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關鍵詞:傳感與檢測技術;項目教學法;高職教育
中圖分類號:G71
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)16-0266-01
1 傳感與檢測技術課程介紹
隨著微電子技術、計算機技術、信息處理技術以及機器人技術的飛速發展,作為捕捉信息源的傳感器也越來越受到人們的重視。《傳感與檢測技術》作為高職學校機電一體化、電子信息等專業的專業課,是一門涉及電路、磁路、光學、自動控制、單片機和檢測技術,綜合性很強,與企業生產實踐緊密聯系的學科,要求學生通過理論學習和實訓,除了掌握各類傳感器的工作原理、基本特性和實際應用以外,還應掌握相關的檢測方法,能夠分析并且設計一個自動檢測系統,能對檢測過程中出現的故障進行判斷并排除。
2 傳統教學模式存在的問題
為了更好的了解《傳感與檢測技術》該門課程在高職學生專業學習、就業中的地位和作用,發現教學中問題,探討改革的方向,筆者對本院2009屆電子信息工程技術專業三個畢業班共118名學生進行了問卷調查。在問卷調查中,71%的學生在實習過程中運用了該課程的理論與實踐知識,有79%的學生認為應該在教學過程中減少理論知識和驗證性實驗,有81%的學生認為有必要開展項目式教學,增加一周的綜合實訓。從問卷調查情況來看,《傳感與檢測技術》這門課程對電子信息專業學生的就業、工作有一定的幫助,說明電子信息專業開設該課程還是相當有必要的;除此之外,學生覺得理論知識過多,驗證性實驗對鞏固理論知識、提高動手能力的作用甚微;從數據來看,也反映了學生要求該課程在教學方法、教學手段、教學內容等各方面進行改革的需求。
長期以來,《傳感與檢測技術》課程仍然采用傳統的教學模式,該教學模式存在以下幾個方面的問題。
第一,課程內容陳舊,跟不上技術的發展。傳感技術不斷發展,新材料,新方法不斷涌現,而教材的更新相對較慢。一些新型的傳感器與檢測方法在教材當中沒有涉及,而一些傳感器和檢測技術已經在實際的應用中被淘汰和取代。因此,學生參加工作后會面臨一方面不懂新技術、另一方面所學知識無用武之地的尷尬。
第二,教學內容重理論輕實踐。在教學內容上側重于各種傳感器原理和測量處理電路的分析講解,涉及到電路、磁路、光學、物理學等方面的知識,深奧難懂,不符合高職學生的特點。學生首先接觸到的是傳感器測量原理,見不到實物,缺乏感性認識。許多高校配備的實驗設備主流為CSY98 和CSY2000 系列的綜合實驗臺,該實驗臺只能用作驗證性的實驗,學生根據實驗指導書完成整個實驗,在實驗過程中按部就班,想象力和開放性思維得不到提高。
第三,教學手段單一,教學效果差。雖然多媒體教學已經取代呆板的板書教學,但是也存在著多媒體教學信息量大,學生不容易消化吸收的現象。在教學過程中,學生被動接收知識,一只耳朵進一只耳朵出,真正掌握的知識甚少。
第四,考核評價體系不完善。傳統教學中,學生成績一般由平時成績、卷面成績和實踐成績幾個部分組成。相同的作業使得部分學生的懶惰,不再獨立完成作業,導致一個班級上交作業經常只有幾個版本的現象。另外卷面考試中,考查的往往都是理論知識,所占的比例最大。
針對以上問題,《傳感與檢測技術》這門課程在眾多方面需要進行深入改革,才能使學生主動學習知識,理論為實踐服務,適應企業對人才的要求。
3 在傳感與檢測技術課程中運用項目教學法的必要性
項目教學法是在建構主義的指導下,以實際的工程項目為對象,先由教師對項目進行分解,并作適當的示范,然后讓學生圍繞工程項目進行討論、協作學習,最后以完成項目的情況來評價學生是否達到教學目的的一種教和學的模式。項目教學法的思路是先提出具體任務,激發學生興趣,學生在主動學習的過程中發現問題,分析問題,最后解決問題,不僅掌握了理論知識,更加提高了操作技能。
若在傳感與檢測技術課程中應用項目教學法進行教學,和傳統教學相比,項目教學法采用任務驅動的教學方式,具有以下幾個方面的優勢。
第一,以項目為中心,提高實踐能力。改變傳統教學中按照教材內容照本宣科的教學方式,取而代之的是將教學目標濃縮在項目中,完成了項目即實現了教學目標。整個教學環節都圍繞著具體項目展開,目標明確,針對性強。例如,在講解溫度傳感器時,首先給學生設定一個項目,要求設計一個測溫系統,選擇合適的傳感器,完成檢測系統的設計。學生根據要求,討論分析各種測溫傳感器的特點、適用范圍、轉換電路、測量精度等,最終確定實現方案。在學生完成項目的過程中,必須要對熱電偶、熱電阻、紅外傳感器的測量原理、性能等相關知識點各方面作全方位的了解,無形之中掌握了大綱要求的理論知識點。在設計完成實現方案后,還要求學生先對電路仿真,動手進行印刷線路板的布線、制作與焊接,然后進行功能調試,提高了實際操作能力。
第二,變被動為主動,有利于激發學生興趣。采用項目教學法,學生有了努力的目標,激發了求知欲,產生濃厚的興趣,不僅主動的學習知識而且還能不斷自我提高。所謂興趣是最好的老師,有了興趣的指引,學生的積極性得到最大的發揮,主動對問題進行探索及研究。要完成一個項目,僅靠一本教材所提供的資料是遠遠不夠的,這就要求學生走進圖書館,或者在網絡上查找相關資料,在一定程度上引導了學生合理利用網絡,更好的為專業學習服務。
第三,變壓力為動力,有利于激發教師的潛能。教師是整個教學過程的組織者與實施者,在整個環節當中起著非常重要的作用。如果一直按照傳統的教學方式,采用相同的教材和教案,年復一年,講授的內容大同小異,墨守成規。教師放松對自己的要求,業務能力得不到提高。而項目教學法的學習內容應該和企業的生產實踐緊密結合,為了能夠提供給學生最新的技術動向,企業中實際應用情況,就要求教師走出課堂,進入企業,深入了解行業動態等。
第四,有利于建立科學完善的考核機制。項目教學法對考核機制提出了新的要求,要求考核項目全面、考核標準客觀、考核方式得當。在考核項目上改變了以往單一的考核方式,不僅對結果進行考核,還要對完成項目的過程進行考核。對于以小組形式完成的項目,要對個人在團隊中發揮的作用進行評估。不僅要對學生的知識與技能考核,還要對其能力與態度進行考核。
第五,幫助培養學生的綜合能力。項目教學法可以幫助學生提高獨立分析問題、解決問題的能力,有利于提高學生的職業能力、實踐能力、創新能力和團隊協作能力。
從以上幾個方面不難看出,項目教學法具有傳統教學法不能比擬的優勢。高等職業教育的目的在于培養適應生產、建設、管理、服務第一線需要的全面發展的高等技術應用性專門人才,所以高職學生在進入企業之前必需具備一定的動手能力和自我探索的能力。項目教學法的實施和推廣,能夠收到良好的教學質量、督促教師不斷提高自身業務水平、幫助學生更好的掌握理論知識,提高實踐能力。
4 在傳感與檢測技術課程中實現項目教學法應注意的問題
第一,項目內容安排要合理,形式要多樣。項目內容應與企業生產實踐相聯系,難度上要符合高職學生的特點。在項目的形式上不能局限于設計某個檢測系統,還可以是某個檢測系統的排故。總之,盡可能的多樣化,激發學生的興趣。
第二,注重培養學生的團隊合作精神。對于大型項目,可以采用分組形式完成。教師在布置任務時,要按照學生的特點,對學生進行分工,充分發揮學生的專長。還可以“一高帶一低”,即讓專業能力強的學生帶動能力弱的學生共同完成項目。
第三,在設置考核標準時,要注意客觀性和公正性,在考核后還要對考核結果及時反饋,指出學生在項目完成過程中的優點以及不足之處,有利于學生改進不足之處。
第四,注意發揮學生的創新能力。在項目下達時,應該包括兩個部分:基本部分和發揮部分。這樣一來,專業能力強的學生可以對項目進行更加深入的研究,有利于發現、培養一批專業能力突出的學生。
參考文獻
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關鍵詞:測繪工作;遙感測繪;措施
中圖分類號:P24 文獻標識碼:A
從上世紀五十年代蘇聯發射的第一顆人造地球衛星迄今,遙感技術已經經歷了半個多世紀的發展歷程,當前的遙感技術不再局限于人造地球衛星,多種專門用于環境、資源監測衛星的發射與運轉以及航天飛機等都為其信息獲取提供方便。當前的測繪工作主要包括環境監測、地質勘測以及資源測繪等,而遙感技術因其特有的優勢在測繪行業中受到越來愈多測繪工作者的青睞。
一、遙感技術發展概況
遙感技術顧名思義是通過相關設備對被監測事物進行遙遠的感知而獲取相應監測數據的一種測繪手段。其最關鍵的裝置在于傳感器。遙感技術通過傳感器對地面事物進行感知并且獲取信息數據,再利用傳感器將數據傳輸到地面,利用計算機等對數據進行分析比較,最終對所要監測的事物獲得一個比較全面的數據信息。從遙感應用上看,遙感技術是多種學科的交叉綜合應用,它的學科基礎是建立在空間信息技術上,同時將測繪科學、電子科學地球科學、計算機科學等各學科知識相互融合滲透,因而遙感技術綜合了當前各學科的優勢,是一項先進的測繪技術。
