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【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境遙感課程教學(xué)改革
【中圖分類號】G64【文獻標識碼】A【文章編號】2095-3089(2016)09-0016-02
一、引言
遙感技術(shù)是環(huán)境、城市、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、地質(zhì)、氣象、軍事等探測研究的新手段,應(yīng)用越來越廣泛,在許多高校相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)中也受到了越來越多的重視。隨著高光譜遙感、微波遙感、高分辨率影像,以及3S集成技術(shù)的應(yīng)用,遙感技術(shù)得到更加深入、全面的應(yīng)用和發(fā)展。遙感課程是新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)本科生的專業(yè)選修課,擬通過該課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生系統(tǒng)全面地了解遙感技術(shù)的基本理論、技術(shù)體系、原理方法,以及圖像分析處理和解譯的知識,并且能利用遙感技術(shù)解決專業(yè)領(lǐng)域相關(guān)問題的能力。農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)遙感課程的開設(shè)具有非常重要的作用。
二、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)開設(shè)遙感課程的必要性
農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的本科生主要學(xué)習(xí)農(nóng)業(yè)資源的管理及利用、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生態(tài)、資源信息技術(shù)等方面的基本理論和基本知識,要求具備農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測與評價、氣象觀測、計算機技術(shù)等方面的能力,同時具有對農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境進行信息化管理等方面的能力。畢業(yè)后能在農(nóng)業(yè)、國土、環(huán)保、農(nóng)資等部門或單位從事農(nóng)業(yè)資源管理及利用、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)資源遙感與信息技術(shù)的科研、管理等工作。因此,要求該專業(yè)學(xué)生掌握基本的土地規(guī)劃與制圖、資源信息管理等方面的技術(shù)。這些都要求學(xué)生能有效的利用遙感技術(shù)方法,掌握遙感的基本技能,這也使得農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)開設(shè)遙感課程非常必要。
三、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)遙感課程存在的問題及特點
(一)課程部分內(nèi)容抽象難懂,學(xué)生專業(yè)知識儲備不足
遙感課程中遙感原理章節(jié)要求學(xué)生掌握遙感的物理基礎(chǔ),包括地物的電磁波特性、電磁輻射與地物波譜的基本概念與性質(zhì)、遙感成像原理等,涉及許多抽象的理論知識及相關(guān)定理、概念。一般要求在學(xué)習(xí)遙感課程前,具備測量學(xué)、地圖學(xué)、計算機技術(shù)和相關(guān)的專業(yè)知識,而農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)本科生沒有相關(guān)的知識儲備,對許多遙感課程涉及的重要知識內(nèi)容僅限于高中的地理、物理知識水平上,對計算機的掌握能力也僅限于一般的應(yīng)用,這就使得在理論教學(xué)上,需要重新制定適合其能力水平的教學(xué)內(nèi)容。
(二)教學(xué)方法單一,缺乏多樣的教學(xué)手段
現(xiàn)在許多高校開設(shè)的遙感課程,仍以教師課堂講授為主,學(xué)生被動的接收,參與度不高。這就需要改革教學(xué)手段,采取多樣化的教學(xué)方式,組織小組討論,案例分析,更有效的利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)。另一方面,高校本科生很少參加老師的項目,科研工作仍以研究生為主,調(diào)動本科生參與到教師的科研項目中,可以促進其快速的了解遙感在專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
(三)重視度不夠
農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)本科生在培養(yǎng)模式上,往往更注重農(nóng)業(yè)資源的管理及利用、農(nóng)業(yè)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)生態(tài)等理論知識的學(xué)習(xí),對配套的相應(yīng)技術(shù)方法的掌握不重視;同時與本專業(yè)教師對遙感技術(shù)的掌握及重視程度也密切相關(guān)。在實習(xí)環(huán)節(jié)不設(shè)計相應(yīng)的實習(xí),要想單一的從一門遙感課程的學(xué)習(xí)中獲取所需的本領(lǐng)面臨很大困難。
四、課程簡介
該課程理論課30個學(xué)時,實驗上機10個學(xué)時,共計40學(xué)時。教學(xué)目標要求掌握遙感的概念、遙感的原理與方法、遙感的技術(shù)系統(tǒng);熟悉遙感數(shù)據(jù)的特征和應(yīng)用、不同衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及其影像信息提取的方法;了解遙感信息的應(yīng)用以及3S(GIS,RS,GPS)技術(shù)的集成應(yīng)用。教學(xué)方法以課堂講授、討論、案例分析相結(jié)合,并輔以實驗課上機操作??己朔椒槠綍r出勤、課堂表現(xiàn)、實驗成績、作業(yè)、參加討論次數(shù)占30%;期末考試70%,考試形式為閉卷筆試。
