遥感技术的基本原理
遥感技术的基本原理范文第1篇
[论文摘要]为适应当前高等教育中新型农科人才培养的要求，针对农科本科生的特点，本文明确了遥感课程教学目标，通过分析当前遥感教材的优缺点确定了适宜教材，依据理论联系实际以及学以致用的原则提出了以应用为目标的主要教学内容。
遥感就是对地球表面的地学过程及特征进行物理量测量，并以数字量的形式客观地收集、记录、传输、处理和重现这一信息的科学技术，是现代空间信息科学的主要组成部分[1]，涉及到空间、电子、光学、计算机和生物学、地学等学科领域，特别是在资源监测、环境管理、全球变化、动态监测等中应用非常广泛，显示其优越性。目前已广泛应用于农业、林业、地质、地理、水文、海洋、气象、环境等领域，已发挥重大作用。农业遥感即为将现代遥感技术与农业科学相结合，而应用于农业生产领域的一门新兴前沿技术，在当今遥感领域中最为活跃，也是迄今遥感应用最成功的领域之一，一直受相关科研机构、高等院校以及政府的积极关注。其中与农业学科领域关系密切的应用主要有：土壤调查，水分监测，草原调查、估产及监测，农学中的作物长势监测、营养诊断与作物估产，植保中的病虫害监测，农业气象中的农业气候研究与监测，农业生态中的环境保护和鱼情水产研究等[2]。伴随我国农业信息化进程的快速提升，遥感课程在高校农科本科生教育中的地位日趋重要。面对当前高等教育中新型农科人才需求，许多本科专业，对遥感技术都提出了很高的要求[3]，因此，为适应农业现代化和信息化的要求，必须进一步加强遥感课程教学以及提升学生遥感技术应用水平。基于此，根据笔者近5年的遥感课程教学实践，本文结合农科本科生的实际特点制定遥感课程教学目标、选择适宜教材以及调整教学内容。
一、教学目标
通过本课程的教学，使农科本科生了解农业遥感的基本理论、基础知识、研究现状及农业遥感技术发展趋势与应用，了解电磁辐射与电磁波谱的相关知识，学习地物波谱的测定方法，认识地物反射光谱的响应规律，学习绘制地物反射光谱曲线的方法，掌握常规的遥感仪器和软件的操作方法，理解遥感技术农学机理，掌握遥感图像处理的基本原理和方法，掌握遥感图像的地物影像特征、遥感图像解译及遥感制图的基本技能，掌握光谱数据处理方法，使农科本科生掌握研究农业遥感的基本方法和基本技能，注重培养农科本科生的实际操作和应用能力。
二、适宜教材
依据农科特点和遥感在农业领域中的应用现状，选择适宜教材是比较困难。如教育部面向21世纪课程教材《遥感导论》[2]，这部教材的特点是内容丰富，涉及技术原理较多、较深，对于农科本科生而言，技术原理显得过深、有些内容较为陈旧，尤其应用案例。《植被与生态遥感》[4]教材内容系统，编排合理，理论分析深入、学术价值较高，但有关遥感基础概念和基本技能甚少，作为农科本科生教材尚不合适。《遥感概论》[5]内容编排逻辑性强，概念清晰易懂，实验内容简单而易开展，但很多应用案例比较陈旧，不能满足当今新型农科本科生人才需求。21世纪高等院校教材《遥感技术导论》[6]内容系统，理论构架完整，概念清晰易懂，技术注解详细，但对于农业应用涉及较少，所选应用案例也较老化。《农业定量遥感基础与应用》[7]是一本系统阐述农业遥感新应用的专著，可作为农科本科生教学的参考书，但由于技术理论基础体系不完整、内容因偏重于农情遥感而显得覆盖面不够广泛，不适宜作为农科本科生教材。为此，笔者讲解遥感原理时选择《遥感技术导论》作为教材，讲解较新遥感农业应用案例时选择《农业定量遥感基础与应用》作为教材，这样可有效地提高学生的遥感理论和实践应用水平，以适应新型农科人才培养的要求。
三、教学内容
科学地选择教学内容，优化教学内容，合理教学分配，是《遥感导论》教学的关键环节[8]。主要内容为遥感的基本概念、类型、特点、发展概况与在不同应用领域中所发挥的作用、电磁辐射与地物光谱特征、遥感成像原理与遥感图像特征、遥感图像处理、遥感图像目视解译与制图、遥感在农业领域的应用等。