二、測繪工作中遙感技術應用現狀分析
2.1 測繪遙感應用不夠廣泛
從遙感技術的發展來看,其發展前景比較樂觀,而且技術的應用領域和應用水平不斷在拓展。但是就當前遙感技術的應用現狀來看,依然面臨著不少問題,最主要的就是實際應用范圍不夠廣泛,遙感技術在當今依然是一項不為人所熟知的測繪技術。這個問題主要表現在當前的測繪工作,比如地形地質勘測、工程勘探等還是習慣采用傳統的測繪技術,對于遙感技術還比較陌生,對其應用就更加受限制,觀念上的制約以及對遙感技術的不熟悉制約了遙感技術在更多的領域發揮其作用,也不利于遙感技術的大力推廣。
2.2 遙感工作資金造價價高
遙感技術在工作中價格較高也是制約遙感技術進一步普及應用的重要問題。伴隨著遙感技術以及計算機技術的發展,遙感正在從實驗階段走向技術應用階段,其地理測繪、地質勘探、災害監測、環境資源檢測的功能逐漸凸顯出來。但是反觀當前的各項測繪工作,遙感技術的應用反沒有體現出其應有的角色。主要原因就在于應用遙感技術花費太大,造價太高,因而我國應用遙感技術的領域主要是在重點部門的重點科研項目,比如說運用遙感對地質災害、環境污染、資源勘探等進行測繪,而一般的工程地質檢測、煤礦開采等應用不多。
2.3遙感信息源空間分辨率較低,應用水平較低
遙感技術在地質災害勘測、環境污染檢測等方面的優越性將會大大推動我國的地質災害研究事業以及環境保護事業的發展。因而提高遙感技術信息源的空間分辨率,對于加強數據、的準確性、拓展遙感技術的覆蓋范圍、測量水平是極為有利的。
三、完善遙感技術在測繪工作中應用的策略及其具體做法
隨著遙感技術在測繪工作中的不斷普及,遙感信息技術的一些弊端和漏洞也逐步顯現出來,而有效提高遙感技術的技術水平,加強其技術推廣,是完善測繪工作中遙感技術的重要舉措。相關人員要明確遙感技術在測繪工作中的實際應用。
3.1遙感技術在測繪工作中的應用
目前,遙感技術在測繪工作中應用領域比較廣泛。與傳統測繪工具相比,遙感技術具有明顯的優勢,極大的規避了傳統測繪工作的弊端。
3.1.1遙感技術覆蓋范圍比較廣,能夠全面了解所在區域的地理情況,獲得全面的資料數據。
3.1.2遙感技術能進行全天候、全方位、動態實時的檢測。這是遙感技術最大的一個優勢,遙感技術以全球定位系統作支撐,完成空間導航和定位之后,可以全天候24小時對所檢測區域進行動態實時的檢測,比如對礦區環境污染的檢測,可以獲取全面動態的檢測數據和畫面,從而為礦區環境污染的防治提供有效的研究數據。
3.1.3遙感技術受人為干預比較少,能夠比較客觀的反映所監測區域的實際情況。傳統測量手段受主觀因素干擾比較大,因而測量的數據會出現誤差累積、偏差較大等問題,但是運用遙感技術會有效規避人力測量的劣勢,誤差不累計,測量數據精度較高。例如在礦區資源監測與定位上,運用遙感技術可以準確定位資源所在范圍,避免造成資源浪費以及不科學開采導致的生命安全問題。
3.2加強對遙感技術深度研究,拓展應用領域
應用遙感技術開展地質調查是相當必要的,也是社會經濟發展的客觀要求和需要。就當前社會發展狀況來看,遙感技術的應用有著廣闊的發展前景,相關人員要從加強遙感技術深度研究這一方面出發,提高遙感技術的測量精度,進一步拓展其應用領域。
3.2.1國家相關部門要加強對遙感技術開發研究的鼓勵和推動,采取相關措施推動遙感技術的普及和應用。比如,利用政策優勢,鼓勵相關部門在開展測繪工作者運用遙感技術,將遙感技術從示范性試驗階段推動到大范圍應用普及階段,使遙感技術能夠真正發揮其技術的優越性,對傳統測繪手段進行革命性的改造和開創。這將會大大推動遙感技術與實際測繪工作的聯系水平,不僅有利于遙感技術發揮其測繪水平上的優勢,更有利于在實踐中發掘遙感技術的弊端,從而推動遙感技術在實踐中不斷完善和發展。
3.2.2加大對遙感技術的資金投入也是深度研發遙感技術的關鍵舉措。一項技術從開始研發到投入使用要歷經漫長的過程,遙感技術從最初出現到現在也已經經歷了將近半個世紀的時間,我國也逐漸成為遙感技術大國。但是僅僅如此是不夠,我國必須向著遙感強國的目標前進,因此加強技術的深度研發是極其必要的。相關研究部門要重視現代遙感技術在各行各業測繪工作中的應用,提高觀念意識,加強對遙感技術開發的資金支持力度,鼓勵更多的研究者深度研究遙感技術,解決現階段遙感技術在應用中面臨的技術性問題,拓展遙感技術的應用領域。
3.3大力推廣遙感技術,加大遙感技術普及力度
遙感技術只有在大力推廣中才能顯示其技術的活力和對測繪工作的廣泛適應力。當前遙感技術已經凸顯出其難以比擬的技術優勢和環境適應力,比如,能夠適用各種復雜地形的勘探工作,能夠實現對火災、氣象災害、地質災害過程的實時檢測,動態獲取相關數據,為開展災害研究和建立災害防御體系提供便利等,因此必須要大力推廣遙感技術,提高普及程度。
3.3.1相關人員要從降低遙感技術工作造價出發,通過降低使用遙感技術進行工程測繪的資金花費,來實現各行各業測繪工作對遙感技術的應用。只有減少資金預算,才能促使更多的行業選擇應用遙感技術,而不僅僅集中于少數幾個重點行業的重點項目。
3.3.2提高遙感技術的空間分辨率也將有利于遙感技術的普及。早期遙感技術受分辨率限制,較多應用于宏觀的檢測,而當前由于新工作思路的拓展,遙感技術與地質的符合程度越來越高,受距離的限制也越來越小。但是相關人員在改善工作思路,加大遙感技術地質檢測水平上還需進一步努力。
四、總結
總而言之,遙感技術在測繪工作中的應用,已經成為社會發展的必然趨勢。伴隨著科技的進步和計算機的普及,遙感技術的應用范圍必將會大大拓展,遙感地質、環境資源監測、氣象、災害檢測乃至工程礦區勘探測量中的遙感應用也必會進一步拓展,其在國民經濟、社會發展以及災害預防等方面的作用會越來越大。
參考文獻
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關鍵詞 遙感技術;水文水資源領域;研究
中圖分類號TP7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2013)110-0227-02
現階段我國科技水平不斷的提高,隨著科學技術的靈活發展,遙感技術也開始在各行各業落地生根,尤其是在水文水資源領域研究方法的應用獲得了大量的關注。通過遙感技術的應用可得到科學準確的水文數據,有助于提高工作人員的工作質量與效率,減少成本,對研究水文水資源領域工作起到了重要作用。
1 遙感技術的概念
我國遙感技術的應用已有幾十年的歷史,遙感技術作為一種功能性強、復合型的探測技術,其主要的原理就是根據物體所呈現出的電磁波反射、輻射等特點,通過遙感感測將物體特點記錄與收集,最后將電磁波信息處理為影像,為探測其它物體提供科學可靠的依據。遙感技術是從電磁波理論知識出發,在人們的日常生活中得到大量的運用,例如氣象觀察、資源局勢探查等方面,由于遙感技術傳播速度快并且能夠保證信息的科學與完整,也可運用于地圖測繪,且其應用范圍拓展到航空、軍事等領域。遙感技術應用在水文水資源領域當中,有利于節約人力、物力以及時間,提高了水文勘測工作質量與效率,縮短了實施周期,使作業工序變得簡單。
2 遙感技術在水文水資源領域的應用與發展
2.1監測降水量
通過遙感技術的運用,將衛星與雷達結合在一起,輸送和傳遞出遙感信息源,可了解到降水量的空間、分布等各項參數,有利于獲得不同地區降雨量的具體數據。雷達主要是根據空氣中降水粒子對電磁波產生的影響,從而實現對部分地區雨量的預測,特別是對于監測雨量較少的地區,除了監測其雨量站,還要運用雷達監測,便于得到準確的降雨量信息,雷達監測屬于微波遙感的重要環節。衛星則是綜合衛星信息與地面測量的情況,對大面積的雨量進行預報,由于雷達只能監測到降水粒子,一旦降水粒子出現密集的情況產生較厚的云層,雷達監測將無法給出正確的降水量數據,因此在這種情況下,就要通過雷達與衛星共同監測出準確的降水量數據,衛星估算的方法有綜合法以及微波輻射法。現階段運用最多的是航空飛機,通過飛機進入到云層深處開始探測,航空遙感是一種用于氣象觀察的輔助技術,主要監測云層以及周圍小粒子的分布情況,然后將收集到的數據與資料傳輸到計算機系統當中進行處理與分析,從而會自動獲得更多的云層數據,這些大量而又準確的數據為水文研究工作提供了便利,減少了研究成本與時間。
2.2監測蒸發量
蒸發量包括土壤、水面、植物等這三個方面的蒸發,蒸發量對水量、能量的平衡起到了關鍵作用,換句話說也就是蒸發量的多少將直接決定水量、能量的平衡。而監測蒸發量是通過物理的方式來轉化質量和能量的關系,來得到準確的蒸發量數據。遙感技術的運用日趨廣泛,監測蒸發量的方法也越來越多,運用衛星來收集數據的方法多種多樣,計算方法有統計經驗法、能量余項法、全遙感信息模型法。通過模型特點將模型分類,使其發揮出具體的作用,多層模型是通過將土壤劃分為較多層,一層模型用在對地表、土壤、植被的區分,二層模型主要是對地表植被、地下土壤、地上熱量這三者間的余熱計算。在通過遙感技術監測蒸發量與探測地表特征數據相結合的形式下,研究出遙感日蒸散估算模型,這種計算模型的建立,可了解各種地表環境下的蒸散情況,為監測與計算蒸發量提供了有力的前提。
