“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)下的遙感課程教學(xué)改革研究

王振華+黃冬梅+鄭宗生

摘要：本文通過(guò)設(shè)計(jì)不同的海洋災(zāi)害案例（如風(fēng)暴潮、海浪、海冰、赤潮、海嘯以及溢油），將系統(tǒng)性和理論性較強(qiáng)的遙感基礎(chǔ)理論融入到每個(gè)案例中，讓學(xué)生在案例中掌握系統(tǒng)理論知識(shí)。同時(shí)，通過(guò)“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)的遙感課程，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)了海洋環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，提高了學(xué)生的動(dòng)手和解決實(shí)際海洋問(wèn)題的能力。

關(guān)鍵詞：海洋災(zāi)害；遙感課程；改革研究

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）46-0067-02

遙感是現(xiàn)代空間信息學(xué)的核心技術(shù)之一，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)各高等院校都相繼開(kāi)設(shè)了“遙感”方面的課程[1-2]。但現(xiàn)有的遙感教學(xué)存在的一些不足之處，如：（1）遙感技術(shù)的快速發(fā)展與教材更新緩慢的矛盾；（2）內(nèi)容過(guò)深，與實(shí)際的生活接觸有所差異；（3）遙感基本技能的培養(yǎng)與實(shí)踐時(shí)間過(guò)少的矛盾；（4）專(zhuān)業(yè)素質(zhì)的培養(yǎng)與傳統(tǒng)的授課方式和考核方式的矛盾[3-5]。《遙感應(yīng)用技術(shù)》是上海海洋大學(xué)空間信息與數(shù)字技術(shù)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課，其是一門(mén)理論與實(shí)踐相結(jié)合且技術(shù)性很強(qiáng)的課程。本文結(jié)合上海海洋大學(xué)培養(yǎng)海洋類(lèi)人才的目的，對(duì)遙感課程的教學(xué)改革進(jìn)行了探討。

一、“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)下的遙感課程教學(xué)改革的簡(jiǎn)介

現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)良好的海洋環(huán)境，良好海洋環(huán)境的維護(hù)離不開(kāi)迅捷、快速準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，遙感作為新興的監(jiān)測(cè)技術(shù)在海洋中將發(fā)揮重要作用[6]。而我國(guó)政府十分重視海洋觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展。在2010年兩院院士大會(huì)上再次提出：“要大力發(fā)展空間和海洋科學(xué)技術(shù)，提高海洋探測(cè)及應(yīng)用研究能力和海洋資源開(kāi)發(fā)能力，使我國(guó)海洋技術(shù)水平進(jìn)入世界前列?！?/p>

上海海洋大學(xué)的辦學(xué)宗旨即與國(guó)家海洋發(fā)展的主戰(zhàn)略銜接，為國(guó)家和區(qū)域海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)需求提供技術(shù)支撐、人才服務(wù)等智力支持。設(shè)計(jì)“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)下的遙感課程教學(xué)改革，在學(xué)生掌握遙感技術(shù)的同時(shí)，提高學(xué)生海洋環(huán)境保護(hù)意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，錘煉學(xué)生解決實(shí)際海洋問(wèn)題的能力。

二、“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)下的遙感課程教學(xué)改革的內(nèi)容

“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)下的遙感課程教學(xué)改革主要是通過(guò)設(shè)計(jì)不同的海洋災(zāi)害案例（如風(fēng)暴潮、海浪、海冰、赤潮、海嘯以及溢油），將系統(tǒng)性和理論性較強(qiáng)的遙感基礎(chǔ)理論融入到每個(gè)案例中，讓學(xué)生在實(shí)際的海洋災(zāi)害案例中掌握系統(tǒng)的遙感基礎(chǔ)理論知識(shí)。

1.“海洋災(zāi)害”遙感數(shù)據(jù)的收集。通過(guò)播放新聞報(bào)道或模擬的方式，讓學(xué)生接觸一場(chǎng)海洋災(zāi)害，以風(fēng)暴潮為例，并告訴學(xué)生他們的任務(wù)是：對(duì)海洋災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，做到防災(zāi)減災(zāi)的目的。在第一階段，引導(dǎo)學(xué)生分析預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)“海洋災(zāi)害”所需的數(shù)據(jù)。故此，引出遙感的基本概念、遙感系統(tǒng)的組成、遙感的主要類(lèi)型以及遙感的主要特點(diǎn)等基礎(chǔ)知識(shí)。

2.“海洋災(zāi)害”遙感數(shù)據(jù)的處理。面臨收集到的海洋遙感數(shù)據(jù)，大多數(shù)初學(xué)者無(wú)從下手，也看不懂，其原因是不懂遙感數(shù)據(jù)的原理。在此，引入遙感的成像原理、電磁輻射與地物光譜特征，以及遙感圖形的特征等概念。

