遥感的基本原理篇1
关键词 CDio 遥感原理与方法 实验设计
中图分类号：G642
文献标识码：a
CDio工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果，是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学共同创立的工程教育改革模式。该项目已扩展到全世界，包括了各种工程类专业的教育。该项目的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思（Conceive）、设计（Design）、实现（implement）和运作（operate）过程的环境基础上的工程教育。CDio培养大纲将工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个层面，大纲要求以综合的培养方式使学生在这四个层面达到预定目标。在遥感原理与方法教学中引入CDio理念，使学生能在课程学习过程中不仅掌握遥感基本的理论知识和基础技能，同时对学生分析与解决问题、创新精神的培养也是一种行之有效的途径。
1遥感原理与方法课程概况
遥感原理与方法是我国高等院校地理科学类专业（包括地理、地质、地球物理、气象气候和海洋）的一门重要基础课程，也是地理信息系统专业和遥感科学与技术专业的必修的核心课程之一。特别对遥感科学与技术专业工科学生而言，解决遥感图像处理、信息提取等实际问题，CDio能力尤其重要。遥感原理与方法课程在成都信息工程学院的教学中以本科生为主要对象，主要介绍遥感基本理论、基本方法和遥感应用的基本技能。同时根据本课程内容体系、特点以及CDio理念，在课程中注重培养学生的以下能力：（1）掌握遥感科学与技术的基础知识，包括遥感物理基础、地物与电磁波相互作用和遥感成像机理；不同遥感器特性与遥感构像特征；遥感图像处理的方法与技术；遥感图像目视解译及计算机解译的原理、方法和步骤，航空照片、多光谱图像、热红外图像、雷达图像和高光谱图像信息提取，以及遥感专题信息的分析和在不同领域应用等；（2）获取遥感技术基础知识的能力和具备遥感基本技能；（3）学会系统分析遥感实践中的问题；（4）有在遥感项目实践中进行团队合作的能力；（5）学会非遥感专业技术知识，进行个人职业技能的锻炼；（6）具备设计和实施遥感项目的能力。
2基于CDio理念的遥感原理与方法课程的实施
2.1遥感项目实施调查学习
根据本专业各教师的项目情况制定若干与之相关的有关遥感技术和组织、管理的题目，将学生分组并自选1组题目，利用课余时间参与到教师项目中自己获得题目的答案或解答方式。该环节的设计思路是让学生从实际问题（项目实际问题，非虚拟实验问题）出发，带着问题进行学习以实现对学生能力的培养。此环节的关键是教师要在项目中给出学习方向和题目，起到对学生的引导作用。具体如下：
（1）将课程根据内容在项目中找到合适的内容并细化为题目，让学生在项目的实际参与中体会需学习的内容，培养学生搜集信息并解决问题的能力。如遥感图像目视解译中的题目“根据研究区状况进行相关资料搜集，并完成对图像的几何校正”，在以往的课堂教学中资料搜集往往是一句话带过，学生仍不清楚具体该搜集哪些资料，通过其自己在项目中的各种资料需求体会，进行探讨，得出最后的结论。
（2）将项目学习内容与相关专业课程相结合，使学生对专业学习从广度和深度上进行了解。如“根据植被的分布规律，结合遥感图像的实际情况，对所给遥感图像进行植被信息提取”。一方面让学生不再空洞表面地看待遥感影像的颜色、形状等图像特征去进行信息的提取，而是结合自然地理课程中所学的植被分布规律这部分知识，懂得灵活运用所学知识解决实际工程中的问题，由被动变主动。另一方面，又认识到遥感技术应用实践中无所不在的地学、生态学等知识，明确地学、生态学、气象气候学在专业知识体系中的重要性。
（3）除了让学生学习专业技术问题外，还培养学生学习对问题的解决思路，同时也注重培养学生的职业道德。如“根据所给研究区和研究目的，选用适宜的遥感影像”，学生通过项目中对图像数据进行经费预算，有针对性地选择对项目而言性价比最高的图像，而不是一味追求高分辨率图像。
（4）了解遥感技术应用项目中工作分工，各工作之间如何协调，让学生直接认识自己的专业以及整个遥感学科系统。
2.2课堂教学和专题讲座
（1）对课程的基本概念和理论进行课堂讲授，通过具体项目的对全课程内容的贯穿，使学生建立课程的体系结构的概念，同时要求学生参与到学校的项目或实习单位的项目中学习专业知识，在学习中自行查找相关资料以丰富专业知识。
（2）选择课程内容中的重点、难点进行重点讲授，并结合实际操作或实际案例进行剖析。如遥感图像计算机解译中重点建立学生对特征空间等抽象概念的理解。
（3）利用多媒体技术手段，如图片、视频、动画等向学生展现国内外的先进技术和理念，而这是学生在日常学习中难以直接接触的。如星载扫描仪的工作原理、遥感卫星辐射校正场等知识。
除课堂教学外，还聘请经验丰富的从事遥感技术理论及应用研究的专家做专题讲座，这些讲座极大地激发了学生学习专业知识的兴趣，同时使学生了解了专业的新知识，对专业的发展更加关注。
2.3遥感原理与方法课程实践
在遥感项目实施调查学习过程中侧重于“问”，要求学生在参与或者观察的过程中多向项目人员请教，而在课程相关配套实验中则强调“做”，要求学生自己动手完成相关题目。具体为两方面的内容：