五、教學(xué)內(nèi)容、方法及考核形式的改革
(一)教學(xué)內(nèi)容改革
一般農(nóng)業(yè)院校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)開設(shè)的遙感課程,在內(nèi)容上主要包括電磁輻射及物體的波譜特性、彩色基本原理、遙感技術(shù)系統(tǒng)、攝影成像、掃描成像、衛(wèi)星遙感及其影像、遙感圖像的分析解譯、遙感數(shù)字圖像處理、遙感技術(shù)的應(yīng)用、高光譜遙感與微波遙感,以及地理信息系統(tǒng)與3S技術(shù)等內(nèi)容。部分章節(jié)內(nèi)容較深奧,對于農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)學(xué)生來說,缺乏前期的專業(yè)知識儲備,理解掌握困難,而且在實際中的應(yīng)用性較小。因此,本人在實際教學(xué)中將該課程內(nèi)容進行了整合,弱化了彩色基本原理、攝影成像、掃描成像等部分內(nèi)容的學(xué)習(xí),主要突出遙感應(yīng)用部分的知識講解,尤其是遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用方面,更是增加了許多相應(yīng)的實例,以案例的形式進行深入的講解,加深學(xué)生對遙感在本專業(yè)應(yīng)用的理解。把3S技術(shù)集成應(yīng)用章節(jié)也做為重點,使得教學(xué)內(nèi)容更加具有前沿性。另外在實驗上機環(huán)節(jié),將重點放在遙感技術(shù)的應(yīng)用方面,以求更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
(二)教學(xué)方法與方式改革
在理論教學(xué)環(huán)節(jié)將傳統(tǒng)的板書與先進的多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合,加深學(xué)生對相關(guān)概念、公式的理解,同時也提高學(xué)生興趣,增加互動。在實驗上機環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中,有效的利用有限的上機時間,將重點放在遙感技術(shù)的應(yīng)用案例分析上。提倡學(xué)生利用課余時間自學(xué)遙感常用軟件的基本操作,在課堂上不把遙感軟件的基本操作作為重點講述內(nèi)容。其次,要多采用引導(dǎo)、啟發(fā)的方式,進行小組討論,讓學(xué)生參與到課堂的互動教學(xué)過程,活躍課堂氣氛。
(三)考核方式改革
在考核方式上,考核方法為平時出勤、課堂表現(xiàn)、實驗成績、作業(yè)、參加討論次數(shù)等平時成績占30%,期末閉卷筆試占70%。平時成績主要根據(jù)課堂上參加小組討論做匯報的情況,實驗上機部分的課程作業(yè)為主。在實驗課的學(xué)習(xí)中,要求以遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境領(lǐng)域的某一方面的應(yīng)用為內(nèi)容,完成一份詳實的實驗報告。期末考試在考試內(nèi)容上作出調(diào)整,不要求學(xué)生死記硬背深奧的概念,不設(shè)計相關(guān)復(fù)雜的計算題目,引導(dǎo)學(xué)生以理解為主,根據(jù)專業(yè)背景增加學(xué)生對遙感的應(yīng)用及發(fā)展趨勢的掌握。
六、總結(jié)
農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)的本科生在培養(yǎng)過程中要求掌握農(nóng)業(yè)資源調(diào)查與規(guī)劃、環(huán)境監(jiān)測與評價、氣象觀測、計算機技術(shù)等方面的能力,要具有對農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境進行信息化管理等方面的能力。要求其必須掌握遙感的基本技能,在畢業(yè)走上工作崗位后能利用遙感技術(shù)開展土地規(guī)劃與制圖、資源信息管理等方面工作。因此,培養(yǎng)單位要重視遙感課程的教學(xué),使其通過該門課程的學(xué)習(xí),具備一定的遙感專業(yè)技能,更好的服務(wù)于農(nóng)業(yè)資源與與環(huán)境專業(yè)領(lǐng)域的各項研究和管理工作。
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1.提高農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量方面
近年來,利用電場、磁場、激光等物理因子刺激農(nóng)作物種子及幼苗而使其高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的技術(shù)已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,并取得喜人的經(jīng)濟效益。通過電磁場的粒子束誘變育種技術(shù)的開展,為培育新品種增添了新的活力。不僅損傷輕、突變率高、突變譜廣,面且具有高激發(fā)性、劑量集中性和可控性,將來還可能發(fā)展成定位,成為基因工程的一個有效手段。
2.農(nóng)業(yè)監(jiān)測、預(yù)測及病蟲害防治方面
采用紅外掃描的方法.可以為農(nóng)作物診斷“疾病”。如:采用衛(wèi)星遙感技術(shù),通過紅外掃描儀測量其下方農(nóng)作物散發(fā)出來的熱量。判斷農(nóng)作物患病情況或受到病蟲害侵襲的情況。這樣可以及時處理作物的病情和采取預(yù)防措施。同時,考慮到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土壤水分情況,利用微波遙感技術(shù)來探測、估算土壤的溫度和植物的水分情況。便于了解土壤中的水分信息.采取切實有力的措施保障植物水分的供應(yīng)。
