遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)改革探索

摘?要：遙感原理與方法是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課，其實(shí)踐教學(xué)是該課程的主要環(huán)節(jié)之一。本文針對(duì)實(shí)踐影像選取、實(shí)踐內(nèi)容選擇和實(shí)踐方法應(yīng)用這三個(gè)方向存在的問題與不足進(jìn)行探索，并對(duì)該課程實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，以加深學(xué)生對(duì)遙感原理與方法相關(guān)知識(shí)的了解和掌握，進(jìn)而提升遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：遙感原理與方法;課程實(shí)踐;實(shí)踐教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1?緒論

遙感原理與方法是遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課[1]，其實(shí)踐教學(xué)是該課程主要環(huán)節(jié)之一。在遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)中，包括三個(gè)模塊，分別為遙感影像輻射校正、遙感影像幾何校正和遙感影像分類;這三個(gè)模塊的實(shí)踐內(nèi)容為研究區(qū)土地利用變化、自然災(zāi)害和環(huán)境災(zāi)害等監(jiān)測(cè)奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。下面具體介紹三個(gè)模塊的實(shí)踐內(nèi)容。

在遙感影像輻射校正模塊中，利用Landsat-7?ETM+多光譜遙感影像為實(shí)踐影像，對(duì)其進(jìn)行輻射定標(biāo)，并將其保存為BIL格式;然后，對(duì)定標(biāo)后的Landsat-7?ETM+多光譜遙感影像進(jìn)行FLAASH大氣校正，以獲取輻射校正后的Landsat-7?ETM+多光譜遙感影像。

在遙感影像幾何校正模塊中，分為兩個(gè)實(shí)踐部分，分別為：1）根據(jù)已有地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)的SPOT全色遙感影像，使用image?to?image的幾何校正方法來(lái)校正Landsat-5?TM多光譜遙感影像;2）根據(jù)已有地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)的SPOT全色遙感影像，使用image?to?map的方法來(lái)校正Landsat-5?TM多光譜遙感影像。

在遙感影像分類模塊中，分為三個(gè)實(shí)踐部分，分別為：1）將某市的多幅Landsat-5?TM和Landsat-7?ETM+多光譜遙感影像拼接為一幅較大的多光譜遙感影像;2）在拼接好的多光譜遙感影像基礎(chǔ)上，根據(jù)行政區(qū)劃矢量圖將研究區(qū)所對(duì)應(yīng)的多光譜遙感影像裁剪出來(lái);3）利用ISODATA算法對(duì)裁剪的多光譜遙感影像進(jìn)行非監(jiān)督分類，得到研究區(qū)多光譜遙感影像分類結(jié)果。

針對(duì)遙感影像輻射校正、遙感影像幾何校正和遙感影像分類這三個(gè)模塊中在實(shí)踐影像選取、實(shí)踐內(nèi)容選擇和實(shí)踐方法應(yīng)用這三個(gè)方向存在的問題與不足進(jìn)行探索，并分別提出改進(jìn)方法，旨在加深學(xué)生對(duì)遙感原理與方法這門課知識(shí)的理解，提高該課程的實(shí)踐效果，加強(qiáng)學(xué)生關(guān)于遙感影像的處理能力，為之后學(xué)生在遙感影像應(yīng)用的學(xué)習(xí)和處理奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

2?課程實(shí)踐中存在的問題

通過(guò)實(shí)踐影像選取、實(shí)踐內(nèi)容選擇和實(shí)踐方法應(yīng)用這三個(gè)方向分析遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，總結(jié)出其存在的主要問題。下面將一一列出。

在實(shí)踐影像選取中，以SPOT全色遙感影像、Landsat-5?TM和Landsat-7?ETM+多光譜遙感影像為實(shí)踐影像，均為光學(xué)遙感影像，并未利用其它類型的遙感影像，缺乏普及性。實(shí)踐表明，在有限時(shí)空范圍內(nèi)若云量較少且能見度較高時(shí)，可利用光學(xué)遙感影像對(duì)研究區(qū)進(jìn)行較好地監(jiān)測(cè)[2]。但光學(xué)遙感影像在黑夜、多云或多雨等環(huán)境下研究區(qū)監(jiān)測(cè)應(yīng)用很有限，而具有全天時(shí)、全天候優(yōu)勢(shì)的合成孔徑雷達(dá)（Synthetic?Aperture?Radar，?SAR）影像在多云、多雨或生態(tài)環(huán)境較差的研究區(qū)監(jiān)測(cè)應(yīng)用較廣。因此，在今后的實(shí)踐中，應(yīng)多選擇一些新興的SAR影像作為實(shí)踐影像，以更好地實(shí)現(xiàn)研究區(qū)土地利用變化、自然災(zāi)害和環(huán)境災(zāi)害等不同方面的遙感監(jiān)測(cè)。因此，本課程實(shí)踐教學(xué)在實(shí)踐影像選取中，存在選取的影像單一的問題。

在實(shí)踐內(nèi)容方面，僅包括了遙感預(yù)處理中的遙感影像校正和遙感處理中的遙感影像分類，缺少相關(guān)內(nèi)容。如在遙感預(yù)處理中，包括遙感影像增強(qiáng)、遙感影像拉伸和遙感影像融合等;在遙感處理中，包括遙感影像目標(biāo)識(shí)別和解譯等。因此，本課程實(shí)踐教學(xué)在實(shí)踐內(nèi)容選取方面，存在缺少常用的遙感影像預(yù)處理和處理相關(guān)內(nèi)容的問題。