（1）针对课程内容设计实验题目，是学生在实验操作中能够与理论知识结合起来，理论联系实际，进一步增加对课堂知识的理解。同时注重实验题目之间的连贯性，使之能够与学生所见或所参与的项目尽量相关，不涉及纸上谈兵的项目。
（2）要求学生主动参与到教师的相关项目中去，不仅参与项目的实施，还参与项目的组织和管理工作，使学生获取更多的锻炼。如进行遥感图像的处理、解译、分析等方面的工作，检查遥感图像处理的质量、遥感信息提取的质量等。要求学生参与项目讨论，并鼓励学生提出问题，使其更认真地投入项目工作中。
遥感的基本原理篇2
遥感是湖北大学地理科学、资源环境与城乡规划专业的必修课，通过近几年的本科及研究生教学实践及学术反馈意见，发现学生对于遥感在本专业的应用认识不足，突出表现在对于解决实际问题存在困难，无从下手。主要存在如下原因：
1.1学生基础知识背景不一致
湖北大学地理科学专业、城乡规划专业有悠久历史，但是本科专业招收学生不分文理科，每个学生基础不同，而遥感导论采用的教材是梅安新的《遥感导论》[1]，内容以理工为基础设定的，着重于遥感基本原理和方法的介绍，文科背景的学生对于遥感原理中涉及的数学和物理知识基础薄弱，在学习过程中存在困难。
1.2其它课程不能有效衔接密切
遥感在多个行业学科中都有较广泛的应用，如地质、水文、植被、土壤等方面，学生提前具备这些相关知识对于了解遥感的应用非常重要。但在很多教学计划中将遥感设置为早期专业基础课，而其它相关课程要么同时开设，要么安排得更晚，这种时间安排上的错位，导致学生无法理解遥感的具体应用，加上对理论知识无法深入领会，导致学习遥感课程缺乏兴趣，教学达不到效果。
1.3课程实践安排不够多
目前的遥感课程设置仍主要以基本原理理解为主[2，3]，教材中对实际应用方面缺乏具体指导，导致大部分学生无法将理论与实践衔接，从而在实际问题解决上存在困难，难以培养学生对遥感的认知和动手能力。
1.4实践教学无法与专业挂钩
学院专业任课老师主要是地理信息系统专业背景，缺乏地理科学实际应用项目的支撑[4]，无法从专业角度上给予更加生动丰富的例子进行说明遥感的重要性。从目前教育现状来看，高校遥感老师对各行业的应用知识体系并不完备，要清楚介绍遥感在其它学科中的具体应用，是存在难度的。
1.5教学方式互动性不足
教学中主要以教师讲授为主，虽然配合使用了多媒体教学[5]，但缺乏相关学科的融会贯通和实际项目的操作，并缺乏学生的主动参与过程，导致多数学生认为该专业较难，学习兴趣和积极性不高。从而在衔接研究生课程阶段，无法正常使用遥感、GiS工具，动手能力不强，不足以支撑自主创新性研究，不利于科研人才培养。
2实践教学改革的基本内容与途径
根据目前教学中存在的问题，结合遥感和地理科学专业的特点，提出了一系列的教学改革方法：
2.1构建以学生为本的遥感教学体系
遥感原理中大量的数学、物理基础对于文科学生是相当困难的。课堂教学中，学生无法在短时间内迅速掌握所有的数学及物理基础[6]，因此针对文理学生兼有情况，简化遥感基础的描述，规避大量数学、物理公式，把主要精力放在重点上，让学生通过实践操作体会遥感原理。在实践操作中，适时补充说明原理及用途，结合软件教学，说明书中的知识难点。
2.2构建实践型学习的遥感实践课程
实践课程重点是对遥感图像进行基本处理，结合书本重点，让学生熟练掌握基本操作，主要内容包括数据前期处理、数据图像处理、影像分类。加大实践课程的比重，规避大量文字及语言、公式的学习过程，能在较短时间让学生理解遥感课程的内容。
2.3拓展学生思维，增强空间科学相关的理解
地理科学及城乡规划专业是认知性和实践性都非常强的专业。地理概念和地理要素的理解对学生的抽象思维和认知能力要求较高，传统的理论知识讲授方式都难以真实、形象的展现在学生面前，因而使教学效果受到一定程度的影响。目前地理科学课程教学的实践机会不多，难以经常性的外出认知真实的地理要素。结合GiS和三维遥感技术[7-8]，利用arcgis软件，实现三维，从三维角度，提高学生兴趣，让学生从现实角度理解遥感和GiS空间科学专业。
2.4丰富完善互动式教学手段
教学手段的丰富能够提升学生的兴趣。实际教学中，结合学生感兴趣区域，引导学生掌握不同遥感数据类型，查阅资料及掌握网上数据下载方式，如自己的家乡为分析区，从数据理解到处理及应用，逐步完成遥感教学课程内容。引导学生在课堂外通过多种途径，查阅参考资料，培养学生自主学习的能动性，调动学习的积极性，拓宽学生的知识面，提高综合素质。
2.5结合丰富的实际项目，提高学生的综合能力
笔者所在的资源环境学院能有机会参加自然地理及城乡规划相关项目，因此结合实际项目经验，分专业进行综合操作：
（1）地理科学专业，更加关注自然环境、生态环境，因此实习中侧重对地物的理解，例如植被类型图的制作，水系图的制作等应用。通过这个过程，使学生对遥感图像的前期数据准备、数据几何纠正，影像分类过程有较好理解。
（2）城乡规划专业，更加关注土地利用现状和城市格局变化。因此在实习中，为加强对规划相关内容的理解，如要求其土地利用现状图的制作，结合GiS统计各项土地利用情况及现状分析；或者以某项目布局进行设计，结合高分遥感影像和GiS，完成功能布局以及一些统计量，或对城市景观格局变化结合遥感高分影像及分析数据进行总结。
3教改效果分析
近学期年来，通过一系列的遥感实践教学探索，已取得了一些阶段性成果，主要表现在：
（1）学生已经能够独立解决一些跟遥感相结合的专业操作，提高了动手能力及解决问题的能力，为他们今后的工作打下坚实的基础。