2.3監測徑流量
由于徑流量測量比較復雜,目前只有通過水文模型來獲得遙感信息估算徑流量,遙感技術是一種綜合性的技術,可用于收集土壤、地表、植被、水體、蒸發量等數據,其收集信息具有便捷性、即時性、全面性、完整性等優點,遙感技術與水文模型的共同使用,就可以預測出徑流量。遙感技術測量徑流量是通過感測與其相關的元素,收集大量的數據建立水文模型來獲得徑流量的結果。
2.4地表和土壤水分的監測
地表對徑流形成、地面能量與物質有著重要的影響作用,土壤水分包括地表水、地下水、地表能量這三個重要的參數。由于地表特征較為復雜,通過遙感技術識別與分類地物,對識別水體、提高土地利用率與覆蓋率有著深遠意義,水文變化最直接的表現為土地利用、土地覆被的變化,遙感技術在監測土地利用與覆被變化方面有著較大的優勢,地表又被稱為下墊面,地表特征當中的幾個關鍵元素信息,例如植被、地表發射率、地面溫度與反照率等,這些關鍵元素將影響地表能量與物質的平衡。土壤水分又被稱為土壤濕度,是地表能量交換中的重要內容之一,也是地表水與地下水的中間元素,遙感監測土壤水分有光學遙感、微波遙感這兩種研究方法。
2.5預防災害,保持水土平衡
遙感技術在收集研究水文資源的同時,也可監測洪澇、旱情、積融雪、水質等情況,起到了一定的預防災害作用。為保證水土不被流失,遙感技術作為研究水土工作中的重要手段,能夠監測土壤侵蝕動態、水土流失情況。利用遙感技術監測土壤侵蝕是通過收集與其相關的元素信息,例如降雨量、植被、地形、土地、人為等因素,目前我國監測土壤侵蝕動態的方法有很多,如分類對比、逐像元比較以及分類與逐像兩者結合的動態監測方法。水土流失定量研究法運用較多的是建立水土流失定量計算模型,通過收集的土壤流失信息建立方程式來計算和分析,從遙感影像上獲得土壤侵蝕元素數據,提取模型計算因子用于監測水土流失狀況。
3結論
綜上所述,遙感技術在水文水資源領域的應用方法也越來越多,使研究水文水資源領域的方法得到了擴展。遙感技術對水文研究工作有著很大的幫助,節省了人力、物力、時間、成本,為研究水文資源提供了一定的便利條件,通過準確科學的水文信息,便于開展水文水資源的研究工作,對水文水資源領域的長期穩定發展起到了積極作用。
參考文獻
[1]姜哲石.遙感技術在水文水資源領域中的應用分析[J].才智,2011(34).
關鍵 :遙感技術、土地利用調查、應用
The application of remote sensing techniques in land use survey
Abstract: Land resources are increasingly scarce, and therefore the use of land resources is particularly important to investigate. Remote sensing technology in the long-term development has matured in various fields. The application of remote sensing in land resource survey, which greatly improved the efficiency and accuracy of the survey. Accordingly, this article will focus on the application of remote sensing techniques in land resources, to make further analysis.
Key areas: remote sensing technology, land use survey, application
中圖分類號: F301.2文獻標識碼:A 文章編號:
遙感技術是一項發展較早的技術,在長期的不斷完善過程中趨于精確,能夠對對象做出較為準確的定位和勘測,極大便利了地理調查。遙感技術從廣義上來講,是指在較為遙遠的地方借助專門的特殊探測儀器,將遠處的物體輻射的波長信號進行記錄和接受,再通過專業處理程序進行再加工,從而將遠處物體通過圖像的形式展現出來,從而能夠使得勘測人員通過觀察圖像,了解遠處的情況和環境。遙感技術由遙感平臺、傳感器、應用系統等多個部分共同構成。
一、遙感技術國內發展現狀
遙感技術在我國的應用起步較早,是伴隨航天技術的發展而來的,最近幾年來發展迅速,應用領域也在不斷擴大。我國國家統計局自上個世紀八十年代開始便在全國范圍內開展了廣泛的土地資源調查統計工作,在這個調查過程中將遙感技術引入進來,通過遙感技術得來的數據實現了對我國整體土地使用情況的首次了解,調查結果的準確性保障了我國后期土地政策制定的適用性。從此我國的土地使用情況開始了用遙感技術進行勘察的方式,并且在長期的發展中趨于完善,技術水平不斷提高。遙感技術在國內土地利用調查中的應用,在我國土地資源管理中發揮著重要的作用。具體說來包括以下三個方面:1、服務于各級政府,有利于提高政府政策的準確性,依據遙感情況制定完善的土地資源管理計劃,及時對土地利用過程中出現的問題作出反饋,起到對有限國土資源的保護和合理規劃作用;2、及時反映了當前土地利用情況,為后期進行城市建設規劃以及了解土地利用總體情況奠定基礎;3、為整體土地利用發展規劃提供充足的信息。
二、遙感技術在土地利用調查中應用的可行性
遙感技術相比較于其他調查方法,能夠24小時不間斷工作,并且能夠及時有效的獲得土地使用情況資料,遙感技術受地區環境限制較少,能夠在有限的時間里盡快的完成任務。遙感技術在信息的記錄上可體現出周期性、動態性以及豐富的動態性,能夠及時記錄土地使用的變更情況。傳統的土地利用調查依賴于大量的人力和物力投入,工作周期長,工作的準確性不高,成本極高。土地利用調查是在城市化進程進一步加快,經濟飛速發展的情況下發展起來的,強化土地資源規劃、管理、保護和合理的利用是適用社會發展的必要措施和基礎工作。
遙感技術在土地利用統計中的應用具有以下特點:1、起點較高,具有全局性,基于遙感技術的土地利用調查一般而言具有全局性特點,而且往往具有很強的宏觀性,起點高的特點使得建立在這一基礎上的調查更有利于統籌全局,把握整體的土地資源利用情況;2、技術要求高,遙感技術看似原理簡單,實際操作起來卻需要較高的技術水平和專業要求,在管理上也需要專業人員的科學化管理,從勘測到記錄都需要較高的技術水平;3、實際應用性,遙感技術應用下的土地使用調查,不僅要求提供最終的調查結果和準確性較高的土地利用現狀調查,還要求為現實的整體規劃做出調整,最終應用于整體土地政策的規劃,提高土地資源利用率。
由上可見,傳統的土地調查方法較不科學,存在著周期長、資金投入多、調查受周圍因素干擾大的問題,極大影響了整個調查的整體運作情況,客觀性和周期性不強最終使得所得數據和記錄的可用性不大,與現實的結合不緊密。而遙感技術則具有了明顯的優勢,周期短、客觀性和準確性強,這位土地資源的有效利用提供了數據支持。
三、遙感技術應用于土地資源利用調查的方法
遙感技術需要多方面技術的綜合應用,比如勘測技術、信息處理技術、圖像處理技術、網絡信息技術、數字化信息記錄技術等。多方面技術的綜合應用決定了遙感技術在使用過程中的技術性和專業性。遙感技術在土地調查應用過程中的關鍵環節是遙感影像的制作和再加工過程,這個環節最終決定了遙感技術應用于土地調查的好壞。
(一)影像校正
影響校正是指通過遙感技術所得的遙感圖像信息,按照打底的水準面和坐標系對圖像中物體的具置,使得遙感圖像數據依據現實環境幾何坐標進行校正。影像校正分為多個步驟,首先第一步便是位置的計算,位置選取是控制點確定的重要一步,控制點的選擇正確與否,直接影響了整個影像校正的過程。控制點的選擇要堅持易分辨、特征明顯的原則,保證控制點的選擇能夠準確為后期影像的處理奠定基礎,找準位置。另外在控制點的選擇上還應該注意在圖像的邊緣留有一定數量的控制點,避免在處理過程中因為誤差出現影像外推。
(二)遙感影像的配準
遙感影像的配準是指將多重映像進行重疊,即是將影像中的地理坐標和影像之間的統一,具體操作是在配準過程中選擇多項式模型,以人機交互的方式實現對影像的配準。在配準過程中要盡量減少誤差,并且盡可能實現對配準的現實適用性。遙感影像的配準是實現了控制點與影像之間的配合,是將標準化的空間方式進行整合,最終在有限的范圍內對影像進行配準。
(三)遙感影像的融合
