2014年Pléiades-1影像能见到清晰的绿色植被纹理,而2015年的植被纹理较为模糊,仅能粗略分辨,通过对解译图斑的数据进行统计,得到表二。由表二可知,2014年矿山环境恢复治理面积1.00ha,2015年矿山环境恢复治理面积0.43ha,同比减少了57%。这是由于2015年将2014年已恢复治理的部分又进行开挖,矿山开采范围增大。复绿治理率为矿山恢复治理面积与矿山开发占地总面积的比值。从复绿治理率来看,2015年复绿治理率明显比2014年低,说明2015年复绿治理效果较差,这是由于2015年矿山开采范围增大,不仅未进一步进行复绿治理工作,而且将2014年已复绿治理的面积又占用为矿山用地。
高分辨率影像能够清楚显示矿山生态恢复的绿色植被纹理,影像上还可以分辨出恢复治理所采取的工程措施,如原矿区降坡进行土地平整,修建拦渣坝等;高分辨率影像还能分辨出矿山生态是自然恢复还是人工干预完成,人工复绿治理在高分辨率影像上绿色纹理较为规则,富有规律性,而自然生态恢复在高分辨率遥感影像上绿色纹理较为凌乱。中低分辨率影像仅能粗略看出绿色纹理,边界范围不清晰,很难对自然复绿和人工复绿进行分辨。
4 结束语
(1)高空间分辨率遥感影像能够对非法采矿活动进行更好地监测。虽然中低分辨率遥感数据也能够提取矿山开采信息,但较低分辨率的影像只能分辨出采面平面范围扩大开挖的非法采矿活动,而较难看出在立面加深开采的非法采矿活动。高分辨率影像能够清楚显示出矿山在立面上阶梯状的采矿活动,无论采面是在平面上加大范围开采或是在立面加深深度的违法采矿活动都能进行很好的监测。
(2)高空间分辨率影像能够清楚分辨矿山开采各占地类型及其边界范围。较低分辨率的影像仅能粗略显示较易区分的占地类型,且边界范围不清晰,而高分辨率影像能够清楚分辨至矿山建筑的每一幢房子,能够精确的提取矿山占地信息。
(3)高空间分辨率影像能够提供更丰富的矿山环境恢复治理信息。对于仅需粗略分辨出矿山是否进行矿山环境恢复治理,中低分辨率影像尚可。但若要进一步分辨出矿山恢复治理采取了何种工程措施以及矿山是自然恢复还是人工干预,一般需要采用高分辨率影像,其清晰的纹理更够清楚显示恢复治理的各种信息。
高分辨率影像在矿产资源开发环境遥感监测中的优越性明显,它能够提供更准确的矿山地质环境数据,为国土资源管理部门制定矿产资源规划,保持矿产资源的可持续开发与利用,维护矿业秩序及综合整治矿区环境等提供技术支撑及决策依据。
参考文献
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遥感水文的原理 篇8
物体由于性质和所处环境不同,对电磁波反射或辐射特性不同,收集和分析这些电磁波信息,便能识别目标物。处于不同状态和环境的水体反射和辐射电磁波的特性不同,是水文遥感的基本根据。在可见光与近红外波段,主要根据水体和周围环境对太阳光不同波长反射强度的差异,对被研究的水体进行某一波段或多波段摄影,将获得的数据以影像形式记录下来进行判读分析。这种方法具有较高的几何精度和分辨率,可用来研究水体形态和分布,进行流域水系勘测和制图。在中、远红外波段,主要根据水体和周围环境的辐射强度,利用红外扫描仪或红外辐射计等探测仪器获得被研究水体的热图象。利用这种方法在白天和夜间也能进行探测,研究水体分布及热状况,探测土壤水和地下水状态,也可用于水体污染监测等。在微波波段,主要根据水体在不同状态下表面微波发射率不同的特点,利用微波辐射计和雷达等获得水体及某些水文要素的信息。可用来探测土壤水分、水土流失和河流管理。其中雷达测雨是利用雨滴对雷达发出的电磁波散射效应来测定降水的强度、发展、位置和移动。在水文学中遥感技术的研究内容主要有:a)水体和周围环境辐射波谱特性的研究;b)遥感数据处理和分析判读技术的研究;c)在水文学和水资源研究中遥感数据应用的研究。