电磁辐射与地物光谱特征主要讲解斯忒藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律、基尔霍夫定律、黑体辐射规律或普朗克公式、大气的成份和结构、典型植被光谱反射特性以及地物反射三种形式（镜面反射、漫反射和方向反射），重点解释该内容所涉及到的一些术语或概念，比如电磁波谱、光谱特征、辐照度、辐射出射度、朗伯源、绝对黑体、太阳常数、大气窗口、光的干涉和衍射、反射率及反射波谱等，该内容要配套开展光谱测定仪的使用及光谱数据处理操作方法等光谱实验。遥感成像原理与遥感图像特征主要讲解世界范围内主要的陆地卫星、气象卫星、对地观测系统（EOS）卫星和海洋遥感卫星平台、摄像像片的几何特征（垂直摄像、倾斜摄像、几何特征、中心投影、垂直投影和像片的比例尺）、微波遥感的概念和特点以及四种分辨率（光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率和辐射分辨率）间的关系。遥感图像处理主要讲解光学原理（亮度对比、颜色对比、颜色性质、明度、色调、饱和度以及加色法和减色法等）、遥感影像的预处理（包括辐射校正、几何校正、对比度增强、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换等）和多源信息复合等，该内容要配套开展辐射校正、几何校正、拼接、镶嵌、掩膜、融合、link等上机操作性实验。遥感图像目视解译与制图主要讲解遥感影像的目视解译、遥感影像的监督分类和非监督分类及其误差和精度评价、专题图制作等。遥感在农业领域的应用主要讲解植被遥感、土壤遥感、水体遥感等。
四、结语
遥感技术是20世纪60年代兴起的一种从远距离不实际接触物体而感知地表目标物及其特征的综合性探测技术，是现代空间信息科学的主要组成部分，涉及到多种学科领域，它的功能和价值引起了许多学科的关注。
近5年，面向农科本科生基础知识的实际情况，笔者以学生发展为本紧扣教学大纲开展遥感课程教学，教学目标制定明确，教材选用适宜，教学内容丰富，覆盖面广，应用实例典型且较新。结合遥感技术在农业领域中的应用，主要内容涵盖了农业资源与农田环境监测、数字农作技术、精确农业、农情监测预报等主要应用领域，集中体现遥感可视为农业资源利用的“好管家”、农田管理的“好帮手”、农情监测的“千里眼”等重要作用。
课程教学目标定位合理，重点突出，符合农科本科生实际，适应当前新型农科人才发展的需求。所选用的教材互补性强，主次分明，难易程度适中，有利于农科本科生人才培养。教学内容本着理论联系实际以及学以致用的总体原则进行系统讲授，概念讲解透彻，有明显的重点和难点，遥感图像解译方法适应当前农业应用需求，覆盖面较广，且系统性强，适应当前高等教育中新型农科人才培养的要求。
近5年教学实践证实，针对农科本科生的特点，本文该课程的教学目标、教材和教学内容是合理的，与当前高等教育中新型农科人才培养的要求是相适应的。
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遥感技术的基本原理范文第2篇
关键词：土地资源管理；遥感课程；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）17-0088-03
从1980年国家科委制订遥感科技发展规划以来，遥感信息技术逐步应用于国家决策、土地资源调查、环境保护、灾害监测、国防建设等各个领域，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变化提供了新的途径。近年来，全国从事遥感的企事业单位发展势头迅猛，利用遥感技术开展科研及工程应用类项目日益增多，各级测绘、土地、林业、农业、水利等相关企事业单位，对于遥感技术应用及二次开发等人才结构与人才素养的需求也在不断快速增长。目前遥感专业的应届毕业生备受用人单位青睐，2015年本科应届生的就业率达到91.74%。此外，全国有120多所高等院校的农学类、地理科学类、测绘类、土地资源管理类等专业均设置了与遥感相关的课程。随着就业市场竞争日趋激烈，企事业单位致力于提高自身的技术与综合水平，也不断要求遥感技术人员需熟练掌握常用软件信息处理技术（如Erdas，Envi、PCI及Matlab等），同时具备应用和创新能力。因此迫切需要高校遥感课程向实践应用和创新能力方向改革，以便满足国家各个领域对于遥感专业技术人才的需求。