（2）有一部分学生对遥感产生了浓厚的兴趣，在研究生期间选择以此为研究方向进行继续攻读地理/规划方面的研究生。
遥感的基本原理篇3
关键词：教改；遥感；农业院校
中图分类号：G642.0文献标志码：a文章编号：1674-9324（2013）09-0059-03
遥感是农业高等院校一些专业（如资源环境与城乡规划、土地资源管理、农业资源与环境、环境科学等）的本科生必修的专业核心课程。遥感技术已经广泛应用于社会生产的各个领域，培养遥感应用型的高级技术人才非常重要，但目前农业院校的遥感课程的教学体系、教学内容和教学方式难以适应遥感技术的快速发展，存在不少问题，使培养的人才与社会产生脱节。
一、农业院校遥感教学存在的主要问题
1.遥感课程理论多而杂、抽象化等特点，抑制了学生的学习兴趣。遥感技术具有理论抽象、知识点庞杂的特点，其多学科交叉，基础知识面广而杂，技术性和实践性较强且多应用于大型项目。农业院校的本科生一般是第一次接触，缺乏与课程相关的预备基础知识和背景知识，学习遥感课程太抽象，实际生活中也很难接触到遥感应用方面的项目，这样会导致学生觉得遥感课程“遥不可测”，具有一定的距离感和陌生感。另外，遥感课程在农业类院校中一般属于专业基础性学科，得不到足够的重视，以及学时不多等原因都在一定程度上抑制了学生的学习兴趣。
2.教材内容过于突出前沿科学，忽略了其应用性。现在的农业院校遥感教材已经采用国家农林类普通高等教育“十一五”、21世纪规划教材，虽然教学内容进行了更新，基本上不存在以前的内容过于陈旧的问题，但仍然出现不少问题。主要存在教学内容过于突出其前沿科学以及发展趋势，导致部分教学内容或过于深奥，或与农业类等相关专业的结合性不大，在农业院校等相关领域中几乎应用不到；如“微波遥感原理”深奥难懂，在农业院校相关专业几乎很少用到；又如“高光谱的影像分析”过于深奥，对于遥感课程学时很有限的农业院校本科生关联系不多且过于深奥。现在国民生产的各领域中广泛应用的遥感技术或结合性较强的教学内容，很少有教材提及或提及极少。如近年在灾害监测中广泛应用高分辨率的QUiCKBiRD、woRLDView卫星数据woRLDView；又如在农业中应用较多的测定地物光谱仪的设备和我国“北京一号”小卫星在北京近郊农业监测中应用等内容却无体现。脱离生产实践与应用的前沿技术，就像是没有方向的深海之舟，与农业类院校本科生的教学宗旨与教学目标背道而驰。
3.教学手段不够丰富，学生参与不够，缺乏学习热情。农业院校遥感课程虽然普遍使用了多媒体教学技术，但仍是以教师讲授为核心，缺乏形象教学必要的教学手段与辅助教学资料，很少有本科生参与教师的科研项目或大型的工程应用项目。由于时间等种种原因，也很少本科生参加课内外的遥感应用的体验与交流报告，缺乏学习遥感课程的源动力与热情。
4.现有的考试制度抑制了学生的创新。现有的考试制度以考试为主，侧重卷面成绩，试卷考核方式很难考验学生对理论体系的系统性掌握、知识点的内在联系以及实际技能的掌握程度与应用程度。农业院校的遥感实验课程学时设置少，实验个数少，实验成绩占课程成绩的比重不大，一般隶属于遥感课程理论教学的一部分，很少单独开设，实践环节教学得不到足够的重视，且多侧重实验报告成绩，忽视了实践环节学生能力的表现。现有的课程成绩构成缺乏讨论、专题制作、文献检索、学习报告等多手段，在一定程度上抑制了学生参与的积极性和主观能动性，导致学生自主学习的热情不够，缺乏创新的激情。
5.实践学时偏少，缺乏针对农业院校的上机教材。遥感实践课程少，难以培养学生的感性认识，动手能力的提高更是无从谈起。目前，与遥感课程配套上机的教材多是针对高等院校测绘类专业，缺乏与农业院校遥感课程配套的上机实验教材，市场上偶见农业院校专用教程，在内容的设置上与上机实验数据或样例数据方面却与测绘类专业并无多大区别。农业院校类本科生感觉不到遥感实践与专业的相关性或结合性，无法满足农业院校专业学生的实践教学的需求。
二、教学改革的基本内容与途径
1.教学内容的完善与改革。（1）教学内容的设置应重点突出。在农林院校遥感课程学时很有限，而遥感技术体系本身内容非常庞杂，教学内容与学时的设置除了体现理论的系统性，一定要注重各部分内容的内在的逻辑联系，突出主要内容和重要内容，必要时，应进行取舍。使学生对整个教学有一个比较宏观、层次清晰的印象，能够抓住遥感主要的原理和难点内容。农业院校的遥感课程主要内容包括航空像片与遥感相关的基本概念、地物的反射光谱特性、航空摄影测量的基础知识、遥感图像的像点误差、航空摄影测量的内外业、卫星传感器数据、遥感图像的目视判读与调绘、遥感数字图像处理原理与操作技能，以及遥感技术的应用案例，尤其是在农业领域的应用实例。（2）根据应用情况对前沿性内容取舍。现在很多教学改革过于突出课程的前沿性内容，但受到学时的限制，很难与生产实践或专业联系起来，学生感觉很陌生、很抽象，教学效果甚不理想。农林院校的遥感课程学时一般都很有限，在突出课程内容的系统性和重点内容的前提下，对于前沿性的内容，可结合授课专业情况进行灵活调整。若在相应专业领域中很少应用的可略讲或不讲（如微波遥感、高光谱）；若在相应专业领域实践中有应用或应用较多的（如在农业和土壤学科应用较多的便携式地物波谱仪），可侧重于先进的仪器以及在科研或生产实践中的作用与功能。这样学生既不会感到深奥难懂，又会觉得该课程很贴合实际需求，这样就可在有限的学时取得较好的教学效果。（3）实验内容的调整。遥感课程实验内容的设置应与基本理论、基本方法相呼应，突出其主要技能、实践技能，平衡传统方法与现代作业方法，采用的实验器材或软件应与当地生产部门基本保持一致，若有条件应尽量将实验课单独开设。遥感技术在实际作业中，数据源以及产品都是采用遥感数字图像，因此，传统的遥感课程实验内容应根据行业发展情况适当地删除过时的实验，保留主要的遥感实验外，应尽量根据授课对象的就业方向、科研情况以及学时情况选择性地增加设置遥感数字图像处理的实验内容与课时数，如“熟悉eRDaS或enVi遥感图像处理软件的基本操作”、“遥感数字图像的增强处理”、“遥感数字图像的几何处理”、“遥感数字图像的计算机自动分类”。