3.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械方面
農(nóng)業(yè)要實現(xiàn)現(xiàn)代化,首先就要實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的機械化,農(nóng)業(yè)機械化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要標志。一臺好的農(nóng)機具要做到高效使用,必須要做到在完成同樣的耕作任務(wù)條件下,省時、省力、省錢,減少在農(nóng)機具上的力的損耗,減少機械無用功的損耗,減少燃料的消耗。
一臺好的農(nóng)機具要保證完成額定任務(wù)的同時,必須提高各種燃料的燃燒率,達到最大作功,根據(jù)熱力學(xué)第二定律,雖然效率不可能達到100%,但我們必須提高它們的燃燒效率,力爭做到既節(jié)省燃料,又完成工作任務(wù)。
保證農(nóng)機具的維修和保養(yǎng)順利而有效的進行,必須加強對操作員和維修人員的電學(xué)方面的培養(yǎng),保證駕駛員和維修人員在夜間工作和維修過程中注意電的敏感特性。如:焊接金屬器具時的電焊機的工作特性。同時考慮到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械化的基本組成原理更多的是采用集中控制電路,很多情況下都是采用自動控制系統(tǒng).這就要求維修和操作人員必須熟悉電學(xué)的基本知識,這樣就能保證農(nóng)機具的故障率減少,提高農(nóng)機具的使用“壽命”。
4.遙感技術(shù)在現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的應(yīng)用
傳統(tǒng)的管理方式和災(zāi)情調(diào)查周期長且很難及時準確地了解整體狀況,常常延誤最佳管理時期。遙感技術(shù)的應(yīng)用可以解決這些難題。下面從物理學(xué)的角度簡單闡述遙感技術(shù)在現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的應(yīng)用。
(1)遙感技術(shù)產(chǎn)前的應(yīng)用
利用遙感技術(shù)進行耕地和水資源空間分布的提取,為合理規(guī)劃農(nóng)業(yè)工程提供準確直觀的數(shù)據(jù)支撐。為科學(xué)調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)、配方施肥和耕地的分級定價發(fā)包提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)。農(nóng)民結(jié)合品種特性進行合理的品種區(qū)劃規(guī)劃和科學(xué)選種,為優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)打好基礎(chǔ)。
(2)遙感技術(shù)產(chǎn)中的應(yīng)用
利用多源、多時相的遙感影像數(shù)據(jù),進行水稻插秧進度檢測。及時掌握總體的插秧進度,督促生產(chǎn)落后區(qū)域搶抓農(nóng)時,為水稻生產(chǎn)安全打好基礎(chǔ)。在水稻成長過程中,建三江墾區(qū)5-9月可能會發(fā)生低溫冷害,農(nóng)戶可以利用遙感數(shù)據(jù)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)及時進行低溫冷害的監(jiān)測,為及時采取防災(zāi)措施提供重要的信息。并且可以利用遙感技術(shù)結(jié)合葉色診斷技術(shù),對水稻主要生育期及連續(xù)多雨、低溫、高溫等突發(fā)性天氣異常時期進行長勢監(jiān)測。為及時了解大區(qū)域水稻長勢的準確情況,針對生育期延遲等長勢異?,F(xiàn)象進行水肥指導(dǎo)。同時有針對性依據(jù)水稻不同的長勢進行有目的的施肥調(diào)控,可以節(jié)約成本,提高肥料利用效率,促進水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),并實現(xiàn)節(jié)能減排。由于建三江墾區(qū)種植面積分布連續(xù)成片,長期種植水稻,在適宜的天氣氣象條件下會使水稻產(chǎn)生一些病蟲害,但是大面積的噴藥,會浪費很多的資源還會增加農(nóng)藥在農(nóng)作物上的殘留。因此,利用遙感技術(shù)進行病蟲害的檢測,可以解決快速、準確、全區(qū)域病蟲害災(zāi)情的預(yù)警和監(jiān)測,并制定針對性強、科學(xué)有效的病害防控措施,在節(jié)能減排的同時,又促進了水稻的綠色生長。
(3)遙感技術(shù)產(chǎn)后的應(yīng)用
水稻收獲后,利用遙感技術(shù)建立秋整地和秸稈還田進度監(jiān)測體系,和利用遙感技術(shù)準確地監(jiān)測全區(qū)域的積雪厚度,為新的一年調(diào)整種植計劃、用選優(yōu)培提供重要的參考。可見,遙感技術(shù)在現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中具有十分重要的意義。
“遙看蒼茫大地,感知前沿科技”。該中心的科研人員每天用心遙看龍江大地的每片新綠,他們用心血凝結(jié)的科研成果遍布每一寸土地。黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院遙感技術(shù)中心隸屬于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,是1983年農(nóng)業(yè)部在全國成立的3個遙感分中心之一,是東北地區(qū)唯一從事農(nóng)作物種植面積、自然災(zāi)害、農(nóng)作物長勢動態(tài)監(jiān)測與產(chǎn)量評估、土地利用動態(tài)測、地理信息系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的研究。2009年經(jīng)農(nóng)業(yè)部發(fā)展計劃司和全國農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃辦公室批準為農(nóng)業(yè)部遙感應(yīng)用中心哈爾濱分中心,2009年正式掛牌。中心現(xiàn)有在職人員22名,其中研究員4名,副研究員1名,助理研究員6名,管理人員4名,具有碩士以上學(xué)歷13人。