一、土地资源管理类遥感课程教学存在的主要问题
遥感课程是高校土地资源管理专业本科生专业基础课，致力于培养学生学习遥感图像处理与应用的基本理论与处理技术，熟练掌握图像解译与计算机分析的能力，能在国土、城建、农业、房地产及相关领域从事土地调查与评价、土地利用规划、地籍管理等领域的专业技术人才。目前该课程的教学主要存在以下几个方面的问题：
1.缺少与专业学科发展相融合、学生基础相适应、理论与实践相结合的特色教材。目前，各高校沿用的理论教材中，陈述彭、赵英时及孙家m主编的教材适合遥感专业，梅安新的遥感导论适合在非遥感专业中普及。近年来，相当一部分土地资源管理专业教师借助遥感信息处理技术在全球变化、土地资源调查与评价、土地利用规划、节约集约用地分析、土地整理与复垦、耕地保护、农村居民点演变、宅基地退出机制、新型城镇化、生态响应机制等科研领域取得了良好进展，但目前使用的教材在应用方面的介绍尚没有纳入近年来的相关热点与研究成果，沿用教材与本专业特色之间缺少衔接。
2.课程实践方式单一，未能充分发挥学生学习的积极主动性。遥感课程的主要特点在于理论与实践高度结合，通过理论与实践的结合可以使学生更好地掌握抽象的理论知识，并能够较快地培养起软件操作和实际应用能力。由于学时所限，目前多数高校的遥感课程设置45学时，其中实践课程15学时左右；理论教学内容为实践教学内容的两倍，实践教学也以常规上机操作为主。遥感课程的实践环节应该同时包括上机操作和野外实地考察。通过一定课时的野外实践，学生们可以更清楚地明了遥感图像目视解译与地物类别之间的内在联系。此外，遥感课程缺少与专业发展相结合的科研项目及实践案例的讲解与练习，使得学生大多停留在书本上理解知识点，即便学会了简单的上机操作，也难以深入掌握理论知识并灵活运用到真实案例中，一定程度上抑制了学生创新能力的提升。
3.实验所用的遥感图像数据不够丰富，加大了实践教学中图像对比、融合及变化等分析的难度。部分高校购买了多种不同分辨率的遥感影像数据并建立了影像数据库。然而仍有一些学校的地学类专业缺少实验科目所需要的遥感影像数据，大部分依旧采用地理空间数据云，USGS等网站的免费数据，这些免费遥感影像数据的精度达不到足够的标准，难以让学生充分认识不同影像数据的特点及用途，不利于学生对于遥感图像处理技术与方法的掌握。
综上所述，遥感图像处理在教学过程中需结合具体案例，从课程结构、内容体系、教学手段等方面进行调整，使课本知识与实操紧密结合。同时，还可以通过安排学生们适当学习相关的软件二次开发，培养学生的技术创新、自主学习与实际应用能力。
二、遥感课程建设与改革探讨
1.加强土地资源管理类遥感教材建设，更新遥感图像处理与应用教学内容体系。结合当前社会对于遥感应用领域人才需求进一步更新教材，修订完善教学大纲，开展基本原理教学内容、体系和方法改革的讨论和研究，编写出版具有本专业特色的课程教材。教材可从绪论、理论基础、应用技术及实际应用这四个部分编写。绪论部分，在对遥感的基本概念、遥感系统进行阐述的基础上，结合当前国内外的热点领域、方向、经验及成果展开叙述，并进行对比分析，力求学生掌握遥感在土地资源管理领域的应用趋势。理论基础包括遥感的物理基础（地物波谱原理；多光谱遥感、高光谱遥感、微波遥感数据的本质区别）以及平台概述与传感器原理的介绍，通过问题引导及应用举例的方式，使学生熟悉地物电磁波谱特性并了解成像原理。应用技术包括图像预处理（图像辐射校正、几何校正、图像增强及融合）、图像目视解译（目视解译原理与方法、认识图像识别特征、遥感像片判读）、图像的计算机解译（模式识别原理；监督分类与非监督分类；多种特征提取常用方法）及变化检测四大部分，实习设计部分包括ENVI/ERDAS软件在b感图像分类中的应用、遥感与GIS、RS集成应用等内容。编写教材时，应注重各种方法的基本原理、特点、适用范围等，强调掌握技术原理和方法及软件实现手段。最后再将目前国内外在土地资源管理领域的实际案例放进遥感应用章节中。