2.教学手段与教学方法的改革。（1）从兴趣点或生产应用入手展开教学。由于遥感课程理论知识点多而杂，在教学内容的组织上可从学生感兴趣的知识点入手，适当引用遥感在测绘、国土、农业等重要部门的一些视频资料。阐述基本原理与基本方法时注重加强学生思维的引导，主要内容与重点内容可采用精讲、细讲，生产中不常用的原理与方法采取学生课外自主学习为主，遥感在实践中应用可采取具体案例分析，这样既可保证激发学生学习的兴趣，在面上对遥感有全面的把握，又可在重点内容上有所深入。除了现代常用的多媒体教授的教学方法，可布置与课程内容相关且很有趣的课外小作业，如可通过让学生在Googleearth上查找校舍或旅游目的地的方式对卫星遥感数据的认识。（2）制作遥感教学辅助材料。遥感教学辅助材料包括航空图像与卫星遥感图像样片的制作、各类教学视频的制作、试题库与习题库的制作、遥感精品课程在线网址的收集，完善各种网络教学资源库的建设等。将生涩难懂且方便用于直观教学的遥感图像的分类与遥感图像的解译标志等内容制作教学样片，如可将全色图像、红外、彩红外、多光谱等航空像片与各种常用的卫星遥感数据制作样片，形象而直观，易于理解与记忆。对于比较抽象、生活中接触较少的知识点用于制作1～5分钟的辅助视频，如航空拍摄的过程、卫星遥感以及传感器的工作原理等。将近年来遥感技术应用于现实生活中有影响力的重大事件的新闻视频片段制作教学视频资料，如“国土部：用卫星遥感图片严查违法用地”、“我国‘北京一号’、‘小卫星’监测北京近郊农作物长势”、“汶川地震前后遥感图像前后对比”等新闻视频片段。教学辅助材料在有些教学内容方面可发挥很大的教学作用与效果。（3）重视遥感技术应用案例分析。一般农业院校的遥感技术的应用所占学时极少，与专业结合性不够。一般只是泛泛地提到或者一带而过，没有具体的案例或应用视频，学生缺乏对遥感技术实际应用情况的了解。可根据授课对象与专业方向选择教学辅助材料，根据授课对象及专业方向播放其相关内容，重点分析应用案例。如面向土管专业授课时可侧重土地资源调查与土地执法的案例分析；面向农资专业时，可侧重农作物长势监测与估产、光谱反射率的野外测定与分析等案例分析，面向环境类专业，可侧重环境监测与灾害监测的案例分析。（4）实现教学手段的多元化，激发学生学习热情。除了常用的多媒体教学与板书等教授方式外，还可适当采取学生教学的方式，加强与学生互动交流，提高学生自主学习的能力。利用课前与课间的时间或借助网络平台，与学生进行充分交流，及时掌握他们的兴趣、学习难点以及就业意向等，因材施教。利用国家、省和校级精品课程建设的成果，建立网络实践教学平台，实现网络互动式教学，设置“课件下载”、“实验报告上载”、“答疑”、“Ftp”等功能。可借助与测量学等课程的重叠交叉知识，进行触类旁通式的教学。通过小型专题报告的形式，促使学生课外收集文献资料学习实践应用性强、与专业结合紧密的内容，择优以多媒体的形式课堂交流并点评，并作为学生课程考核的一部分，有意识地将教学内容与科研、就业与生产项目管理等结合起来，引导学生自主学习，激发学习的创造性。
3.建立考试制度的改革，提高其学习的积极性。进行课程考试制度的改革，改进考核方法，建立考察学生全面素质的考核体系、建立科学的考察学生综合知识、综合素质、综合能力的实践考核体系，采取灵活多样的考试方式。在课程考试构成增加小型专题报告制作、文献检索与总结等，理论环节可增加课堂互动环节（如提问、讨论等）考核的比重；实践环节可强化动手实践与仪器操作的考核，淡化实验报告等书面成绩。通过建立考试制度的改革，促进学生积极学习。
三、教改效果分析
近年来遥感课程改革探索初步取得较为明显的成效，具体表现在以下几个方面。
1.学习态度的改变。学生对教学内容的兴趣和注意力明显提高，课堂互动变得更为积极，课外自主学习的激情提高，教学氛围良好，“教与学”变成了一件较为愉快的教学活动，学生对遥感方向的学术报告与毕业论文选题感兴趣的人数明显增加。
2.学生对遥感教学的评价。每学期都对全部遥感课程进行教学评估，学生无记名网上评教，结果表明总体优良。说明学生对于教学内容与教学形式是认可与肯定的。
3.学生的收获。国土资源管理、农业资源与环境等专业分别成立了兴趣小组，在老师的指导下能够独立完成校级创新型实验项目。学生的动手实践能力明显得到锻炼与提高，有机会参与到多项遥感技术应用的工程项目，特别优秀的学生能在测绘遥感相关的事业单位就业。也有本科生在国内的学术期刊上公开发表遥感领域内的科研论文。
虽然笔者针对农业类院校的遥感课程实践教学改革进行了探索与实践，然而，许多问题有待进一步探讨，诸如教学平台的完善、教学形式的改进、产学研实习基地建立、专业实践素材库的建立等。面向未来，我们需要更好地根据社会需求，积极进行遥感教学课程改革，为社会培养出更多的遥感应用型的高级人才。
参考文献：
[1]尹占娥.现代遥感导论[m].北京：科学出版社，2008.