中心設(shè)立的數(shù)字化實驗室面積達230.84平方米,可容納21名科技人員同時工作;輸入輸出室內(nèi)配備了先進的寬幅彩色掃描儀、繪圖儀、激光打印機等儀器;儀器室擁有數(shù)碼攝像機、數(shù)碼相機、手持GPS、差分GPS、車載GPS、投影機、UPS、土壤濕度速測儀等硬件設(shè)備,并配備了相應(yīng)的圖像處理軟件(Erdas、Ermapper等)和GIS軟件(Arcgis、Maptitude等);服務(wù)器室內(nèi)擁有大型數(shù)據(jù)存儲設(shè)備磁盤陣列,最大可存儲20T的數(shù)據(jù);3S技術(shù)成果演示廳集成了現(xiàn)代技術(shù),能進行成果演示、技術(shù)培訓(xùn)、學(xué)術(shù)交流等,使中心的整體面貌上了一個新臺階。在院黨組的大力支持下,中心已著手建立MODIS農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng),建立了MODIS農(nóng)業(yè)信息預(yù)警項目后,中心每月對黑龍江省農(nóng)作物的長勢、旱情、澇情、災(zāi)害進行預(yù)警,也可隨時根據(jù)具體需要作出某一方面的預(yù)警。經(jīng)過常年的預(yù)警信息數(shù)據(jù)匯總,幾年后建立一個科學(xué)、完整、準確的黑龍江省農(nóng)作物的長勢、旱情、澇情、災(zāi)害預(yù)警模型。
黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院遙感技術(shù)中心成立近30年來,承擔(dān)了國家農(nóng)業(yè)部和省政府各有關(guān)部門安排下達的農(nóng)業(yè)資源調(diào)查,自然災(zāi)害評估和農(nóng)作物長勢動態(tài)監(jiān)測與產(chǎn)量評估等多項任務(wù),組織實施黑龍江省與國家的遙感技術(shù)研究與應(yīng)用課題以及項目30余項,其中部分課題和項目獲省政府、廳(局)科技進步獎。近幾年,該中心聘請美國密歇根州大學(xué)全球變化和地球觀測中心主任為客座研究員,邀請比利時新魯汶大學(xué)J-P Malingreau博士等3位遙感專業(yè)的領(lǐng)軍人物到中心座談,并經(jīng)常與國內(nèi)外知名遙感專家進行學(xué)術(shù)交流。隨著黑龍江現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)的崛起,黑龍江農(nóng)科院為龍江農(nóng)業(yè)書寫了科技振興的傳奇,遙感技術(shù)中心的科技人員則為黑龍江現(xiàn)代化大農(nóng)業(yè)書寫了濃墨重彩的一筆。他們奔忙在春耕夏忙,專研于數(shù)字化實驗室和田間地頭之間,為龍江農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展作出了突出貢獻。
該中心設(shè)有地理信息系統(tǒng)科研、農(nóng)作物災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警、農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)空間分布、農(nóng)作物長勢監(jiān)測等研究室,并設(shè)立了儀器設(shè)備室、輸入輸出室以及集成了現(xiàn)代技術(shù)具備成果演示、技術(shù)培訓(xùn)、學(xué)術(shù)交流等功能“3S”技術(shù)成果演示廳。
在黑龍江省委省政府及省農(nóng)科院的領(lǐng)導(dǎo)下,各項科研工作都取得了較大的成績,屢獲殊榮:2011年獲中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃學(xué)會科學(xué)進步一等獎一項、二等獎兩項、三等獎兩項,2012年獲國家技術(shù)科學(xué)進步二等獎?!笆晃濉币詠恚行捻椖抠Y金累計為一千多萬元,組織實施國家農(nóng)業(yè)部安排下達黑龍江省與國家的遙感技術(shù)研究、應(yīng)用課題與項目百余項,參加國防科工局高分一期項目,主持國家自然科學(xué)基金重點項目一項;承擔(dān)農(nóng)業(yè)部重點課題《建設(shè)主要農(nóng)作物遙感監(jiān)測系統(tǒng)》的建設(shè),利用遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)等現(xiàn)代空間信息技術(shù),結(jié)合地面調(diào)查方法,建立一個適合中國國情的、滿足決策部門需求的、可長期業(yè)務(wù)化運行的全國主要農(nóng)作物遙感估產(chǎn)和農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng),為農(nóng)業(yè)部正在進行的建立農(nóng)產(chǎn)品預(yù)警系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)資源區(qū)域優(yōu)勢分析和優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局規(guī)劃等重點工程,提供基礎(chǔ)性和支持性信息。建立了MODIS農(nóng)情監(jiān)測系統(tǒng),把各類分析、統(tǒng)計、預(yù)算信息直接送到管理部門,輔助管理部門做出合理、科學(xué)決策。
2015年1月9日,國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京召開,由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所唐華俊研究員牽頭完成的項目成果“農(nóng)業(yè)旱澇災(zāi)害遙感監(jiān)測技術(shù)”獲得2014年度國家科技進步二等獎。黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院遙感技術(shù)中心就是這個項目的主要完成單位之一。