2.实施多样化理论教学方式，充分调动学生学习兴趣，提高理论教学效果。基础知识教学时，教师们应改变传统的教学习惯，通过多媒体教学、互动式教学、课堂讨论等多样化理论教学方式的交叉使用，调动起学生的学习积极性，培养学生的实操能力，并构建起一种师生良性互动的有效机制。加强对学生学习方法的关注与指导。在理论学习中引导学生自主思考，为学生营造有利于其自主创新学习的课堂氛围，提供生动而具体的材料，培养起学生自主学习的积极性，使学生带着兴趣主动参与到课堂教学中去。新型的课堂教学应强调学生间的互动，可以给学生小组一定的时间就某个有价值的关键问题进行讨论，并在课堂上有各小组代表进行交流，在积极与他人互动讨论中加深对知识的理解。教师在此过程中主要扮演活动指导者的角色，同时也是活动平等的参与者，为遇到难点的学生提供帮助与建议。教改应倡导一种“自主学习课堂”的教学模式，该模式下理想化的学生参与课程流程应是“在预习中提出疑问―在交流中自主探究―在教师讲解中反馈问题―在得出结论后重新消化知识”。在理论教学完成后，再对主要知识点进行串讲，并分析其中存在的问题及将来的解决土建，从而让整个教学体系趋于完整，教学过程有的放矢。
3.增加上机实践与野外实践环节，促进教学与科研的结合，实现理论与实际的对接。为了提高学生实操能力，实践课程的安排应遵循从简单到复杂的原则，在遥感课程课堂教学中，穿插一定课时的上机操作与野外实践课程，遥感数字图像处理涉及的原理和算法很多，因此上机实践环节需要教师将课堂教学中的理论知识与上机实验教学中的软件操作紧密结合，使学生真正理解并熟练掌握遥感图像处理的重要功能。需要与课题讲授的内容相穿插的实践操作部分包括：辐射校正与几何矫正、图像增强处理、目视解译、计算机分类以及图像变化检测。实验课通常使用Erdas或ENVI软件作为平台，并采用AVHRR、MODIS、TM、SPOT、QuickBird等多种分辨率的影像作为实验数据，对应不同的理论模块逐一进行各项实验内容的演示与操作，学生们在教师引导下完成实验内容，并及时收集学生们的实验结果，了解学生对于实验内容的掌握程度，并及时其中存在的问题予以说明，为下一轮实验教学总结经验。实践表明，学生们参与上机操作的意愿较高，对于实验过程中遇到的问题能够及时向教师反馈，实验效果良好。这种理论知识和实验内容相互交叉、反馈式学习的方法提高了学生们对于遥感图像处理软件的操作水平。
野外实践教学重在培养学生正确认识不同地物的反射光谱特征及其差异，帮助学生掌握地理学、土地资源学、地貌学、城市规划等相关课程的原理，培养学生野外发现问题、分析问题和解决问题的能力，掌握对考察地区的地理位置、自然条件、经济区位、地形地貌等内容的综合考察流程与方法，满足现阶段土地资源管理专业遥感课程、土壤地理学课程、地貌学课程等实践教学的需要教学与科研需要。
在制订野外实践教学计划时，要正确处理好理论教学、上机实践与野外实践教学之间的关系，将野外实践教学作为遥感图像处理课程中的有机部分予以统筹安排，制定相应的野外实践教学计划，编写野外实践教学大纲，切实提高野外实践教学的质量与效率。
4.改进教学环境资源，加大软硬件的投资，进一步完善师资队伍建设。由于受到实验教学条件和师资等因素的限制，遥感专业旧有的传统教学模式与实践课已不能满足当前教学发展的需要。因此教学环境的更新建设将是教学改革的新重点，也会成为传统教学的有力补充。具体来看，教学环境的改革应主要集中在加大软硬件的投资建设与加强师资队伍建设两个方面。软硬件条件的好坏是取得良好教学效果的基础，对于优化教学设施与环境，提高学生实践操作的兴趣及重视程度都起着至关重要的作用。因此，学校应重视遥感图像处理专业实验室的建设，配备大容量、高性能的计算机硬件以及Erdas、ENVI、Arcgis、PCI等专业处理软件，为实践教学打下良好的基础。另外，部分院校土地资源管理专业缺少遥感精品课程，可以通过尽快组织精品课程申报与建设，整合土地资源管理专业实验室的课件资料、教师队伍、遥感数据、科研成果、实际案例及硬件设施等各项资源，搭建网络学习平台，推广发展网络学习，保证教师与学生之间及时有效地进行信息交流和共享，大大提高教学效率。