[2]邓良基.遥感基础与应用[m].北京：中国农业出版社，2009.
[3]常庆瑞，蒋平安，周勇.遥感技术导论[m].北京：科学出版社，2004.
[4]彭望.遥感概论[m].北京：高等教育出版社，2010.
遥感的基本原理篇4
【关键词】农业资源与环境遥感课程教学改革
【中图分类号】G64【文献标识码】a【文章编号】2095-3089（2016）09-0016-02
一、引言
遥感技术是环境、城市、农业、林业、海洋、地质、气象、军事等探测研究的新手段，应用越来越广泛，在许多高校相关专业学习中也受到了越来越多的重视。随着高光谱遥感、微波遥感、高分辨率影像，以及3S集成技术的应用，遥感技术得到更加深入、全面的应用和发展。遥感课程是新疆农业大学农业资源与环境专业本科生的专业选修课，拟通过该课程的学习，使学生系统全面地了解遥感技术的基本理论、技术体系、原理方法，以及图像分析处理和解译的知识，并且能利用遥感技术解决专业领域相关问题的能力。农业资源与环境专业遥感课程的开设具有非常重要的作用。
二、农业资源与环境专业开设遥感课程的必要性
农业资源与环境专业的本科生主要学习农业资源的管理及利用、农业环境保护、农业生态、资源信息技术等方面的基本理论和基本知识，要求具备农业资源调查与规划、环境监测与评价、气象观测、计算机技术等方面的能力，同时具有对农业资源和环境进行信息化管理等方面的能力。毕业后能在农业、国土、环保、农资等部门或单位从事农业资源管理及利用、农业环境保护、农业资源遥感与信息技术的科研、管理等工作。因此，要求该专业学生掌握基本的土地规划与制图、资源信息管理等方面的技术。这些都要求学生能有效的利用遥感技术方法，掌握遥感的基本技能，这也使得农业资源与环境专业开设遥感课程非常必要。
三、农业资源与环境专业遥感课程存在的问题及特点
（一）课程部分内容抽象难懂，学生专业知识储备不足
遥感课程中遥感原理章节要求学生掌握遥感的物理基础，包括地物的电磁波特性、电磁辐射与地物波谱的基本概念与性质、遥感成像原理等，涉及许多抽象的理论知识及相关定理、概念。一般要求在学习遥感课程前，具备测量学、地图学、计算机技术和相关的专业知识，而农业资源与环境专业本科生没有相关的知识储备，对许多遥感课程涉及的重要知识内容仅限于高中的地理、物理知识水平上，对计算机的掌握能力也仅限于一般的应用，这就使得在理论教学上，需要重新制定适合其能力水平的教学内容。
（二）教学方法单一，缺乏多样的教学手段
现在许多高校开设的遥感课程，仍以教师课堂讲授为主，学生被动的接收，参与度不高。这就需要改革教学手段，采取多样化的教学方式，组织小组讨论，案例分析，更有效的利用多媒体技术和网络。另一方面，高校本科生很少参加老师的项目，科研工作仍以研究生为主，调动本科生参与到教师的科研项目中，可以促进其快速的了解遥感在专业领域的应用，提高学生学习的积极性。
（三）重视度不够
农业资源与环境专业本科生在培养模式上，往往更注重农业资源的管理及利用、农业环境保护、农业生态等理论知识的学习，对配套的相应技术方法的掌握不重视；同时与本专业教师对遥感技术的掌握及重视程度也密切相关。在实习环节不设计相应的实习，要想单一的从一门遥感课程的学习中获取所需的本领面临很大困难。
四、课程简介
该课程理论课30个学时，实验上机10个学时，共计40学时。教学目标要求掌握遥感的概念、遥感的原理与方法、遥感的技术系统；熟悉遥感数据的特征和应用、不同卫星遥感数据及其影像信息提取的方法；了解遥感信息的应用以及3S（GiS，RS，GpS）技术的集成应用。教学方法以课堂讲授、讨论、案例分析相结合，并辅以实验课上机操作。考核方法为平时出勤、课堂表现、实验成绩、作业、参加讨论次数占30%；期末考试70%，考试形式为闭卷笔试。
五、教学内容、方法及考核形式的改革
（一）教学内容改革
一般农业院校农业资源与环境专业开设的遥感课程，在内容上主要包括电磁辐射及物体的波谱特性、彩色基本原理、遥感技术系统、摄影成像、扫描成像、卫星遥感及其影像、遥感图像的分析解译、遥感数字图像处理、遥感技术的应用、高光谱遥感与微波遥感，以及地理信息系统与3S技术等内容。部分章节内容较深奥，对于农业资源与环境专业学生来说，缺乏前期的专业知识储备，理解掌握困难，而且在实际中的应用性较小。因此，本人在实际教学中将该课程内容进行了整合，弱化了彩色基本原理、摄影成像、扫描成像等部分内容的学习，主要突出遥感应用部分的知识讲解，尤其是遥感技术在农业资源与环境领域的应用方面，更是增加了许多相应的实例，以案例的形式进行深入的讲解，加深学生对遥感在本专业应用的理解。把3S技术集成应用章节也做为重点，使得教学内容更加具有前沿性。另外在实验上机环节，将重点放在遥感技术的应用方面，以求更好地激发学生的学习积极性。
（二）教学方法与方式改革
在理论教学环节将传统的板书与先进的多媒体技术以及网络教学相结合，加深学生对相关概念、公式的理解，同时也提高学生兴趣，增加互动。在实验上机环节的教学过程中，有效的利用有限的上机时间，将重点放在遥感技术的应用案例分析上。提倡学生利用课余时间自学遥感常用软件的基本操作，在课堂上不把遥感软件的基本操作作为重点讲述内容。其次，要多采用引导、启发的方式，进行小组讨论，让学生参与到课堂的互动教学过程，活跃课堂气氛。