遙感影像的融合是指將多源數據統一在同一個地理坐標中,采用專業科學的算法和運算方式將多幅影像合并在同一個新的圖像中。影像的融合包括了基本信息、色彩的融合。融合的過程是將傳感器得到的不同類型的信息加以綜合,用單一傳感器減少多重遙感器帶來的不必要麻煩和矛盾,使得最終影像能夠直觀易懂,并且能夠清楚認識。最終融合的圖像是綜合了多元的信息產生的,具有豐富性和準確性,能夠反映更多的信息,減少因為單幅影像造成的信息不清晰,從而提高數據的適用性和利用率。另外從影像的色彩來看,融合之后的影像色彩飽和度更高,對比度強,位置能夠更加精確的表示出來。
(四)遙感影像的識別
遙感影像的識別和判讀是一個較為專業的過程,一般來說分為觀察和計算機自動分類兩種方法,遙感監測得到的最終影像任然需要專業的判讀。人為和計算機的兩種方式應該與實際勘測的地形和物體情況相聯系,就土地利用調查的實際環境和要求來看應該采用人機交互的方式對影像進行識別和判讀,將圖像信息轉化為描述性語言,增強影像的描述性和可視性。
四、遙感技術應用于土地利用現狀調查的局限性
遙感技術的使用對專業人員的技術要求較高,使得遙感技術的推廣和操作中的準確性面臨困境,技術的制約使得勘測結果失效。遙感影像色彩鮮艷且對比強烈,這位調查提供了較為完善直觀的數據支持,但也存在著難以判斷圖片的物體的具面積和大小,要進行具體測量。在遙感技術使用的過程中還面臨著地界統計的出入,因此在統計的結果中存在一定偏差。另外遙感技術并不能完全取代傳統的統計方法,還需要在不斷完善現代化統計手段的同時兼顧傳統,采取多元調查方法結合的方式增強最終數據的可靠性。
綜上所述,遙感技術的發展極大便利了土地利用的調查,使得調查周期縮短,準確度和可靠性大大提高,減少了傳統調查方式下的人力財力投入。雖然在實際操作中遙感技術還存在一些缺陷,相信隨著計算機信息技術的進一步提高,高新技術的不斷發展,遙感技術在土地利用調查中的應用會日趨完善。
參考文獻:
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[3]濮靜娟,《遙感圖像目視解釋原理與方法》,中國科學技術出版社,2001年,第23-26頁
關鍵詞: 遙感技術 城市規劃空間信息
Abstract: the remote sensing technology is the 1960 s news fast developed a comprehensive space information science, for our comprehensive and accurate understanding urban planning and construction, the sustainable development of the city, plays a more and more important role.
Key words: remote sensing technology city planning space information
中圖分類號:TU984文獻標識碼:A 文章編號:
1 遙感的定義
遙感通常是應用探測儀器,在不與探測目標直接接觸的情況下,從遠處把目標的電磁波譜記錄下來,通過分析,揭示出物體的特征、性質及變化的綜合性探測技術。不同類型的地物具有發射或者輻射不同波長電磁波的特性,遙感技術是利用地物反射和輻射電磁波的固有特性來探測地面目標,因此,關于電磁波輻射的基礎原理成為遙感技術的理論基礎。遙感是20世紀60年代美國創造的技術用語,隨著1972年第一顆地球觀測衛星Landsat的發射成功而迅速得到普及。近年來,隨著地理信息系統技術的發展,遙感技術與之緊密結合,發展更加迅猛[1]。
2 遙感的分類
按遙感器接收信號的來源,可將遙感分為被動式遙感(Passive Remote Sensing)和主動式遙感(Active RemoteSensing)兩種,被動式遙感是指不利用人工輻射源,直接接收與記錄目標反射的太陽輻射或者目標物本身發射的熱輻射和微波輻射。如航空攝影、多光譜掃描、熱紅外掃描等。主動式遙感是指使用人工輻射源從平臺上向目標發射電磁輻射,然后接收和記錄目標物發射或散射回來的電磁波的遙感,如雷達遙感、激光遙感。
3 遙感技術主要特點
3.1探測范圍廣,獲取信息的范圍大
遙感用航攝飛機飛行高度10km左右,陸地衛星的衛星軌道高度達910km左右,從而可及時獲取大范圍的信息。例如,一張陸地衛星圖像,其覆蓋面積可達34225km2,覆蓋我國全部領土僅需500多幅,這對國土資源調查有著重大意義。
3.2獲取的信息內容豐富,可實現動態化監測
遙感技術獲取的數據非常龐大,如一景包括7個波段的TM影像的數據量達270M,覆蓋全國范圍的TM數據量可達到135kM的海量數據,它遠遠超過使用傳統方法所獲取的信息量,而衛星周期性對地球各處進行觀察使得有可能進行動態觀察,獲取新穎的資料,從而實現對地的動態監測。
3.3獲取信息方便而且快速
利用遙感技術獲取信息不受地形限制。對于高山冰雪、戈壁沙漠、海洋等地區,一般方法不易獲得的資料,衛星像片則可以獲得大量有用的資料。同時,衛星還可以不受任何政治、地球條件的限制,覆蓋地球的任何一角和整個地球。這使得我們能夠及時地獲取各種地表信息。
3.4綜合性強
目前,遙感與地理信息系統(GIS)、全球定位系統(GPS)的集成技術,豐富了環境信息的獲取、分析和表現手段,構成對地觀察監測的多層空間、多波段、多時相的綜合系統。這個系統從三個空間,即地理空間、光譜空間、時間空間提供地物信息,使得我們能更全面深入地觀察分析問題[1]。
4 遙感技術在城市規劃管理中的應用
4.1遙感技術輔助規劃成果審核
在城市規劃管理實踐中,我們經常會遇到這種現象:因對現狀不甚了解,致使規劃成果即使審批后也無法實施。然而在規劃管理中,一旦規劃審核不嚴謹就導致經常調整規劃成果,嚴重影響城市規劃嚴肅性,浪費大量的建設成本,特別是2008年1月1日城鄉規劃法實施后,審批后的規劃成果的調整程序更為復雜[2]。因此,加強城市規劃成果的審核是規劃管理部門一項重要任務。通過使用遙感影像技術,規劃管理人員可以清晰地判讀規劃成果是否立足現狀,是否符合城市發展需要、是否具備可操作性,一定程度上避免規劃成果的反復調整。
4.2遙感技術輔助規劃決策
在城市規劃管理中,建設項目規劃設計條件是城市各項建設的法定依據,核發建設項目規劃設計條件是規劃管理的首要工作。因此如何科學確定建設項目規劃設計條件中的各項控制要求顯得尤為重要。以往確定出讓地塊各項控制要求時,很容易陷入就地塊論地塊局面。但是利用遙感圖像作為背景,就可以直觀地分析出讓地塊周邊相對完整區域內建筑容量、圖底關系是否合理,從而為確定出讓地塊建筑容量及公共廣場空間的布局、規模提供依據[3]。
4.3遙感技術可以作為規劃監督管理的有力依據
當今的城市建設日新月異,建設量十分龐大,然而監督執法人員數量卻有限,面對大量的違法、違規建設項目,監督執法人員往往無法逐一監控。然而利用遙感技術,可以大大提高工作效率,并能做到全面、準確監控違法建設。通過定期更新遙感數據并進行前后對比分析,同時核對建設項目審批檔案即可及時發現違法占地、違章建設等違法建設項目,從而更有針對性實施監督管理,加大執法力度,提高執法效能。
2009年底,住房與城鄉建設部開展了全國范圍內的城市違法建設調查,主要針對城市總體規劃實施情況的調查。調查采用遙感技術輔助進行,每個季度拍攝一次,將前后兩次拍攝圖像進行疊加,結合城市總體規劃圖紙,分析該季度內違法總體規劃的建設情況,形成鑒定結論,以此督促地方政府根據總體規劃整改。由此可見,遙感技術作為輔助規劃監督管理的工具作用十分明顯。
4.4遙感技術能夠豐富城市規劃建設檔案庫的信息量
以往城市規劃檔案庫中很少存有城市一定時期內某片區建設資料,因此針對城市可持續發展專項研究也經常因缺乏相關資料而無法進入深入研究。遙感影像客觀、清晰地記載了城市發展痕跡,信息量極為豐富,同時便于存取,因此近年來城市規劃檔案庫逐漸利用遙感影像作為歸檔資料。同時遙感影像豐富的信息量可以為城市科學研究提供了大量的基礎資料。如城市交通總體規劃、城市綠化建設等規劃,就可取調遙感影像資料,分析城市各個歷史時期空間發展演變規律。
由此可見,遙感技術在城市規劃管理領域發揮著越來越重要的作用。但是,我們也應該認識到遙感技術的利用還處于起步階段,在規劃管理也還存在一定問題:由于大部分遙感影像圖經過圖像拉伸、增強等計算機處理,無可避免地存在一定誤差,這將在一定程度上影響規劃成果的準確性;同時,遙感數據并非量化數據,不具備三維坐標,無法指導具體項目建設施工。因此,目前遙感技術仍只適用于規劃分析層面,但是,遙感技術已在開拓三維坐標定位等新領域。為此,我們有理由相信隨著遙感技術不斷深入發展,將成為城市規劃管理不可或缺的管理工具。
5 結語
城市規劃的本質是以理性預測和籌謀克服市場的不足和人類行為的盲目性,規劃過程中需要大量歷史和現實數據。遙感技術可以為各類城市專題規劃和綜合規劃提供必需的可續依據,我們相信遙感技術在不遠的將來會在城市化發展中得到更多更深入的應用。
參考文獻:
[1] 張占睦,芮杰.遙感技術基礎[M].北京:科技出版社,2007.