在實(shí)踐方法應(yīng)用中，僅利用已經(jīng)成熟的算法進(jìn)行遙感影像處理，并未利用新興的方法來(lái)處理遙感影像，缺乏先進(jìn)性。如在遙感影像分類這個(gè)模塊中，僅利用非監(jiān)督分類中的ISODATA算法實(shí)現(xiàn)多光譜遙感影像分類;隨著遙感技術(shù)的不斷提高，多光譜遙感影像的分辨率越來(lái)越高;僅利用成熟的遙感分類算法已不能精確分類高分辨率多光譜遙感影像。故隨著時(shí)間的推移，越來(lái)越多的研究者針對(duì)高分辨率多光譜遙感影像分類進(jìn)行研究，已提出很多新興的分類算法，如基于深度學(xué)習(xí)的多光譜遙感影像分類[3]。而在遙感影像分類實(shí)踐中卻沒有這些新興的多光譜遙感影像分類算法。因此，本課程實(shí)踐教學(xué)在實(shí)踐方法方面，存在缺少新興的遙感處理方法的問題。

3?改革方法

針對(duì)遙感原理與方法課程實(shí)踐中實(shí)踐影像選取、實(shí)踐內(nèi)容選擇和實(shí)踐方法應(yīng)用這三個(gè)方向存在的問題進(jìn)行探索，分別提出其改革方法，以加深學(xué)生對(duì)遙感原理和遙感處理方法基礎(chǔ)知識(shí)的了解和掌握，加強(qiáng)學(xué)生關(guān)于遙感影像的處理能力，進(jìn)而提升遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量，為之后學(xué)生在遙感影像應(yīng)用奠定理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

在遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)的影像選取方面，加入國(guó)內(nèi)外新興的不同類型遙感影像，使學(xué)生更好地掌握不同類型遙感影像的處理方法，為對(duì)不同環(huán)境條件下研究區(qū)影像的處理及監(jiān)測(cè)奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。為了讓學(xué)生們能夠掌握不同類型遙感影像的處理方法，教師應(yīng)教授學(xué)生如何在數(shù)據(jù)網(wǎng)站上下載這些類型的遙感影像;并在遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)中選取不同類型的遙感影像進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生掌握不同類型遙感影像的處理方法，進(jìn)而能根據(jù)實(shí)際情況選取合適的遙感影像，進(jìn)而解決其遙感應(yīng)用問題。

在遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容選擇方面，引入更多的遙感影像預(yù)處理和遙感影像處理內(nèi)容。在該課程教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)選擇更多的內(nèi)容，如可增加遙感影像增強(qiáng)、遙感影像拉伸、遙感影像融合、遙感影像目標(biāo)識(shí)別和解譯等內(nèi)容，使得學(xué)生更好地掌握遙感影像的處理方法，了解針對(duì)不同情況，應(yīng)對(duì)遙感影像進(jìn)行哪些處理，以更好地實(shí)現(xiàn)最終的實(shí)踐目標(biāo)。

在遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)的方法應(yīng)用方面，加入更多新興的遙感處理方法，使學(xué)生更好地了解國(guó)內(nèi)外高分辨率遙感影像處理方法的研究現(xiàn)狀，進(jìn)而達(dá)到高分辨率遙感影像處理精度的需求。目前高分辨率遙感影像的空間分辨率已達(dá)到亞米級(jí)[4];與中、低分辨率的遙感影像相比，高分辨率遙感影像存在同物異譜和同譜異物的現(xiàn)象更加明顯，原有的成熟的處理方法已無(wú)法滿足現(xiàn)今的高分辨率遙感影像處理精度要求。為此，應(yīng)在遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)中加入新興的遙感處理方法，如基于深度學(xué)習(xí)的分類方法;使得學(xué)生更好地了解現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外高分辨率遙感影像處理方法。

4?結(jié)語(yǔ)

為了鞏固學(xué)生對(duì)遙感原理與方法這門課程中遙感原理和遙感處理方法知識(shí)的理解和掌握，提升遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科教學(xué)質(zhì)量，本文針對(duì)遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)中的實(shí)踐影像選取、實(shí)踐內(nèi)容選擇和實(shí)踐方法應(yīng)用這三個(gè)方向進(jìn)行探索，建議將國(guó)內(nèi)外不同類型的遙感影像、更多的遙感影像預(yù)處理、處理內(nèi)容及新型的遙感處理算法引入到遙感原理與方法課程實(shí)踐教學(xué)中，為今后學(xué)生在遙感影像應(yīng)用實(shí)踐方面奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳一祥，姜杰，李文梅，等.大數(shù)據(jù)智能時(shí)代”遙感原理與方法”創(chuàng)新教學(xué)探索[J].教育現(xiàn)代化，2018，（36）：112-113.

[2]林琿，邵蕓，楊立民.多云多雨環(huán)境遙感研究與應(yīng)用分析[J].地球信息科學(xué)，2006，8（1）：7-11.

[3]楊瑞，祁元，蘇陽(yáng).深度學(xué)習(xí)U-Net方法及其在高分辨衛(wèi)星影像分類中的應(yīng)用[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2020，35（4）：767-774.

[4]孫偉偉，楊剛，陳超，等.中國(guó)地球觀測(cè)遙感衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀及文獻(xiàn)分析[J].遙感學(xué)報(bào)，2020，24（5）：479-510.

基金項(xiàng)目：2018年9月28日桂林理工大學(xué)科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目——曲波特征加權(quán)能量分割方法，（GUTQDJJ2018065）

作者簡(jiǎn)介：王玉（1990—??），女，滿族，遼寧本溪人，博士，講師，研究方向：遙感圖像處理。