（三）考核方式改革
在考核方式上，考核方法为平时出勤、课堂表现、实验成绩、作业、参加讨论次数等平时成绩占30%，期末闭卷笔试占70%。平时成绩主要根据课堂上参加小组讨论做汇报的情况，实验上机部分的课程作业为主。在实验课的学习中，要求以遥感技术在农业资源与环境领域的某一方面的应用为内容，完成一份详实的实验报告。期末考试在考试内容上作出调整，不要求学生死记硬背深奥的概念，不设计相关复杂的计算题目，引导学生以理解为主，根据专业背景增加学生对遥感的应用及发展趋势的掌握。
六、总结
农业资源与环境专业的本科生在培养过程中要求掌握农业资源调查与规划、环境监测与评价、气象观测、计算机技术等方面的能力，要具有对农业资源和环境进行信息化管理等方面的能力。要求其必须掌握遥感的基本技能，在毕业走上工作岗位后能利用遥感技术开展土地规划与制图、资源信息管理等方面工作。因此，培养单位要重视遥感课程的教学，使其通过该门课程的学习，具备一定的遥感专业技能，更好的服务于农业资源与与环境专业领域的各项研究和管理工作。
参考文献：
[1]潘竟虎，赵军.高师遥感课程实践教学的改革[J].理工高教研究，2008，01：118-120.
[2]奚秀梅，贺凌云.遥感课程实验教学改革与设计[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2010，03：110-111.
[3]马丹.农业院校遥感课程的教学改革[J].教育教学论坛，2013，09：59-61.
[4]刘秀英，熊建利.遥感课程教学改革浅析[J].中国科技信息，2012，22：218-219.
遥感的基本原理篇5
【关键词】影像融合；正射校正；遥感影像
0.引言
数字正射影像图是将航空影像数据或航天遥感数据，经过辐射校正几何校正，并利用数字高程模型进行投影差改正，附之以主要居民地、地名、境界等矢量数据，按国家基本比例尺地形图图幅范围剪裁生成的正射影像数据集。为了满足不同用户对遥感数据的要求，利用高分辨率遥感卫星数据制作较大比例尺的数字正射影像图就有了其研究、发展和应用的空间。
1.正射遥感影像图制作基本原理及方法
1.1几何纠正原理
数字图像纠正的目的是改正原始图像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。像素坐标变换和像素亮度值重采样是数字图像纠正的两个环节，并且它们在纠正过程中是同步进行的。
（1）像素坐标变换是通过建立纠正函数来实现的，多项式纠正方法是实践中经常使用的一种方法。该方法的基本思想是回避成像的空间几何过程，而直接对图像变形的本身进行数字模拟，它认为遥感图像的总体变形可以看作是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果，因而纠正前后图像相应点之间的坐标关系可以用一个适当的多项式来表达，校正误差可以通过对均方差估计求得。
（2）数字图像亮度值的重采样。由于位置计算后找到的对应的x和y值，多数不在原来像元的中心，因而必须重新计算新位置的亮度值。做法是采用适当的方法把该点位周围邻近整数点位上亮度值对该点的亮度贡献积累起来，构成该点位的新亮度值，这个过程称为数字图像亮度值的重采样。
1.2正射校正原理
正射纠正的实质就是将中心投影的影像通过数字元纠正形成正射投影的过程，其原理是将影像化为很多微小的区域，根据有关的参数利用相应的构像方程式，求得解算模型然后利用数字元高程模型对原始非正射影像进行纠正，使其转换为正射影像。正射纠正是一种高精度的几何纠正，是利用数字高程模型对卫星影像进行逐点数字微分纠正，用以消除卫星遥感影像和航空遥感影像由于地形起伏等引起的像点位移。采用共线条件方程纠正法进行正射纠正。
1.3融合原理
分辨率融合是将不同空间分辨率遥感图像按照一定的算法，在规定的坐标系中，生成新图像的过程。处理后的图像既具有较高的空间分辨率，又具有较好的多光谱特征，从而达到图像增强的目的。高分辨率影像与多光谱数据的融合是遥感影像进行正射校正的基础。融合方法的选择，取决于被融合图像的特征以及融合的目的，eRDaSimaGine系统所提供的图像融合方法有三种：主成分变换融合、乘积变换融合和比值变换融合。
1.4数字高程模型
数字地面模型（Dtm）是地形表面形态等多种信息的一个数字表示。严格地说，Dtm是，其向量的分量为地形、资源、环境、土地利用、人口分布等多种信息的定量或定性描述。Dtm是一个地理数据库的基本内核，若只考虑Dtm的地形分量，称其为数字高程模型Dem或DHm，其定义如下：
Dem是表示区域D上地形的三维向量有限序列，其中是平面坐标，是对应的高程。当该序列中各向量的平面点位呈规则格网排列时，则其平面坐标可省略，此时Dem就简化为一维向量序列，这也是Dem或DHm名称的原有。
2.正射遥感影像图处理制作