[2] 江濤,張傳霞.城市擴展動態變化的遙感研究[J].遙感信息,1999(4).
【關鍵詞】:遙感技術;特性;應用
中圖分類號:TJ8
文獻標識碼:C
文章編號:1002-6908(2008)0720095-01
前言
隨著人類生存環境的變化和國際競爭的日益激烈,對自然資源、地理資源和太空資源的開發和爭奪已經成為影響人類和民族發展進程的重要因素。遙感正是為了滿足這樣的需求所產生的一門綜合性應用技術,它是以航空攝影技術為基礎,在本世紀60年代初發展起來的一門新興技術。經過幾十年的發展,遙感技術已經從航空時代進入航天時代。由于遙感技術能夠全面、立體、快速有效地探明地上和地下資源的分布情況,其效率之高是以前各種技術無法企及的。因此,遙感技術已成為一門實用的,先進的空間探測技術。伴隨遙感技術在國民經濟中發揮著越來越重要的作用,由此帶來了新一輪遙感應用的熱潮。現在,衛星應用覆蓋了減災、健康、環境監測、能源調查等,影響了人類生活的方方面面。因此,在許多領域,遙感對地觀測技術有著無限光明的應用前景。
1.遙感技術的涵義
遙感是利用遙感器從空中來探測地面物體性質的,它根據不同物體對波譜產生不同響應的原理,識別地面上各類地物,具有遙遠感知事物的意思。也就是利用地面上空的飛機、飛船、衛星等飛行物上的遙感器收集地面數據資料,并從中獲取信息,經記錄、傳送、分析和判讀來識別地物。
當前遙感形成了一個從地面到空中,乃至空間,從信息數據收集、處理到判讀分析和應用,對全球進行探測和監測的多層次、多視角、多領域的觀測體系,成為獲取地球資源與環境信息的重要手段。
2.遙感技術主要特點
2.1可獲取大范圍數據資料。
遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右,陸地衛星的衛星軌道高度達910km左右,從而,可及時獲取大范圍的信息。例如,一張陸地衛星圖像,其覆蓋面積可達3萬多km2。這種展示宏觀景象的圖像,對地球資源和環境分析極為重要。
2.2獲取信息的速度快,周期短。
由于衛星圍繞地球運轉,從而能及時獲取所經地區的各種自然現象的最新資料,以便更新原有資料,或根據新舊資料變化進行動態監測,這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。例如,陸地衛星4、5,每16天可覆蓋地球一遍,NOAA氣象衛星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鐘獲得同一地區的圖像。
2.3獲取信息受條件限制少。
在地球上有很多地方,自然條件極為惡劣,人類難以到達,如沙漠、沼澤、高山峻嶺等。采用不受地面條件限制的遙感技術,特別是航天遙感可方便及時地獲取各種寶貴資料。
2.4獲取信息的手段多,信息量大。
根據不同的任務,遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可采用可見光探測物體,也可采用紫外線,紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性,還可獲取地物內部信息。例如,地面深層、水的下層,冰層下的水體,沙漠下面的地物特性等,微波波段還可以全天候的工作。
3.遙感技術的實際應用
3.1遙感技術在地質災害中的應用
遙感技術應用于大面積的地質災害調查,可達到及時、詳細、準確且經濟的目的。在不同地質地貌背景下能監測出地質災害隱患區段,還能對突發性地質災害進行實時或準實時的災情調查、動態監測和損失評估。為此,我國設立了專門的“地質災害遙感綜合調查”課題,經過近20年的實踐,已摸索了一套較為合理、有效的滑坡、泥石流等地質災害遙感調查方法。在“5.12”汶川大地震的后續救援工作中,遙感技術就發揮了突出作用,第一時間提供了地質地貌變化情況,為政府作出正確決策提供了依據。
3.2遙感技術在生態環境中的應用
伴隨著社會的進步和發展,氣候變化、環境污染成為了人類世界所面臨的發展瓶頸。遙感技術應用于宏觀生態環境要素的監測,具有視野廣闊、獲取的信息量多、效率高、適應性強、可用于動態監測等眾多優點,同時其技術方法成熟。為此,采用衛星遙感這一面向全球的先進技術,是環境科學研究的必要途徑,它不僅可以為我們提供大面積、全天時、全天候的環境監測手段,更重要的是能夠為我們提供常規環境監測手段難以獲得的全球性的環境遙感數據,這些數據將成為我們進行環境監測、預報和科學研究不可缺少的基礎。
遙感技術應用于環境監測上既可宏觀觀測空氣、土壤、植被和水質狀況,為環境保護提供決策依據,也可實時快速跟蹤和監測突發環境污染事件的發生、發展,及時制定處理措施,減少污染造成的損失。其從空中對地表環境進行大面積同步連續監測,突破了以往從地面研究環境的局限性。
如赤潮遙感監測。1995年至1997年國家海洋局第二海洋研究所開展了“海洋水產養殖區赤潮監測及其短期預報試驗研究”,該項目成功地監測和預報了1997年11月發生在廣東沿海和1997年7月發生在浙江的赤潮。開創了國內赤潮衛星遙感實時監測和預測的先河。
3.3遙感技術在農業氣象災害中的應用
目前我國農業生產基礎設施薄弱,抗災能力差,對氣象環境的依賴性很大。農業氣象災害對國民經濟,特別是農業生產造成了極為不利的影響。利用遙感技術,可以繪制更加清晰、形象的氣象圖;進行氣候資源監測評價;氣象災害評估;氣象災害預警、氣候分析評價等等氣象服務;建設基于遙感技術和地理信息系統(geographicinformationsystem)GIS支持下農業氣象災害監測系統開發;利用氣象數據,結合GIS背景資料對危害區域、危險程度、受害作物面積進行分析、計算、評估,預測洪澇災害的演進規律,提供受災區域、受災人口與損失估算報告,并根據已有的抗洪措施形成后期應急反應方案以及防災系統建設方案。
3.4遙感技術在海洋漁業中的應用
近年來,海洋漁業遙感技術的研究和應用,受到國內外各漁業相關科研單位和大學的廣泛關注和重視。遙感技術應用于海洋漁業,具有大面積觀測和實時動態監測的優點,可以獲取多種海洋環境要素信息,對預報漁場漁情信息是一種十分理想的手段。
3.5遙感技術在流行病學研究中的應用
遙感及其相關分析技術為流行病學研究開辟了新的途徑。周曉農等人利用1989年與1995年兩次全國血吸蟲病抽樣調查資料和我國黃河以南1∶100萬數字化地圖建立了我國釘螺分布的GIS,顯示了我國不同地區血吸蟲病的流行強度、分布范圍、數據來源及時間等。
為應付未來突發,可利用遙感技術提供目標地區的流行病學疾病預測資料,以制訂衛勤保障計劃,保障部隊戰斗力。美國軍方從1982年以來就運用遙感技術開展了大量研究,他們以降雨量和氣溫以及從LANDSAT-3MSS獲取的數據為參數預測了菲律賓血吸蟲病的流行區分布,并用來計算美軍軍事演習期間可能由于血吸蟲病而導致的潛在傷亡數;另外還將遙感技術應用于戰爭時區別自然狀態的疾病暴發與由于使用生物戰劑引起的疾病暴發的研究。
結束語
綜上所述,隨著技術方法與手段的日臻完善,遙感技術必將在更多的行業和領域發揮重要作用,從而進一步影響我們的工作和生活。
參考文獻
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[4]周金星.山洪泥石流災害預報預警技術述評,山地學報,2001(19).