黑龍江省農(nóng)科院為龍江農(nóng)業(yè)書寫現(xiàn)代大農(nóng)業(yè)的新篇章,遙感中心為龍江農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供強大農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)支撐。
遙感是利用工作在不同電磁波范圍、運行在不同高度和不同類型遙感平臺上的技術(shù),連續(xù)不斷、夜以繼日、周而復(fù)始地獲取以地球表面為主體的遙感數(shù)據(jù),對地球表面的各種物體進行探測,把握地球表面物體、現(xiàn)象和過程的變化及其演變過程。
遙感開辟了人類認知地球的嶄新視角,為人類提供了從多維角度和宏觀尺度上去認識宇宙世界的新方法和新手段,實現(xiàn)了歷史性的跨越。目前,我國的遙感應(yīng)用已取得了令人矚目的成就,在經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的技術(shù)支撐和服務(wù)作用。
受國家重視應(yīng)用前景廣
中國遙感技術(shù)起步于20世紀70年代末,30年來,國家非常重視遙感技術(shù)的發(fā)展,連續(xù)4個五年計劃都把發(fā)展遙感技術(shù)列為國家重點科技攻關(guān)項目,把遙感技術(shù)作為國民經(jīng)濟建設(shè)35項關(guān)鍵技術(shù)之一。
在應(yīng)用方面,遙感已在土地資源、土地利用及其動態(tài)監(jiān)測,主要農(nóng)作物的遙感估產(chǎn),森林資源調(diào)查包括植樹造林及退耕還林評估,重要自然災(zāi)害的遙感監(jiān)測與評估,城市發(fā)展和規(guī)劃的遙感監(jiān)測等眾多領(lǐng)域得到全面應(yīng)用。
遙感應(yīng)用為國家和各級政府提供了大量科學(xué)的宏觀輔助決策信息,產(chǎn)生了巨大的社會經(jīng)濟效益。越來越多的部門,已經(jīng)或正在將這些技術(shù)納入部門業(yè)務(wù)化應(yīng)用中,成為主管部門執(zhí)法或制定產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)規(guī)范及行業(yè)技術(shù)改造的主要技術(shù)之一。
國家中長期規(guī)劃把遙感對地觀測列為重點項目,將遙感應(yīng)用列為相關(guān)部門的重點應(yīng)用內(nèi)容。我國衛(wèi)星發(fā)射有長期規(guī)劃,保證了遙感應(yīng)用的信息源,保證了我國的遙感應(yīng)用持續(xù)發(fā)展。
各領(lǐng)域?qū)嵺`處處開花
1.土地資源調(diào)查和土地動態(tài)遙感監(jiān)測
隨著人口的增加,耕地的減少,我國面臨著如何盡快查清國土資源的數(shù)量和分布的重大問題。
我國利用遙感技術(shù)先后完成了全國土地利用調(diào)查。在20世紀80年代初期采用陸地衛(wèi)星MSS數(shù)據(jù)編制了全國818幅1∶25萬土地利用圖等。20世紀80年代中期我國又應(yīng)用航空和衛(wèi)星遙感技術(shù)與野外調(diào)繪相結(jié)合,完成全國的土地利用詳查,查清了我國土地權(quán)屬、類型、數(shù)量、質(zhì)量、分布及利用狀況。從此取得了全面、翔實、準確的全國土地利用現(xiàn)狀的第一手資料,為編制國民經(jīng)濟和社會發(fā)展計劃,制定有關(guān)政策和科學(xué)決策等提供了重要依據(jù)。我國應(yīng)用陸地衛(wèi)星TM數(shù)據(jù)、中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)等完成了20世紀80年代中期、90年代中末期和2000年代中期1∶10萬和1∶25萬全國土地利用調(diào)查,并建立了業(yè)務(wù)運行系統(tǒng),具有每年耕地數(shù)據(jù)動態(tài)更新和每五年土地利用數(shù)據(jù)全面更新的能力。現(xiàn)在我國正利用遙感數(shù)據(jù)進行第二次全國土地詳查工作。
2.遙感在自然災(zāi)害監(jiān)測評估中的應(yīng)用
遙感技術(shù)為自然災(zāi)害的監(jiān)測評價提供了強有力的技術(shù)手段。經(jīng)過20多年的科技攻關(guān)和建設(shè),我國已建立了重大自然災(zāi)害遙感監(jiān)測評估運行系統(tǒng),已經(jīng)形成了對臺風(fēng)、暴雨、洪澇、旱災(zāi)、森林與草原火災(zāi)、雪災(zāi)、冰凌、赤潮、地震、沙塵暴以及典型區(qū)的蟲害、滑坡、泥石流等災(zāi)害的監(jiān)測能力,特別是快速圖像處理和評估系統(tǒng)的建立,已經(jīng)具有了對突發(fā)性災(zāi)害的快速應(yīng)急反應(yīng)能力,使該系統(tǒng)能在幾個小時內(nèi)獲取災(zāi)情數(shù)據(jù),1天內(nèi)做出災(zāi)情的快速評估,1周內(nèi)完成詳細評估報告。
系統(tǒng)建成后已先后在1987年的大興安嶺特大森林火災(zāi),1998年我國長江、嫩江特大洪水,2000年易貢大滑坡地質(zhì)災(zāi)害,2003年淮河大洪水以及2008年“5•12”汶川特大地震等災(zāi)害監(jiān)測中投入運行,為國家各級防災(zāi)減災(zāi)部門決策提供服務(wù),產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟效益。
例如在1998年我國特大洪水監(jiān)測中,運用了六顆衛(wèi)星數(shù)據(jù),出動三套航空遙感系統(tǒng)對災(zāi)情進行動態(tài)監(jiān)測,并核實了上報受災(zāi)面積3 億多畝為3000多畝的事實,體現(xiàn)了遙感的優(yōu)勢。遙感在汶川大地震災(zāi)情監(jiān)測中發(fā)揮了其他手段不可替代的作用,是獲取災(zāi)情信息的惟一手段。在四川汶川大地震發(fā)生后,全力啟用了航空、航天遙感設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員,為抗震救災(zāi)監(jiān)測獲取、處理和分析數(shù)據(jù),并緊急向政府部門、前線指揮部提供了大量快速、有效的災(zāi)情數(shù)據(jù)和信息。
3.農(nóng)作物遙感估產(chǎn)系統(tǒng)