2.1eRDaS下遥感影像融合处理
这里选择Brovey变换法，此融合结果一个明显的表现就是色调非常良好，几乎完整保持了原始影像的色调信息。
影像融合的具体操作步骤如下：
eRDaS图标面板工具条上，单击interpreter图标Spatialenhancement，打开Resolutionmerge对话框，调入需要融合的全色影像数据和多光谱影像数据，选择融合方式和重采样方式，键入波段数，点击oK即完成影像数据融合，如图1。
图1影像数据融合对话框
2.2应用pCi软件进行遥感影像正射校正
经过设置投影参数，数据格式转换，加入Dem，采集控制点，模型计算，重采样，完成对遥感影像的正射校正。
（1）工程设置
在pCi软件中建立一个包含所有工程数据的工程文件，设置校正影像的输出格式、输出分辨率、输出投影及坐标系统等，如图2。
图2设置工程投影与控制点投影对话框
（2）控制点采集
控制点采集为人工采集，根据提供的GpS点位，在卫星影像上找到相应的同名点。这些控制点用以构成数学模型来对卫星影像进行纠正，并将影像归算到地面坐标系，如图3。
图3控制点采集
（3）重采样生成正射影像
2.3实验数据整理
表1遥感影像图正射校正结果（单位：像素）
GCpX残差Y残差RmS
GCp010.41-0.740.80
GCp020.640.670.11
GCp030.02-0.73-0.71
GCp040.960.370.89
GCp050.70-0.080.69
GCp060.65-0.640.08
GCp070.62-0.530.34
GCp080.600.520.30
GCp090.36-0.01-0.38
GCp100.310.12-0.28
GCp110.280.09-0.27
GCp120.22-0.160.14
根据上表计算总的控制点误差为：
所以X方向总误差为0.5427，Y方向总误差0.4944；RmS（均方根中误差）为0.7341，以上单位均为像素。
2.4、应用eRDaS软件进行遥感影像的裁剪
由于正射纠正后的图像不是规则的图形，因此要通过左上角和右下角两点的坐标，对此影像进行裁剪。
2.5、正射遥感影像图和autoCaD图像的叠加
将在autoCaD中生成的方格网与正射校正后的影像数据在arcmap下进行叠加，由于两个数据的坐标是匹配的，所以可以叠加在一起，如图4。
图4十字丝和影像叠加图
2.6、地图整饰
在photoshop中将叠加后的影像数据进行整饰，使输出影像图更加美观，成果如图5。
图5正射遥感影像成果图
3.结论
本文系统的阐述了正射遥感影像图的制作流程、原理与方法，其中包括全色影像与多光谱影像融合，高分辨率遥感影像正射校正，正射影像数据重采样以及图像整饰。并结合某地区遥感影像图的制作实例和实验结果，对本文所阐述的方法加以验证。随着航摄技术、卫星技术的进一步发展，数字正射影像的原始数据来源越来越广，分辨率越来越高，同时，随着计算机技术和纠正算法的进一步完善，数字正射影像图这一产品会愈发完善，将会得到更多用户的认可和使用。
参考文献：
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[3]孙家.遥感原理与应用[m].武汉：武汉大学出版社，2009.6
遥感的基本原理篇6
1．1教材与教案
遥感课程的教材较多，其中《遥感导论》在内容上着重于遥感基本原理和方法的介绍，条理清楚，阐述准确，适合各类专业学生遥感基础理论;《遥感概论》内容安排合理，重视遥感科学的技术性和实践性;两部教材可结合使用，保证遥感知识的全面掌握。在教学过程中，统一制定一本教材，其他教材作为参考教材推荐给学生，同时将一些专业的遥感资讯网站推荐给学生，以便学生自学使用。教案在教材内容的基础上，补充教材以外最新的遥感前沿信息，并根据学生的专业补充遥感技术在该专业中的应用案例。动态更新的教案改变以往一成不变的教材教学，提高学生的专业应用能力。随着互联网资讯的飞速发展，在教学过程中，除了教材与教案，也会及时的推荐专业的资讯平台给学生，帮助学生更好地进行课后学习，提高学生的自学能力。
1．2教学内容
本科生应具备坚实的理论基础及较好的专业实践能力，因此应用遥感的教学内容包括理论教学和实践教学两部分。理论教学包括:遥感概论、遥感的物理基础、遥感技术原理及特点、遥感图像处理、遥感图像的目视解译和计算机解译、遥感应用和3S技术应用。理论教学过程中，在传统的理论知识讲解基础上，充分考虑学生的专业背景，尽量使用与学生专业相关的数据案例进行教学，以便提高学生的学习兴趣及知识的应用能力。实践教学包括:遥感图像处理软件的使用、遥感图像基本处理技术、遥感图像计算机分类以及遥感图像人机交互解译的应用实践。同样的，在实践教学部分，也是结合学生的专业背景，尽量使用与学生专业相关的数据;在实验环节上针对不同专业的同学设计与专业应用有关的实验步骤，争取让学生在实践教学过程中能够完整的进行一个与专业相关的遥感应用练习，提高学生的实际应用能力。
1．3教学方法