1教學內容的選取
1.1教材和目標定位
要使教學內容合理,首先要選取一本合適的教材。[3,4]不同的教材各有特色,側重點亦有所差異,有的注重理論方法,有的偏重實際應用。環境科學專業的遙感課程注重培養學生利用遙感技術對環境問題進行監測、分析和管理的能力,因此本課程適宜選取側重于應用的教材,如參編教材為陳述彭的《遙感地學分析》和趙英時主編的《遙感應用分析原理與方法》等。同時在專業軟件選取上考慮到界面易用,開發靈活性等特點,可選取ENVI遙感圖像處理軟件進行實例教學。遙感課程本身內容較多,針對環境科學專業的本科學生,在學時有限的條件下,需縮短遙感基礎理論的講授,同時適當擴大遙感實驗和應用的教學環節。在教學過程中側重理論聯系實際,將教學內容劃分為理論部分和實踐部分:其中理論部分主要包括電磁波、傳感器及成像原理、遙感圖像的存儲等內容,實踐教學內容以“影像獲取-預處理-分類及后處理-應用”為主線,重點講授常用遙感數據(TM,MODIS,ALOS和SPOT)的獲取方式,預處理方法(輻射校正、地形校正和幾何校正)、分類方法(監督和非監督分類、面向對象分類、決策樹分類和神經網絡分類)以及精度評價和重編碼等后處理過程,最后則以江蘇沿海開發為背景,圍繞土地利用變化分析、灘涂生態環境評價、水環境和大氣監測等主題進行應用實例教學,重在提高學生利用遙感技術解決實際環境問題的興趣和能力。
1.2教學內容更新
遙感技術的發展使得知識更新速度很快,新理論、新方法和新的研究領域不斷出現,用人單位對學生的實踐能力的需求也不斷增強。[5,6]因此在整個教學過程中還需不斷對現有教材內容更新,讓學生掌握遙感技術的最新動態,尤其是遙感技術在環境科學中的最新應用領域,以彌補現有教材內容的滯后性。在教學過程中可依托現有科研項目對教學內容進行整合和優化,將自己從事科研項目過程中了解的國內外研究現狀以及存在的問題進行補充講授,比如筆者曾從事過遙感技術在區域蒸散發估算、土地利用覆蓋變化以及水環境監測等應用相關的科研項目,在教學過程中就可以結合該項目進行典型案例分析,同時將本學科的發展趨勢與學生一起討論,從而激發學生的學習興趣。教學內容完善上還需整合對本學科技術形成和發展具有重要意義的期刊資料(如環境科學、生態學報、地理學報和"RemoteSensingofEnvironment"等雜志),滲透到課程建設之中,不斷充實教學內容,使教學內容具有前瞻性。考慮到環境科學專業的學生由于缺少地理學、地圖學和程序設計等知識結構,往往會反感復雜的遙感理論知識,缺少主觀能動性,可圍繞遙感技術開展課程群建設,加強本課程與環境信息系統、環境影響評價等課程之間的聯系,從而增強學生利用跨學科技術手段解決實際問題的能力。
2教學手段和方法的創新
2.1專業軟件輔助多媒體教學
遙感課程包含大量的遙感圖像信息,因此目前普遍使用PPT教學方式。為了增加學生對遙感理論方法的掌握,有必要在課堂上增加以實驗數據為主的遙感軟件演示教學。通過遙感軟件可以將理論及方法用圖形和圖像的形式直觀再現,激發學生學習興趣,提高應用先進的遙感技術的能力。同時在教學過程還需設計一些綜合軟件訓練科目。比如筆者在實際教學過程中設計了類似《灘涂資源與環境監測》的綜合實驗,拓展了遙感技術與地理信息系統(Arcgis)和計算機輔助制圖(AutoCAD)等地學處理軟件之間的數據共享操作,在增強學生環境數據處理方面的綜合實踐能力方面取得了較好的反響。
2.2網絡和啟發式教學手段
遙感課程理論抽象,應用性比較強,在教學過程中,宜采用啟發式教學方式,讓學生獨立思考,引導學生去發現和解決實際的問題。比如在講解植被的光譜特征時,可以基于全色圖像、多光譜等各種常用的衛星遙感數據,形象和直觀呈現不同的植被類型、不同的植被生長階段和狀況在遙感樣片上的差異,增強學生對“同物異譜”和“同譜異物”規律等遙感知識的理解和掌握,充分發揮學生在學習過程中的主動性、積極性和創造性。同時還可利用GoogleEarth軟件,USGS和地理空間云數據等平臺免費瀏覽全球各地分辨率相對較高衛星圖片,作為遙感教學影像資料,或用作科研數據。建立和完善實驗數據庫,依托現有的科研項目和實驗平臺,購置SPOT,MODIS和TM等多類型遙感數據和行政矢量地圖。通過Internet網絡,師生共同交流和關注遙感最新事件和日益嚴重環境問題,如高分衛星的發射、城市霧霾和水污染事件,引導學生利用現有環境問題解決實際的環境問題。
3實踐創新能力的培養
實踐教學環節對培養學生的創新思維和科研能力具有重要的作用,環境科學專業作為非遙感專業開設遙感課程,其技能要求為應用型,理論聯系實踐顯得尤為重要。在實踐教學上可以以基礎理論、基本方法和基本操作為基礎,構建分層次的能力訓練模式,初期可以安排一些主流遙感數據搜集與處理基礎方法的介紹;中期安排一些專業軟件應用課題;后期通過科研項目培養創新能力。實踐能力培養還需改革傳統以卷面成績為主的考試制度,注重多元化的考核方法,增加理論環節課堂提問、討論等考核,以及實踐環節的軟件操作和科研能力考核,以考試促教學,切實提高學生實踐創新的主動性。
3.1增強課堂練習和野外實習環節
通過課堂練習和野外實習,使學生更好地理解和掌握遙感的基本概念,基本原理和基本方法,熟悉遙感專業軟件的基本操作,增強對不同地物的光譜差異的正確認識。課堂練習環節主要以示范性和驗證性為主,學生可通過操作實例增強對理論知識的理解。例如在講授遙感影像的幾何配準過程中,結合試驗指導書和軟件操作,以圖形的方式呈現控制點數目和位置變化對圖像糾正效果的影響,增強對幾何校正影響因素的理解。野外實習設計主要包括遙感影像數據的準備和預處理、解譯標志的建立和野外考察路線的設計等環節。通過野外實習,加深對圖像目視和計算機自動分類原理和過程等教學內容的認識。野外實習適宜以學校周邊的多光譜影像為例,也可結合區域特色,如在鹽城工學院的教學實踐過程中,考慮到沿海大開發形勢下,采用了沿海灘涂資源開發和保護為實踐背景材料,通過實驗區的實地考察,使學生掌握假彩色合成圖像和地物的識別特征等遙感基礎理論知識,同時通過野外實習教學也可進一步引導學生利用遙感技術對灘涂生態環境問題進行檢測和分析。
3.2專業軟件開發能力培養
在遙感教學中,專業軟件開發能力也是實踐創新教學的重要內容。ENVI是由遙感領域的科學家采用IDL(InterfaceDescriptionLanguage)開發的一套功能強大的、完整的遙感圖像處理軟件[7],因此在利用ENVI軟件進行實驗教學過程中,可以增加利用IDL演示實例豐富教學內容,例如進行遙感影像融合效果評價的過程中,可讓學生掌握IDL的學習方法,并學會編寫IDL命令調用ENVI函數,進行數據的讀取,熵值的計算和融合效果的評價。既可以提高學生的編程能力,又可更好的理解操作的本質,提高學生的專業軟件開發能力。
3.3鼓勵學生從事科研活動
課堂練習通常是嚴格按照實驗指導操作,相對缺少創新性,因此還需要通過科研項目的鍛煉,進一步強化學生運用專業知識和遙感技術解決實際問題的能力。科研活動主要以遙感興趣小組、大學生創新項目和導師科研項目為主要形式。遙感興趣小組依據應用領域的不同進行組建,如組建灘涂植被組、水體污染檢測組以及大氣污染檢測組等,考核任務下達后,各小組之間共同完成數據資料的查找、分析和結果輸出等工作,最后以小組為單位進行評分和總結。學生在完成專題任務中不僅增強綜合分析問題和表達能力,同時也熟悉了基本的科研方法和過程,激發了學生自主探索的熱情。此外,在遙感應用小組的基礎上,鼓勵學生申報大學生創新項目(SRT)和撰寫學術論文,同時吸引學生參與老師的科研活動,鼓勵學生發表高質量遙感教學論文將學生的畢業論文盡可能與科研課題相結合,通過畢業論文團隊建設提高學生畢業論文的深度和廣度。
4結束語
關鍵詞:遙感技術 環境科學 應用 3S一體化 發展趨勢
遙感是從遠離地面的不同工作平臺上,如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船和航天飛機等,通過傳感器對地球表面的電磁波輻射信息進行探測,然后經信息的傳輸、處理和判讀分析,對地球的資源與環境進行探測與監測的綜合性技術。遙感技術從遠距離采用高空鳥瞰的形式進行探測,包括多點位、多譜段、多時段和多高度的遙感影像以及多次增強的遙感信息,能提供綜合系統性、瞬時或同步性的連續區域性同步信息,在環境科學領域的應用具有很大優越性。