農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形勢,特別是各級政府、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理部門、農(nóng)產(chǎn)品購銷與加工企業(yè)以及廣大公眾都關(guān)注的大事。農(nóng)作物長勢與產(chǎn)量是國家社會經(jīng)濟基礎(chǔ)信息,對于制定國家和區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃,制定農(nóng)產(chǎn)品進出口計劃,確保國家糧食安全,指導(dǎo)和調(diào)控宏觀的種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,提高相關(guān)企業(yè)與農(nóng)民的經(jīng)營管理水平均具有重要意義。遙感技術(shù)用于農(nóng)情監(jiān)測具有得天獨厚的優(yōu)勢。近30年來,農(nóng)作物遙感監(jiān)測一直是遙感應(yīng)用的一個重要主題。
中國科學(xué)院建成了“中國農(nóng)情遙感速報系統(tǒng)”,該系統(tǒng)包括作物長勢監(jiān)測、主要作物產(chǎn)量預(yù)測、糧食產(chǎn)量預(yù)測、時空結(jié)構(gòu)監(jiān)測和糧食供需平衡預(yù)警等5個子系統(tǒng),可實現(xiàn)全國范圍主要農(nóng)作物的長勢監(jiān)測、單產(chǎn)預(yù)測與估算、農(nóng)作物種植面積提取、種植結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測、糧食總產(chǎn)分析計算、耕地復(fù)種指數(shù)獲取、農(nóng)業(yè)氣象分析、農(nóng)作物旱情遙感監(jiān)測等農(nóng)情監(jiān)測業(yè)務(wù),并能獲取全球主要農(nóng)業(yè)國家的作物長勢和重點產(chǎn)糧國的總產(chǎn)預(yù)測等信息。自運行以來,該系統(tǒng)每年監(jiān)測和預(yù)測的信息被國家發(fā)改委、國家糧食局、農(nóng)業(yè)部等部門及一些省市應(yīng)用,現(xiàn)在已推廣到期貨市場應(yīng)用。
農(nóng)業(yè)部組織研發(fā)并投入業(yè)務(wù)運行的“國家農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測系統(tǒng)(CHARMS)”,可定期監(jiān)測和評價全國大宗農(nóng)作物面積、長勢和產(chǎn)量、草地產(chǎn)草量和草地退化、農(nóng)業(yè)土地資源、土壤墑情、農(nóng)業(yè)災(zāi)害等主要農(nóng)業(yè)動態(tài)信息,為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、糧食安全預(yù)警和農(nóng)業(yè)宏觀決策提供可靠的技術(shù)支撐。
4.遙感在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用
遙感在城市建筑監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。城市拆遷是城市建設(shè)中的難題,利用高分辨率圖像,對拆遷進程一目了然,便于城市建設(shè)管理。北京市利用“北京一號”小衛(wèi)星4米分辨率的圖像對較大工程(如奧運工程)的拆遷和建設(shè)進行了監(jiān)測。建設(shè)部已經(jīng)建立了風(fēng)景名勝保護監(jiān)管信息系統(tǒng),實現(xiàn)對風(fēng)景名勝區(qū)環(huán)境生態(tài)和景觀的及時、有效的監(jiān)管,以迅速遏制國家級風(fēng)景名勝區(qū)“城市化”、“人工化”、“商業(yè)化”的趨勢惡性蔓延,保護國家風(fēng)景名勝區(qū)的寶貴資源。該系統(tǒng)已納入建設(shè)部日常監(jiān)管業(yè)務(wù)。
城市發(fā)展已經(jīng)成為遙感技術(shù)應(yīng)用最具活力的領(lǐng)域之一。利用先進的遙感等空間信息技術(shù)可以對城市自然生態(tài)中的土地、生物(如綠地)、水、景觀等,對社會生態(tài)中的環(huán)境(如大氣污染)和人居環(huán)境(如綠化和熱島)等進行監(jiān)測,為城市建設(shè)提供生態(tài)布局和治理方案。
對我國直轄市、省會城市和特別行政區(qū)的34個城市的中心建成區(qū)30年的城市擴展監(jiān)測結(jié)果表明,到21世紀初期,各個城市中心建成區(qū)不同程度地增加了中心建成區(qū)的面積,城市的建設(shè)規(guī)模顯著增大。實施監(jiān)測的34個城市的中心建成區(qū)面積較監(jiān)測起始期擴大了2.26倍。
5. 遙感在測繪中的應(yīng)用
以遙感數(shù)據(jù)為核心的國家1:5萬地形數(shù)據(jù)庫建設(shè)已相繼完成了數(shù)字柵格地圖(DRG)、數(shù)字高程模型(DEM)、矢量核心要素數(shù)據(jù)庫(DLG)、地名(GN)、土地覆蓋(LC)、數(shù)字正射影像(DOM)、控制點(CP)、元數(shù)據(jù)庫(MD)等專題數(shù)據(jù)庫,并實現(xiàn)對各數(shù)據(jù)庫的集成管理,為廣大用戶提供高精度的基礎(chǔ)地理信息服務(wù)。1∶5萬基礎(chǔ)地理信息更新工程的實施,將大幅度地提高其現(xiàn)勢性和改善內(nèi)容完整性,有力地提升基礎(chǔ)測繪成果為國民經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展和國家安全的服務(wù)保障能力與水平。
我國西部約 200萬平方公里的國土曾經(jīng)受惡劣自然環(huán)境和當(dāng)時技術(shù)水平的制約,一直沒有測制過1:5萬比例尺地形圖。如今,航天遙感、航空攝影、航空航天合成孔徑雷達、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、地理信息系統(tǒng)等最新攝影測量與遙感技術(shù),為西部測圖工程的順利實施提供了有力的技術(shù)支撐。西部測圖工程的實施,對于滿足西部重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資源合理開發(fā)與利用、生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護以及國家安全具有十分重大的意義。