对任何课程来说，师资队伍关系着教学改革成败以及教学效果的好坏。学校应提高教师的准入门槛，一线教师应达到研究方向紧跟学科前沿，授课方面不枯燥乏味，授课过程中能与学生积极互动，对实践课中出现的问题能够快速解决等基本条件。学校还应努力提高在职教师的专业知识水平，秉持“请进来、走出去”的工作思路，为教师参与科研项目提供更多的机会，以期拓展教师培训渠道，为课程改革提供支持，提高本课程教学队伍的整体水平，形成一流的教师团队。除此以外，可以继续加强教研教改的研究，通过教改促进教学水平的提高，提高教学质量，深化教育教学改革。还应加强科研与教学的相互促进，并引导学生开展大学生创新课题申报，使学生以小组团队方式共同研究土地资源管理领域的热点问题，达到以项目促学习的目标，增强学生学习创新能力。
三、总结
遥感图像处理是当前国土资源、环境监测、灾害预警等领域的重要应用技术之一。在新技术日新月异的今天，航天技术的快速发展为遥感发展与应用带来了难得的黄金阶段，遥感业务所服务的对象也因此不断得到扩展。遥感课程作为时下最热门的学科之一，各大高校应更新教学手段与方法，致力于培养适应国民经济发展所需要的遥感专业技术创新与应用人才。高校遥感课程教学改革应立足于常年教学经验与科研成果，结合院校的专业特点，针对教学内容、教学环境、教学方式进行探索。我们应对传统理论与实践教学脱节的教学方式予以改进，通过课堂教学、上机操作与野外实验教学有机结合、相互交叉、及时反馈的方式指导学生掌握理论知识与操作技能；采用教学传授与科学研究联合培养的模式，指导学生参与具体的科研与实验项目，使学生能具备一定的程序开发素养和技术创新能力。在未来的教学实践中，遥感课程的教学将不断予以调整与完善，丰富教学手段，适应遥感学科的发展，并能够基于当前社会与市场对遥感技术人才的需求，不断为社会培养理论知识与实践能力都达到标准的全面型人才。
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遥感技术的基本原理范文第3篇
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"RemoteSensingofEnvironment"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，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GoogleEarth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(InterfaceDescriptionLanguage)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
遥感技术的基本原理范文第4篇
随着遥感技术的发展，高分辨率遥感影像数据急剧增加，如何能够从海量的遥感影像数据中获取到用户感兴趣的信息成为了当前的主要研究目标。对于大数据量遥感影像数据的快速浏览问题，本文提出基于IDL实现分块读取数据，构建影像金字塔结构，存储到GeoTiff格式影像文件中。利用IDL函数获取当前窗体范围的影像分块信息，实现快速加载显示影像数据。
【关键词】ENVI/IDL 影像金字塔 数据分块 快速浏览
1 引言
随着“高分一号”高分辨率对地观测系统遥感卫星的升空，搭载的高分辨率多光谱相机用于采集高分辨率遥感影像数据。它能够提供大区域范围的海量的、动态的基础地理空间信息数据，成为数字城市数据采集与更新的主要来源之一。目前，ENVI、Erdas等几个主要的遥感软件能够对高分辨率遥感影像数据进行读取，但花费的时间较长，无法满足能够快速浏览影像的现实工作需求。因此寻找一种能够快速读取和显示高分辨率遥感影像的方法，成为高分辨率遥感影像应用面临的首要问题。