20世紀90年代以來,環境遙感技術應用越來越廣。從陸地的土地覆被變化,城市擴展動態監測評價,土壤侵蝕與地面水污染負荷產生量估算,生物棲息地評價和保護,工程選址以及防護林保護規劃和建設。到水域的海洋和海岸帶生態環境變遷分析,海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發現和監測,珊瑚和紅樹林的現狀調查與變化監測,堤壩的規劃與水沙平衡分析,水下地形地遙調查以及水域初級生產率的估算。再到大氣環境遙感中的城市熱島效應分析,大氣污染范圍識別與定量評價,大氣氣溶膠污染特征參數化,全球水、氣和化學元素等的循環研究,全球環境變化以及重大自然災害的評估等,幾乎覆蓋了整個地球系統。
一、遙感技術在環境科學中的應用
1.遙感技術在水污染監測方面的應用
(1)利用紅外掃描儀監視石油污染
全球每年排入海洋的石油及其制品高達1000萬噸,利用多光譜航片可對海面石油污染進行半定量分析,將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較,更精密地判斷和解譯信息,參照圖片畫出不同油膜厚度的大致分級圖。通過彩色密度分割圖像,特別是數字密度分割圖,可以更準確地判斷油量的分布情況。通過彩色密度分割可把相差零點零幾厚度的海面油膜區分出層次來,這有利于用航空遙感對海面油的擴散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色,往外擴散的油膜變薄,呈黃紫混在一起的顏色,再往外擴散的油膜就更薄些呈紫色。通過對污染發生后各天的氣象衛星圖像的對比分析,確定油膜的漂移方向,計算出其擴散速度和擴散面積。
(2)利用遙感技術監測水體富營養化
浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用,當水體出現富營養化時,我們就可以利用遙感技術推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區的海水光譜特征是藻類、泥沙和海水的復合光譜,另外有機或無機顆粒物也會吸收入射光,影響水體的透明度。
(3)通過遙感技術調查廢水污染和泥沙污染
廢水的顏色與懸浮物性狀千差萬別,特征曲線上的反射峰位置和強度也不大一樣,可以用多光譜合成圖像進行監測。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大,水體反射量也會相應增加,反射峰隨之紅移,定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.65~0.85微米。
(4)應用紅外掃描儀監測水體熱污染
應用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量,真實反映其溫度差異。在熱紅外圖像上,熱水溫度高,輻射能量多,呈淺色調。冷水和冰輻射能量少,呈深色調。熱排水口處通常呈白色羽流,利用光學技術和計算機對熱圖像作密度分割,根據少量的同步實測水溫,畫出水體等溫線。
(5)通過遙感技術分析水域的分布變化和水體沼澤化
水體總體反射率較低,選擇1.55~1.75微米波段的多時域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時域圖像上反映為水體面積縮小,從水體向邊緣有規律變化,顯示出不同程度的植被特征。
2.遙感技術在大氣環境監測方面的應用
(1)臭氧層
臭氧層位于地球上空25~30千米的平流層中,對0.3米以下紫外區的電磁波有較大吸收,可用紫外波段來測定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個吸收帶,可用頻率為11O83兆赫茲的地面微波輻射計來測定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會吸收太陽紫外線而升溫,可使用紅外波段來探測,如用7.75~13.3微米熱紅外探測器測定臭氧層的溫度變化,參照濃度與溫度的相關關系,推算出臭氧濃度的水平分布。
(2)大氣氣溶膠
利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量,工業煙霧、火災濃煙和大規模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像,可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛星圖可監測沙塵運動,估計其運動速度,及時預報沙塵暴。通過衛星資料可及早發現森林火災,把災害損失降到最低。大比例圖片可用來調查城市煙囪的數量和分布,還可以通過煙囪陰影的長度來計算其大致高度。應用計算機對影像進行微密度分割,建立煙霧濃度與影像灰度值的相關關系,可測出煙霧濃度的等值線圖。
(3)有害氣體
彩紅外相片可監測有毒氣體對污染源周圍樹木和農作物的危害情況,通過植物對有害氣體的敏感性來推斷某地區大氣污染的程度和性質。一般污染較輕的地區,植被受污染的情況不宜被人察覺,但其光譜反射率卻會明顯變化,在遙感影像上表現為灰度的差異。正常生長的植物葉片能強烈反射紅外線,在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子,其葉綠素遭到破壞,對紅外線的反射能力下降,其彩紅外相片顏色發暗,如白蠟樹受污染后呈紫紅色,柳樹呈品紅色略帶藍灰色。
(4)氣候變化
美國、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛星組成的靜止氣象衛星監測系統晝夜不停地觀測地球的氣候變化,得到全球范圍內的大氣參數、海洋參數、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息,對全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現象的研究非常重要。
3.遙感技術在城市環境監測與管理中的應用
彩紅外遙感影像可監測固體廢棄物引起的生態環境變化,熱紅外遙感影像可調查工業廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環狀,窄的呈線狀,城市廣場一般以塊狀藍灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區呈灰色,高層樓房帶有寬長影,平房呈密集排列的小長方塊狀。水系呈淺藍色,綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息,對優化城市結構有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對太陽輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農作物為主要下墊面的郊區有很大不同,利用熱紅外遙感對城市下墊面進行分析就可以得出城市的熱島效應。
4.應用遙感技術監控生態環境
遙感影像真實記錄地貌形態特征并提供各環境參數的組合情況,根據其空間一致性和差異性進行區域環境范圍的生態區劃。利用遙感衛星相片還可以編制森林樹種、生長狀況和森林覆蓋圖,使用計算機集群分類,精度可高達8O% 。一般野生動物環境與森林植被關系最為密切,通過研究植物的分布與長勢可大致確定動物的活動繁殖場所,從而編制森林野生動物保護規劃。
5.利用遙感技術監測自然災害
遙感技術對于暴雨、水土流失、地震和山體滑坡等地質災害的調查與監測也很有效。比如說地震與地球活動構造塊體分布及其活動方式密切相關,利用衛星預測地震技術主要集中在電磁波輻射和電離層異常監測、地表形變監測、紅外輻射監測以及衛星重力監測等方面。但由于目前技術條件的限制,地震還是不能準確預測,2008年5月的汶川大地震幾乎震碎了中國人的心,期待有一天,我們中國人能通過遙感技術準確預測地震災害,今天的悲劇永遠不要發生了。
二、遙感技術的發展趨勢
隨著科學技術的進步,光譜信息成像化,雷達成像多極化,光學探測多向化,地學分析智能化,環境研究動態化以及資源研究定量化,大大提高了遙感技術的實時性和運行性,使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標發展。
1.遙感影像獲取技術越來越先進
(1)隨著高性能新型傳感器研制開發水平以及環境資源遙感對高精度遙感數據要求的提高,高空間和高光譜分辨率已是衛星遙感影像獲取技術的總發展趨勢。遙感傳感器的改進和突破主要集中在成像雷達和光譜儀,高分辨率的遙感資料對地質勘測和海洋陸地生物資源調查十分有效。