做好數(shù)據(jù)保障與應(yīng)用業(yè)務(wù)結(jié)合
1. 遙感應(yīng)用的數(shù)據(jù)保障問題
遙感應(yīng)用進入業(yè)務(wù)化,首先要保證其時效性、數(shù)據(jù)的可靠性和實用性。這就要求遙感數(shù)據(jù)能及時提供用戶所需要的不同時間分辨率、空間分辨率、光譜分辨率的各種數(shù)據(jù),特別是突發(fā)性災(zāi)害的監(jiān)測評估,要能在災(zāi)害發(fā)生后最短的時間內(nèi)提供遙感數(shù)據(jù)。
2. 遙感信息與應(yīng)用業(yè)務(wù)的結(jié)合問題
遙感提供的信息可能只是業(yè)務(wù)應(yīng)用涉及的部分信息,要解決業(yè)務(wù)應(yīng)用需要與實際應(yīng)用模型、其他數(shù)據(jù)與信息等的結(jié)合,其難點是遙感信息與應(yīng)用模型的同化、綜合信息的挖掘等。
3. 遙感應(yīng)用系統(tǒng)集成問題
遙感信息作為業(yè)務(wù)應(yīng)用的重要空間信息,其優(yōu)勢是可以快速提供大范圍地表的空間分布信息,這是常規(guī)方法不可比擬的,但是,遙感信息必須與數(shù)據(jù)庫、模型和應(yīng)用系統(tǒng)集成在一起才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用。目前應(yīng)用比較好的領(lǐng)域都是這樣做的。
“四化”加速遙感應(yīng)用
1. 遙感應(yīng)用數(shù)據(jù)的詳細化
由于遙感應(yīng)用的巨大需求,遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的飛速發(fā)展,適應(yīng)遙感應(yīng)用的數(shù)據(jù)將是多樣化的??臻g分辨率將會有幾公里- 1公里-幾百米-幾十米-幾米-幾十厘米級的數(shù)據(jù),時間分辨率會有幾天-幾小時- 1小時-半小時甚至更高時頻的數(shù)據(jù),光譜間隔將達納米級。
2. 遙感信息提取的智能化
遙感應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)是信息提取和挖掘。未來的遙感數(shù)據(jù)處理和信息提取技術(shù)會向自動化、智能化方向發(fā)展,關(guān)鍵要解決精度和速度問題,新的算法、模式識別和工作流技術(shù)等將會引入到遙感數(shù)據(jù)處理和信息提取中,大大提高自動化處理和智能化提取的能力,可以自動處理重復(fù)、費事的任務(wù),提高操作效率,降低生產(chǎn)成本。
3. 遙感應(yīng)用的外包服務(wù)化
由于遙感的數(shù)據(jù)-信息-知識-應(yīng)用的技術(shù)環(huán)節(jié)復(fù)雜,因此遙感應(yīng)用的門檻很高。目前,國際上已出現(xiàn)一些大的企業(yè),承接政府和行業(yè)的遙感應(yīng)用。將復(fù)雜的技術(shù)問題交給企業(yè)解決,從得到的遙感信息和知識中做好自身與專業(yè)的結(jié)合,從而降低應(yīng)用的門檻。我國“北京一號”小衛(wèi)星的應(yīng)用就是由北京各委辦局交給企業(yè)做的,取得很好的效果。這種外包服務(wù)化是未來遙感應(yīng)用發(fā)展的趨勢,也會推動遙感產(chǎn)業(yè)化。
4. 遙感應(yīng)用的大眾化
關(guān)鍵詞:遙感 空間信息 地質(zhì) 找礦 應(yīng)用
一、引言
近年來,空間科學(xué)、信息科學(xué)、計算機科學(xué)、物理學(xué)、等科學(xué)技術(shù)的進步和發(fā)展,為遙感技術(shù)奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ),此外,由于人類活動不斷向深度和廣度方面發(fā)展,遙感技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,從而使得贏得了飛躍的發(fā)展,遙感技術(shù)在發(fā)達國家和一些發(fā)展中國家已經(jīng)成為一個高度重視的科學(xué)技術(shù)。在地質(zhì)工作中,遙感數(shù)字圖像處理屬于新的工作方法,充分結(jié)合了當(dāng)前的計算機技術(shù)信息技術(shù)。在地質(zhì)工作中主要是通過對一個地區(qū)巖性,構(gòu)造的狀況分析后服務(wù)與地調(diào)填圖,礦產(chǎn)普查,工程地質(zhì),水文地質(zhì)及地質(zhì)災(zāi)害治理方面,有著其特殊的高效性,空間性和優(yōu)勢所在。中國遙感事業(yè)自70年代至今發(fā)生了巨大的變化,在國民經(jīng)濟中的應(yīng)用也日漸普遍。相對國際發(fā)達國家,中國遙感事業(yè)與其尚存在較大差距,這也正證明了在學(xué)科應(yīng)用教學(xué)方面的前景性和挑戰(zhàn)性。本文結(jié)合“遙感地質(zhì)”課程的學(xué)習(xí),淺談下其在未來地學(xué)相關(guān)工作中的應(yīng)用。
二、遙感地質(zhì)在地學(xué)方面的意義和作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面
1.區(qū)域地質(zhì)調(diào)查方面