对于遥感影像数据的存储格式、读写和显示处理操作，已有学者进行了多方面的论述。刘修国等分析了GeoTiff文件格式的基本结构，并探讨了GeoTag标识域具体含义和影像存储组织的方法；卜坤等讨论了对于大数据遥感影像数据采用分块处理，减少对内存的需求；查东平等研究了利用GDAL处理Tiff格式文件，实现快速读取和显示遥感影像的方法；王淼等讨论了IDL实现遥感影像漫游缩放技术的可行性。
本文针对直接读取海量影像数据容易造成内存不足、整幅影像加载显示缓慢等问题，在分析GeoTiff文件格式的基础之上，结合构建影像瓦片金字塔，研究了基于ENVI/IDL开发语言实现分层分块读取影像数据，多分辨率快速显示影像的方法。
2 技术路线
本文高分辨率遥感影像快速浏览功能设计的基本思想是利用构建瓦片金字塔、GeoTiff影像存储文件等关键技术实现遥感影像数据的分层分块存储，记录遥感影像的地理空间信息和影像分块的图像特性。基于IDL/ENVI开发语言，构建具有图像视窗创建、影像分层分块存储、重采样提取分块影像数据、加载显示影像图像的影像快速浏览技术。总体技术路线如图1所示。
3 关键技术
3.1 影像金字塔模型
遥感影像处理软件显示图像的一般做法是把影像数据读入到内存中，通过读取内存中遥感影像相关数据来实现。在图像数据量比较小的情况下，可以快速显示遥感影像。对于高分辨率遥感影像来说，由于影像数据量是巨大的，有限的内存空间无法读取全部的影像数据。高分辨率影像数据的读取显示是采用构建影像金字塔结构来实现的。
影像金字塔是以原始影像为基础通过重采样技术生成不同比例尺的各层的影像数据，并且各层划分为多个尺寸大小相同的图像块。原始影像数据作为金字塔的底层，分辨率最高，数据量最大。随着金字塔层数的增加，影像分辨率降低，数据量减少，表示的范围不变，如图2。
3.2 影像分块技术
读取的影像数据太大，超过内存的大小的时候，IDL会显示无法分配内存的错误，尤其是处理高分辨率的海量影像数据的时候，对内存的需求就更大了。图像分块技术，是将图像按照一定的矩形大小，把图像分成几块，然后分块进行处理。使用图像分块技术，可以在计算过程中有效减少对内存的需求，从而实现快速读取图像数据。
影像分块的大小通常采用2的幂次方，影像块太大或太小都会影响系统的有效性能。因此，根据遥感影像数据情况，选择数据块大小是影像数据存储管理必须考虑的因素。目前，常采用的数据块大小为256*256像素，这样可以减少硬盘磁头定位时间。
3.3 GeoTiff格式图像文件
GeoTiff图像文件是一个Tiff6.0文件，继承了Tiff6.0规范中的文件结构，将GeoTiff信息编码在一些未使用的TIFF保留标签中[8]。Tiff图像文件的结构包括文件头（Image File Header，IFH）、图像文件目录（Image File Directory，IFD）和图像数据区。每个文件只能有一个文件头，但允许有多个文件目录和多个图像数据区。GeoTiff文件利用6个“地理标签”（GeoTag）保存图像的地理信息，如图3。
3.4 IDL语言
美国ITT VIS（ITT Visual Information System）公司推出了第四代可视化交互数据语言IDL（Interactive Data Language）是新一代交互式、跨平台，面向对象的应用程序开发语言，具有较强的数据分析和可视化功能。IDL将内存的栅格数据均视为二维数组，IDL对数组计算进行了优化，将数组作为整体进行操作，其速度远远快于对数组元素的循环操作。
IDL提供了内置的处理图像数组的类和函数，简化了影像处理流程，降低了开发难度。类IDLgrWindow用于创建显示窗口，类IDLgrView用于创建显示视图对象，类IDLgrModel创建显示模式对象，类IDLgrImage创建图像对象。TV或TVSCL命令用于显示图像，WINDOW命令创建显示窗口。
4 技术实现