(2)雷達遙感具有全天候全天時獲取影像以及穿透地物的能力,在對地觀測領域有很大優勢。干涉雷達技術、被動微波合成孔徑成像技術、三維成像技術以及植物穿透性寬波段雷達技術會變得越來越重要,成為實現全天候對地觀測的主要技術,大大提高環境資源的動態監測能力。
(3)開發和完善陸地表面溫度和發射率的分離技術,定量估算和監測陸地表面的能量交換和平衡過程,將在全球氣候變化的研究中發揮更大的作用。
(4)由航天、航空和地面觀測臺站網絡等組成以地球為研究對象的綜合對地觀測數據獲取系統,具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時域和全空間的數據能力,為地學研究、資源開發、環境保護以及區域經濟持續協調發展提供科學數據和信息服務。
2.遙感信息處理方法和模型越來越科學
神經網絡、小波、分形、認知模型、地學專家知識以及影像處理系統的集成等信息模型和技術,會大大提高多源遙感技術的融合、分類識別以及提取的精度和可靠性。統計分類、模糊技術、專家知識和神經網絡分類有機結合構成一個復合的分類器,大大提高分類的精度和類數。多平臺、多層面、多傳感器、多時相、多光譜、多角度以及多空間分辨率的融合與復合應用,是目前遙感技術的重要發展方向。不確定性遙感信息模型和人工智能決策支持系統的開發應用也有待進一步研究。
3.3S一體化
計算機和空間技術的發展、信息共享的需要以及地球空間與生態環境數據的空間分布式和動態時序等特點,將推動3S一體化。全球定位系統為遙感對地觀測信息提供實時或準實時的定位信息和地面高程模型;遙感為地理信息系統提供自然環境信息,為地理現象的空間分析提供定位、定性和定量的空間動態數據;地理信息系統為遙感影像處理提供輔助,用于圖像處理時的幾何配準和輻射訂正、選擇訓練區以及輔助關心區域等。在環境模擬分析中,遙感與地理信息系統的結合可實現環境分析結果的可視化。3S一體化將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實時或準實時獲取與處理系統。
4.建立高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統
隨著3S一體化,資源與環境的遙感數據量和計算機處理量也將大幅度增加,遙感數據處理系統就必須要有更高的處理速度和精度。神經網絡具有全并行處理、自適應學習和聯想功能等特點,在解決計算機視覺和模式識別等特大復雜的數據信息方面有明顯優勢。認真總結專家知識,建立知識庫,尋求研究定量精確化算法,發展快速有效的遙感數據壓縮算法,建立高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統。
5.建立國家環境資源信息系統
國家環境資源信息是重要的戰略資源,環境資源數據庫是國家環境資源信息系統的核心。我們要提高對環境資源的宏觀調控能力,為我國社會經濟和資源環境的協調可持續發展提供科學的數據和決策支持。
6.建立國家環境遙感應用系統
國家環境遙感應用系統將利用衛星遙感數據和地面環境監測數據,建立天地一體化的國家級生態環境遙感監測預報系統以及重大污染事故應急監測系統,可定期報告大氣環境、水環境和生態環境的狀況。環境遙感地理信息系統是其支撐系統,在各種應用軟件的輔助下實現環境遙感數據的存儲、處理和管理;環境遙感專業應用系統是其應用平臺,在環境專業模型的支持下實現環境遙感數據的環境應用;環境遙感決策支持系統是其最上層系統,在環境預測評價和決策模型的驅動下進行環境預測評價分析,制定環境保護的輔助決策方案;數據網絡環境是其數據輸入和輸出的開放網絡環境,實現環境海量數據的快速流通。
總之,遙感技術在環境科學領域有廣泛應用,隨著科學的進步,遙感技術會越來越先進,其所發揮的作用也會越來越大。
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關鍵詞:遙感技術;地質找礦;應用探討
隨著找礦相關技術的快速發展,地質找礦事業得到了蓬勃發展。遙感技術是找礦過程中的常用現代信息化技術,大幅度提高了找礦的質量以及效率,因此,被相關行業人士大力認可。為了更好地幫助人們認識遙感技術在找礦過程中的作用,對遙感技術在找礦中的應用進行了分析。
1 遙感技術
遙感技術也就是指通過電磁波、紅外線以及可見光等來對目標物進行探測,從而對遠距離的數據信息進行采集。而且隨著科學技術的不斷發展,人們也將許多先進的科學技術應用到遙感技術當中,這就使得遙感技術的應用效果得到進一步的提高。其中計算機信息技術的應用,已成為現代遙感技術的主要應用手段之一,它有機的將傳統的地質調查方法和遙感技術相結合,這就使得人們在礦產調查的過程中,其應用效果得到了進一步的提升,進而促進了我國礦產行業的發展。
2 遙感技術在地質找礦中的應用
遙感技術在地質方面的應用一般都是以地質制圖為主,對當地的地質情況進行詳細地再現,從而為地質找礦提供重要的探尋數據。通常狀況下,遙感技術在找礦中的應用主要分為兩類。一類是直接應用,另一類則是間接應用。
2.1 直接應用
遙感技術在地質找礦工作中的常見應用有遙感蝕變信息提取法,其主要是:利用巖漿熱液對圍巖結構造成的改變提取相關的信息。當巖漿或氣水熱液作用于圍巖時,會使得圍巖出現“蝕變”,這種產物同成礦的種類、成分以及類型都有著內在的必然聯系。一般情況下,圍巖蝕變產生的實際范圍要遠超過礦化的范圍,而且,蝕變類型的不同變化和金屬礦化的空間位置存在一定的規律性,所以,圍巖蝕變能夠成為地質找礦的重要標示。
第一,圍巖蝕變主要是由原巖同熱液相互作用形成的最終產物,其主要的種類有:絹云母化、云英巖化以及硅化等。第二,有效實現地質有用信息的提取。當一些地區的地貌出現一定的變化時,當地的電磁波形成的反射或透射都會相應發生一定的變化,而電磁波是遙感技術地理信息的主要載體,同時,地質體的光譜特性以及內在的一些物理特性和化學特性都具有一定的關聯性。當地質結構出現了重大變化時,便會導致地質體內部的不同波長的光子出現一定的變化,例如,吸收性和反射性都出現了不同變化。相對來講,巖石礦物本身的化學以及物理成分相對穩定,其在光譜吸收等方面亦是較為穩固。光譜的產生主要是因為:物體內部的離子以及原子外層電子的振動和轉動,不同的電磁輻射來自于不同的礦物質。所以,借助遙感技術中的波譜儀就可以對這樣的光譜曲線進行測量,并通過光譜對比,分析出樣本為什么類型的礦物質。這種方法是當前最為有效的找礦方法中的一種。第三,現今使用的遙感技術多數都是借助航空航天技術在高空對地表物質的光譜特征進行接收,在實施的過程中,很容易因為云層、水體以及植被等物質出現一定的測量誤差,所以,在蝕變礦物信息提取過程中,應該對可能產生干擾的光譜信息進行詳細分析,以便于最大效果地降低干擾作用。當前,遙感礦化蝕變異常信息提取的主要方法包括:主成分分析法以及光譜角識別法等。
2.2 間接應用
2.2.1 提取地質構造信息
一般情況下,地質礦產主要是由各種地質構造的不同運動產生的。例如,火山或地震活動等。通常情況下,礦產的分布主要集中在各種地質構造邊緣位置或產生變異的部位,很多重要的礦產主要分布在不同板塊的結合位置或鄰近邊界的地帶。從形成時間上分析,其同地質構造的運動時間是保持同步的,礦床的分布會因為地質構造運動的變化而產生變化,并且,呈現出了帶狀分布。借助遙感技術從事找礦工作,主要就是利用這一特征進行尋找工作。如,在礦物質的形成范圍,借助線性影像對對應的信息進行高效提取,同時,還可以對火山結構以及盆地等地質影像資料進行科學分析,并從其中提取出找礦需要的有用信息,從而結合相關的影響因素,綜合評定礦物的儲備以及類型等相關特性。
2.2.2 植被波譜特征應用
通常情況下,礦場周邊的地貌植被與所含有的礦物質具有一定的關聯性,例如,金屬元素隨著時間的不斷累積,會生成一定的微生物群落,而微生物同地下水等自然環境相互作用,會對地表的土層產生一定的作用,從而使得地表出現一定的變化。地表的各種植被在吸收了含有金屬元素的營養物質后,會發生一定的異變。當大面積出現異變后,借助遙感技術對相關的信息進行有效地提取,從而分析出具體的金屬元素,并借此判斷該區域的礦物質儲備等情況。
3 結束語
近年來,遙感技術已經日益成熟,并且,在多種行業得到了更為廣泛的應用。有效地推動了各行各業的迅猛發展。隨著經濟建設速度的不斷提高,地質找礦工作的效率已經成為了人們關注的熱點。遙感技術在地質找礦中的運用,有效地提高了地質找礦質量以及數量。
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