學(xué)生們了解了遙感像素的實(shí)際意義的同時(shí)，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間意識(shí)。因此加入數(shù)字圖像的校正等實(shí)際操作內(nèi)容，理論與實(shí)際操作相結(jié)合，邊操作邊講解何為輻射校正、幾何校正、圖像增強(qiáng)以及多源信息復(fù)合等知識(shí)。

3.“海洋災(zāi)害”遙感數(shù)據(jù)的判讀。以風(fēng)暴潮為例，風(fēng)暴潮是指由強(qiáng)風(fēng)或氣壓驟變等強(qiáng)烈的天氣系統(tǒng)影響而引起的海面異常升降現(xiàn)象。通過(guò)兩景不同時(shí)段的遙感影像的判讀，提取海面的異常變化，是通過(guò)遙感方式監(jiān)測(cè)風(fēng)暴潮的主要手段，而此時(shí)就要熟悉遙感影像的判讀。為了很好地判讀影像，需要對(duì)影像做一系列的處理，包括對(duì)比度變換、空間濾波、彩色變換、圖像運(yùn)算、多光譜變換等，同時(shí)對(duì)遙感圖像的解譯方法和過(guò)程也要熟悉掌握。

4.“海洋災(zāi)害”遙感數(shù)據(jù)的可視化。通過(guò)三維繪制引擎、地形的識(shí)別技術(shù)、場(chǎng)景的顯示等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海洋災(zāi)害的再現(xiàn)。在此作為知識(shí)的擴(kuò)充，講解遙感在與其他數(shù)據(jù)（如DEM數(shù)據(jù)）融合，以及后期制圖和可視化顯示等知識(shí)。

三、“海冰”災(zāi)害監(jiān)測(cè)案例驅(qū)動(dòng)下的遙感教學(xué)示例

以“海冰”災(zāi)害監(jiān)測(cè)為例，在結(jié)束的遙感教學(xué)中，對(duì)案例驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

海冰災(zāi)害主要發(fā)生在渤海和黃海北部和遼東半島沿岸海域。海冰的主要危害上威脅船舶和海上構(gòu)筑物的安全，影響漁業(yè)和航運(yùn)等。2001年2月，渤海出現(xiàn)近20年來(lái)最嚴(yán)重的海冰，遼東灣最大冰厚60m，遼東灣北部港口基本處于封港狀態(tài)，秦皇島海域航標(biāo)受損，40多艘船舶被困，航運(yùn)中斷，天津港船舶進(jìn)出困難，渤海海上石油平臺(tái)受到流冰嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)以渤海灣海冰預(yù)警預(yù)報(bào)為例，實(shí)現(xiàn)遙感的知識(shí)講授，整體流程如圖1所示。

在“海冰”監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需求分析階段，通過(guò)分析渤海灣的“海冰監(jiān)測(cè)”要求，分析所需數(shù)據(jù)，主要包括MODIS數(shù)據(jù)、Landsat數(shù)據(jù)、SAR數(shù)據(jù)、微波散射數(shù)據(jù)等。故此，為學(xué)生解惑，不同遙感平臺(tái)、不同的探測(cè)手段等，同時(shí)，掌握遙感的基本概念、遙感系統(tǒng)的組成、遙感的主要類(lèi)型以及遙感的主要特點(diǎn)等基礎(chǔ)知識(shí)。為了實(shí)施后期操作，主要提供了同一地區(qū)三個(gè)不同時(shí)間段的數(shù)據(jù)（免費(fèi)數(shù)據(jù)），如圖2所示，由此可以清晰地看出該地區(qū)的海冰覆蓋。

在數(shù)據(jù)的預(yù)處理階段，主要是上面三景數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。此時(shí)結(jié)合操作軟件ENVI，講解坐標(biāo)系的定義、圖像的幾何糾正、圖像的剪裁等。但是為了更好地理解這些操作的目的及原理，需要學(xué)生掌握遙感的成像原理、地物光譜特征和大氣對(duì)輻射的影響等。

在數(shù)據(jù)的特征提取階段，為了更好地監(jiān)測(cè)海冰的邊界等信息，需要對(duì)比度變換、空間濾波、彩色變換、圖像運(yùn)算、多光譜變換等。同樣結(jié)合ENVI操作，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的同時(shí)，熟練其操作工程。最后根據(jù)不同的要求，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果以出圖或報(bào)表的形式數(shù)據(jù)。

四、結(jié)語(yǔ)

“海洋災(zāi)害”案例驅(qū)動(dòng)下的遙感課程教學(xué)改革，使得遙感教學(xué)從以理論教學(xué)為主的傳統(tǒng)遙感教學(xué)模式中擺脫出來(lái)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而激發(fā)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性；通過(guò)實(shí)際海洋災(zāi)害案例的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生海洋意識(shí)，從根本上提高教學(xué)質(zhì)量，全面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力和解決海洋問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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