为了实现大数据遥感影像的读取和显示功能，按照以下五个步骤完成：
（1）读取原始影像的元数据，包括左上角坐标值，影像宽度和高度，影像波段数，像素类型等参数。这个步骤得到影像基本信息，为后面的分块存储影像数据作准备。
（2）对原始影像进行分块处理，并按照GeoTiff格式定义保存。根据步骤（1）中的影像信息，确定影像分块的行数和列数，创建GeoTiff文件结构数组。
（3） 根据GeoTiff文件结构数组，创建GeoTiff文件结构，并在GeoTiff文件中填充图像文件目录IFD和图像数据内容。
（4）动态创建金字塔文件。根据分辨率的不同，设置数据分块大小参数不同。依据数据分块大小，从原始影像数据文件中读取分块数据，写入目标金字塔文件中。
（5）根据当前窗体视图范围，从金字塔文件中读取数据，并显示到窗体中。
5 结语
由于海量高分辨率遥感影像数据的获取周期的缩短，构建合理的遥感影像文件存储结构以及寻找快速调度显示清晰遥感影像的方法有着明显的意义。本文基于IDL对高分辨率影像构建影像金字塔和创建GeoTiff格式图像文件，实现了通过分块读取影像以快速显示影像数据的功能。
参考文献
[1]刘修国，花卫华.GeoTiff中GeoTag域解析[J].地球科学―中国地质大学学报，2002，27（3）：246-249.
[2]卜坤，张树文，张宇博.基于IDL的栅格地图代数实现与应用[J].计算机工程与应用，2008，44（9）：174-177.
[3]查东平，林辉，孙华等.基于GDAL的遥感影像数据快速读取与显示方法的研究[J].中南林业科技大学学报，2013，33（1）：58-62.
[4]王淼，熊显名，腾惠忠等.基于IDL的遥感图像漫游和缩放技术的实现[J].微型机与应用，2014，33（6）：37-39，43.
[5]谭庆全，毕建涛，池天河.一种灵活高效的遥感影像金字塔构建算法[J].计算机系统应用，2008，4：124-127.
[6]余粉香，王光霞，万刚.大数据量遥感影像的快速调度与显示[J].海洋测绘，2006，26（2）：27-30.
[7]张涵斐，黄忠红，孟永军.海量遥感影像的存储与快速调度显示方法[J].测绘与空间地理信息，2011，34（3）：36-39，43.
[8]牛芩涛，盛业华.GeoTIFF图像文件的数据存储格式及读写[J].四川测绘，2004，27（3）：105-108.
[9]闫殿武.IDL可视化工具―入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2003.
作者简介
徐超（1982-），男，辽宁省鞍山市人，硕士学位。现为浙江省测绘大队工程师。从事遥感技术和地理信息系统的应用开发工作。
遥感技术的基本原理范文第5篇
遥感科学 教学质量评价 创新性实践
一、前言
本科人才培养是高校的根本任务，教学质量是生命线。全面提高教学质量是一项复杂的系统工程，涉及理念思路的更新、体制模式的创新、评价机制的引导和基础设施的保障。教学质量评价是对组成本科教学的各个环节，如教学改革与建设、教学基本运行、教学管理等方面的全面质量评价，具有人才培养的专业特色。如上海交通大学本科教学质量评价体系由本科教学运行质量评价、学生质量评价、本科教学条件与保障评价等方面，努力体现“能力建设+知识探究+人格养成”三位一体的育人理念。北京大学坚持“加强基础，淡化专业，因材施教，分流培养”的本科教育改革方针。在“质量工程”项目中，进行了多样化人才培养模式探索，完善课程体系建设，开展本科生研究性学习和科学研究探索，规范教学管理，多途径开展本科教育国际化交流与合作等教育工程建设。华中科技大学在本科人才培养上贯彻“以学生为中心的教育”理念，把创新人才培养模式作为本科教育教学改革的主线，以培养目标、课程体系、教学方法、教学评价、教学环境为核心评价要素。
本文从武汉大学遥感信息工程学院遥感科学与技术本科专业人才培养目标出发，结合教育部关于本科教学的“卓越工程”，探讨基于专业特色的本科教学质量评价体系，以期为该专业方向发展提供侧面的新思路。