在地質(zhì)調(diào)查方面,我國青藏高原地區(qū)明顯體現(xiàn)出了遙感數(shù)字圖像處理的意義和作用。青藏高原空白區(qū)是我國存在最大的空白區(qū),因為青藏高原獨特的海撥,積雪,壓力,缺氧以及交通等因素給地質(zhì)工作者在這一地區(qū)開展工作造成了極大的困難,尤其在藏北,屬于“世界屋脊”這一片區(qū)域,是生命的,地質(zhì)工作者很難實地進入,實施開展。青藏高原所占面積巨大,為我國地學(xué),生物學(xué),資源與環(huán)境科學(xué)提供了富有特色的研究領(lǐng)域和天然的實驗室,其研究開發(fā)價值極大。近年來國土資源部先后開展了多次地質(zhì)調(diào)查,如1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查。安多地區(qū)平均海撥4700多米,氣候已變,極寒,其中部分地區(qū)很難進入。中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院教師承擔(dān)的地質(zhì)調(diào)查局“安多1:25萬安多多幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目”中就充分利用了遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)的優(yōu)勢。
2.構(gòu)造地質(zhì)方面
遙感地質(zhì)技術(shù)在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方面的應(yīng)用從空間宏觀角度著手,“宏觀看構(gòu)造,微觀看結(jié)構(gòu)”。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)在經(jīng)歷了近一個半世紀的發(fā)展后,在研究方法和研究程度上都取得了很大的進步。由于構(gòu)造地質(zhì)學(xué)強調(diào)野外實地觀測,它的研究精度是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷提高的。20世紀60年代以后遙感技術(shù)的運用,對地質(zhì)構(gòu)造的研究產(chǎn)生了極高的效益。雖然遙感技術(shù)引入到構(gòu)造地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)近半個世紀,但其本身的發(fā)展以及構(gòu)造地質(zhì)學(xué)對其利用的不充分,使得遙感數(shù)字圖像處理在構(gòu)造地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間。利用好遙感數(shù)字圖像處理能夠使得不同尺度構(gòu)造的研究有可能在成因和演化及運動學(xué)、動力學(xué)上結(jié)合得好,研究得更深入。
3.礦產(chǎn)勘查方面
伴隨著“358”和四部委聯(lián)合找礦突破行動的實施,遙感找礦將會在今后幾年的地質(zhì)礦產(chǎn)工作中升級為一熱點。在礦產(chǎn)勘查方面,利用遙感影像波譜的不同,根據(jù)具體巖性波譜可宏觀分析該地礦產(chǎn)分布和密集特點。在室內(nèi)計算機遙感圖像數(shù)字處理后,再根據(jù)具體結(jié)果配合以野外實地勘查將大大降低勘查的經(jīng)濟投入和地質(zhì)工作者的負擔(dān),同時也將勘查工作推向了高效性。
3.1遙感找礦模型的建立
礦床模型的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生在礦床,礦床產(chǎn)出的時空規(guī)律、礦床特征等高度概括了礦床模型的特點,覆蓋整個礦產(chǎn)地質(zhì)形成和保全的各個因素,顯示出了現(xiàn)在的礦產(chǎn)地質(zhì)科學(xué)研究程度,也顯示了理論化礦產(chǎn)資料這一觀念認識水平。利用遙感技術(shù)在大面積區(qū)域?qū)ふ艺业V化集中區(qū),將圖像上的色、線、環(huán)、影紋圖像與曠田構(gòu)造的基本要素(成礦巖體、控礦斷裂、圍巖蝕變)相結(jié)合,提取遙感地質(zhì)礦藏信息,尋找區(qū)域找礦標志,通過礦床模型來識別礦床賦存的遙感影特征,建立礦床模型,遙感找礦在1990年代以來,已經(jīng)成為重點研究研究熱點之一。這可以開拓礦床圖像分析的新的思路,將礦床地質(zhì)遙感研究推進到一個新的水平。
3.2綜合成礦預(yù)測
遙感技術(shù)對區(qū)域性和全球性成礦帶、成礦域研究方面有著極其重要的意義對大量不同來源、不同內(nèi)容的圖像或非圖像子量進行綜合處理,把原來的地學(xué)理論和邏輯思維轉(zhuǎn)換成三維的直觀和形象化得、時間和空間模型,把原來的定性概念轉(zhuǎn)化為定量的觀念和分析方法,進行多元化地學(xué)綜合成礦。地物化資料與遙感資料的綜合研究提高了地質(zhì)解譯與綜合分析的效果與效率,已成為尋找巨型、大型礦床最為有效的找礦方法,也是當(dāng)前世界找礦趨勢。
4.地質(zhì)災(zāi)害方面
遙感數(shù)字圖像處理可完全應(yīng)用與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報和災(zāi)后治理救援方面。汶川地震所引發(fā)的堰塞湖,山體坍塌,泥石流等具多。汶川8.0級地震發(fā)生后,諸多交通線路中斷,信息癱瘓,救災(zāi)隊伍難以第一時間摸清里面災(zāi)害情況,而此時遙感技術(shù)將是處理一連續(xù)事情的最佳選擇手段。遙感數(shù)字圖像處理對災(zāi)后搶救和治理過程中的突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的的觀測起到了不可磨滅的作用。治理和預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害是我國迫在眉睫的件大事,故遙感人才是國家急需的專業(yè)性技術(shù)人才。
三、結(jié)語
遙感地質(zhì)是一個理論和技術(shù)相結(jié)合的課程,實際可操作性強,我們需要鞏固理論基礎(chǔ)知識,并不斷應(yīng)用??傊?,隨著地質(zhì)信息技術(shù)的不斷提高,遙感技術(shù)實際工作中的應(yīng)用也會不斷增多。通過短期課程,很難掌握遙感地質(zhì)這門課程的所有知識,真正的掌握遙感技術(shù)還需要在以后的課程里不斷的學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí),我們可以全面了解遙感技術(shù)在我國的應(yīng)用前景,在國民經(jīng)濟發(fā)展扮演的重要角色,以及對未來地質(zhì)工作的重要意義,初步了解計算機數(shù)字圖像處理技術(shù)和相關(guān)遙感技術(shù)。
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