关于科学论文范文 与地理国情监测和遥感科学和技术专业教学相关学术论文怎么写

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地理国情监测和遥感科学和技术专业教学

摘 要:开展地理国情监测已成为测绘地理界的重要工作,是国家赋予测绘部门的历史性任务.地理国情监测是测绘地理信息发展的不竭动力,需要大量的相关技术人才.本文探讨了地理国情监测与遥感科学与技术专业的教学革新,并对高校培养测绘、地理和遥感类的人才提出了建议.

关键词:地理国情监测;遥感科学与技术;教学探讨;转型

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2018)23-0166-03

一、引言

随着我国经济社会的发展和测绘地理信息技术手段的提升,国家适时提出了地理国情监测的新任务.党和国家领导人多次对地理国情监测提出了要求,国家测绘地理信息局将“地理国情监测”列为与“数字城市”、“天地图”并列的“三大平台”之一,因此自2012年开始地理国情监测成为测绘地理信息行业转型和变革的重要支撑,当前地理国情监测已经在全国31个省、直辖市、自治区展开,由此看出地理国情监测的地位和意义重大,对了解和掌握我国的基本国情,例如国土疆域面积、地理区域划分、地形地貌特征、道路交通网络、江河湖海分布、土地利用与土地覆盖、城市布局和城镇化扩张、生产力空间布局等自然和人文地理要素具有重要意义.

地理国情监测是综合利用全球导航卫星系统(GPS)、遥感技术(RS)和地理信息技术(GIS)等现代测绘技术,对地理方面的国情,比如地形、地貌、水系、交通、地表覆盖等要素进行了定量化和空间化的动态监测,并统计分析其变化量、变化频率、分布特征、地域差异、变化趋势等,形成反映各类资源、环境、生态、经济要素的空间分布及其发展变化规律的监测数据或数据库、地图图形和研究报告等.遥感科学与技术是在测绘科学、电子科学、地球科学、空间科学、计算机科学及其学科交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门新兴学科,利用非接触传感器来获取有关目标的时空信息,不仅着眼于解决传统目标的几何定位,更为重要的是对利用外层空间传感器获取的影像和非影像信息进行解译,提取客观世界中各种目标对象的几何与物理特征信息.

从遥感科学与技术的学科任务和培养目标来看,完全契合地理国情监测的技术要求,为地理国情监测提供对地观测数据源,特别是遥感科学与技术的应用方面,可以进行地理信息监测、土地资源利用监测、环境监测、农情监测、森林和湿地监测、灾害实时监测、水文监测、矿产资源监测、气象监测等[1].2012年武汉大学遥感信息工程学院成功申请了地理国情监测技术本科专业,其培养目标仍然是以测绘学科和地理学科为交叉,培养掌握地理国情数据的获取、处理、变化分析、地理建模、可视化与地理模拟、校验评估、动态信息共享服务、综合应用等技能的复合型人才的跨学科门类及综合交叉的工学专业.地理国情监测技术专业的成功申请对传统的遥感科学与技术专业提出了新的挑战和要求.本文结合地理国情监测,探讨了遥感科学与技术专业本科教学内容,以期为新时期的遥感科学与技术专业培养目标提供借鉴和参考.

二、地理国情监测与遥感技术

李德仁院士指出地理国情监测的实施需要利用空天地一体化遥感技术的支撑.地理国情监测对象为各类的地理信息,具有区域性、多维结构、时序变化等特征,并且地理国情信息的获取强调时效性和全面性,所以在很大程度上对地观测能力的强弱决定了地理国情监测的强弱[2].遥感技术是对地观测的重要组成部分,遥感科学与技术当前呈现出“三全”(全天候、全天时、全球观测)、“三高”(高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率)、“三多”(多平台、多传感器、多角度)的发展趋势.由于遥感技术对地观测具有快速、覆盖范围广、周期性等特点,使其成为最重要的地理国情监测数据的获取手段.但是目前由多个卫星系统组成的卫星星座获取的海量数据只能观测到近地表的地理事件,却无法分析其前因后果,并且跟踪事件的进展并预测其发展变化趋势.遥感科学技术的遥感影像反演地理国情要素的方法研究,全球观测海量数据的定量管理、分析与预测、模拟是遥感技术的前沿和核心.因此,未来为了更好地利用遥感获取地理国情信息,需要重视和加强对定量遥感、多时相遥感数据变化检测以及多源数据的融合等相关技术的研究.

三、遥感科学与技术的转型

国家测绘地理信息局副局长李维森指出地理国情普查与监测是基础测绘的延伸和拓展,是测绘地理信息部门的一项全新的工作,是对传统测绘地理信息事业的深刻变革[3].遥感科学与技术作为传统测绘科学的重要组成也需要做出相应的变革举措,特别是人才培养和教学模式.传统遥感科学与技术需要在以下几方面做出转型升级:(1 ) 空天地一体化实时数据获取.随着地理国情监测的需要和要求的增加,遥感影响数据的精度和回访要求越来越高,而我国在空天地传感器的布局和模型上统筹欠缺,不同传感器之间耦合困难,无法满足地理国情的综合性、快速应急响应的需求.因此,需要构建空天地立体组网协同观测的对地观测体系,保障数据获取的精细化和时效性.(2)遥感数据的分类和解译能力.地理国情监测获取了大范围、多类型、多尺度的遥感影像数据,因此需要遥感科学与技术提供目标识别、科学分类与自动化解译工作.充分研究对地观测传感网的多源数据智能化处理与分析模型,从不同层次、不同角度研究和分析智能化多源数据处理、地理参数提取与变化信息提取的理论与方法.目前的遥感解译和目标识别并没有通过物理方程反演,而是采用基于灰度加上一定知识的统计、结构和纹理的影像分析方法.为了更好地利用遥感获取地理国情信息,需要重视和加强对定量遥感相关技术的研究.因此,在本科教学和科研中应该加强对以上两方面的研究.

四、地理国情监测与遥感科学和技术教学

遥感科学与技术专业培养具备卫星遥感平台技术、传感器技术、信息获取、遥感数据处理、多传感器数据匹配和融合、图像自动解译技术和虚拟仿真的基本技术与方法.为了更好的服务地理国情监测,需要在培养目标中加强对遥感数据应用方面的学习.遥感是为实现全球范围内多层次、多视角、多领域的对地观测而获取丰富资源信息的一种综合性空间探测技术,广泛应用于资源综合规划与利用、城乡规划与管理、自然灾害防治、环境动态监测等科学研究和工程应用中,也成为地理国情监测中重要地表数据获取的主要手段,为了保证地理国情监测遥感数据的完整性,形成比较完善的监测数据成果体系,例如基础地理国情覆盖图、多时态地理国情监测数据库以及相关的特征要素专题图和变化统计图等,多源遥感数据的综合使用至关重要[4].为此,本文举例说明了地理国情监测中所应用的遥感技术:(1 )土地资源调查.土地资源调查主要反映了各种土地的利用类型、基本农田状况等地理国情信息.土地利用类型分类主要有光学遥感影像和SAR影像分类.基于光学遥感数据进行地表覆盖分类,可结合光谱特征、纹理信息、地形信息及其他辅助信息,采用最大似然、BP神经网络、支持向量机等分类器提取不同地类.在地理国情监测中,需要在大尺度范围内进行地表覆盖分类,但普遍存在以下问题,例如光学影像易受天气影响的制约;高分影像易受混合像元影响阴影难除,即使有多源传感器互为补充,多源遥感数据全覆盖普查区域也较难实现.同时,传统的基于像元的自动化影像分类方法由于其噪声问题在现阶段的地理国情普查普适性并不高,需要发展面向对象分类的影像自动分割技术与人工区划判读相结合的分类方法来提高分类的精度和普适性.SAR影像目前在地理国情普查地表覆盖数据采集中还未见有应用的先例,可用在后期地理国情监测中地面沉降分析等相关领域.(2)地理要素变化监测.采用多源多时相遥感数据横向和纵向对比,以及利用高分辨遥感数据和已知地理信息数据修正等方法监测地表关键要素的变化,判断地理要素是否变化以及变化的趋势分析等.地理国情监测中相当多的内容属于地理要素的变化监测,比如青海湖面积遥感动态监测,利用高分辨遥感卫星数据,在每年的5月和9月分别对青海湖面积进行监测,时间跨度可从上世纪70年代至今,分析多年数据的对比、影像变化对比等,可以为政府治理青海湖生态提供决策依据,比如海洋监测,包括海洋综合调查、全国海岸线和海涂资源调查等.类似的例子还有很多,比如三江源头科考、国界线确定等.(3)地理灾害监测.地理灾害是指在自然或人为因素的作用下形成的,对人类生命财产、环境造成破坏和损失的现象.如洪水、地震、泥石流、火灾、水土流失、土地沙漠化及沼泽化、土壤盐碱化、沙尘暴等.目前灾害遥感在预测方面还较弱,但是在快速反应、紧急救灾和灾后重建等方面的应用比较成熟,所以应用较为广泛.例如,洪涝灾区或者地震灾区的遥感监测评估体系由雷达卫星和机载合成孔径雷达(SAR)图像数据、光学卫星数据,例如LANDSAT数据、SPOT数据和其他高分辨率数据,结合地理信息系统(GIS)技术对灾区进行深度监测和详细评估,并给出相应的灾情图像、详细评估报告和灾情损失的分区分类数据表格,其研究结果能够为相关部门进行灾后重建提供决策参考.

五、讨论

地理国情监测在实际应用中还会涉及数据源的问题,前文中提到地理国情监测中可能会用到的多源遥感卫星数据,还应注意数据源的选择要考虑空间、时间、精度等因素.此外,我国国土面积广阔,对于全国范围的大尺度和区域范围的小尺度要综合考虑尺度问题,这里面就涉及卫星影像的空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率以及各种大小比例尺的基础地理信息数据[5,6].遥感技术作为进行地理国情监测的关键核心技术之一,注重空间位置的现状、数据的获取等,需要与侧重时空数据管理、数据共享的GIS技术紧密结合.地理国情监测总的来说是跨学科、跨领域的科学对地观测活动,需要数据注重分析,技术结合应用,理论联系实际.

随着国家可持续的长远规划以及测绘地理等学科的发展,需要大力开展地理国情监测,获取地表植被、水体、土地利用变化以及城镇扩张、生态环境变化等地理国情信息,揭示经济社会发展与自然资源环境的内在关系和演变规律,为国家的重大事项决策、重要项目安排提供基础数据支持[7-9].在此背景下,需要遥感科学与技术专业在本科教学中做出适当的转型,在把遥感技术的基础知识传授给学生的同时,要强调海量遥感数据的提取和应用,重视遥感变化监测技术的研究和应用,高分、多光谱、雷达和SAR等,主要遥感数据处理的学习和应用等,同时结合空间数据分析、时空数据库、传感器技术和地理编码技术等,与国家层面的地理国情监测完美接口,培养能够从事地理国情监测科学及其相关领域科学研究能力的复合型高技术人才.

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