传统的遥感教学主要着重于课本的理论教学并辅以相应知识环节的操作练习，实践教学各环节主要对应理论知识点进行独立练习，缺乏系统完整的应用实践，更没有联系学生专业，做到与实践专业相结合的实践教学。应用遥感课程更注重与学生专业相结合的应用实践，因此在教学方法上进行了一系列的改革探索。理论教学分为课内和课外，课堂上以理论讲述结合实例讲解为主;重点问题以思考题的方式让学生在课外利用互联网资讯平台进行查阅思考，再在课堂上以讨论提问的形式将课外查阅信息和课本知识融会贯通，并增加遥感知识在其专业应用的课堂讨论，加深学生对知识的理解，同时提高学生的自学能力。实践教学根据学生的专业背景设计不同的实例应用操作，让学生在一个完整的遥感应用实例中进行遥感软件操作、遥感图像处理、遥感图像计算机分类以及遥感图像人机交互解译等练习。学习遥感技术的同时也学习了一个遥感应用项目是如何实现的。这样结合学生专业的实践教学不但提高了学生的学习兴趣，也增强了学生的动手能力，让学生能够将所学知识运用到自己的专业学习中，为毕业设计或将来就业奠定良好的专业技能。
2遥感技术应用能力的培养
2．1基础应用能力的培养
遥感的基础应用能力主要包括遥感图像处理软件的使用、遥感图像基本处理技术、遥感图像计算机分类以及遥感图像人机交互解译等遥感数据处理的基本技能，这一部分教学是不区分专业的，也是遥感课程要求学生必须掌握的知识技能。只是考虑到实践教学是针对不同专业的学生进行的完整的应用实例操作练习，因此在基础应用练习中所使用的数据会根据不同的学生专业有一定的针对性，也保证后续操作练习的连贯性。
2．2专业应用能力的培养
遥感的专业应用能力主要是在学生掌握了遥感基础应用技能的基础上，培养学生结合自身专业的遥感应用能力，也是遥感综合应用能力的一个提升。教学过程中，通过向学生介绍遥感在其专业中的应用实例，使学生理解遥感知识在其专业中的位置;也通过要求学生在课外查阅学习遥感在其专业中的应用案例，使学生扩大知识面，加深对遥感应用的专业认知;同时在学生课外自学的基础上进行遥感在其专业中应用案例的课堂讨论，让学生尝试运用所学知识设计或改进应用案例，提高学生的知识运用能力。实践教学部分，会在遥感基础应用操作练习的基础上，结合学生课外学习的反馈，制定对不同专业学生有针对性的遥感应用实例操作练习。如水土保持专业的基于遥感技术的水土流失监测，城市规划专业的城市绿地遥感调查分类，环境科学专业的水域分布变化监测，土地管理专业的土地详查及土地资源动态监测，草学专业的草地资源动态监测与估产等应用案例。通过针对性的遥感应用实践教学，增强了学生对理论知识的理解，也提高了学生遥感应用的动手能力。
3结语
遥感的基本原理篇7
关键词：HiS变换；遥感图像；融合处理
DoiDoi：10.11907/rjdk.151545
中图分类号：tp317.4
文献标识码：a文章编号：16727800（2015）006018603
基金项目基金项目：中国地质调查局基金项目（[2011]030176（1212011140087））
作者简介作者简介：张玲娟（1982-），女，陕西武功人，硕士，核工业二三研究所网络工程师，研究方向为计算机应用、信息化。
1遥感图像概述
遥感图像是遥感探测目标的信息载体，可以综合反映地理环境某一部分或某些地物的质、量和动态信息[1]。其中，高光谱遥感卫星图像以清晰度高、信息量丰富、准确、数据时效性强等特点[2]，为研究人员在环境恶劣、交通不便的沼泽地区、高海拔地区开展地质调查、勘探等工作提供了快速、可靠的数据源。
遥感图像包括地物的光谱特征、空间几何结构、时间特征3个方面的信息。地物的光谱特征信息表征了遥感图像的色调和色彩。空间几何结构信息量越丰富则表明图像具备越高的几何分辨率和越清晰的纹理细节。对于时间特征信息，在不同时相获取的遥感图像，其波谱特征和空间几何结构特征一般存在差异性。这3个方面特征的参数包括空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。通过遥感技术能够快速采集大范围数据、动态监测地物变化、综合反映地表信息，为地质信息提取、分析提供基础数据。相比传统方法，投入费用低，节约了成本，提高了效率，带来很好的经济效益和社会效益。遥感图像的种类较多，表1列出常用卫星的图像及其主要特性[3]。
目前，在地质矿产调查、资源环境分析、灾害监测等方面比较常用的遥感数据源有美国LanDSattm、etm+卫星图像。
其中，tm有7个波段，包含低频信息及特定光谱段的光谱信息，光谱分辨率高，价格比较便宜。一景tm图像约代表地面185×185km2的范围，tm的时间分辨率为16天，空间分辨率约30米（其中第6波段120m）。etm+有8个波段数据，一景图像面积和tm相同，etm+遥感器搭载两个不同分辨率的成像装置，可以获取多光谱波段及全色波段数据，其中第1～5、7波段分辨率为30m，第6波段分辨率60m，第8波段全色波段（pan）的分辨率15m[4]。etm+和tm的多光谱波段参数相同，在多光谱波段处理时可以相互参考和比较。tm/etm+图像主要参数及应用如表2所示。
2遥感图像解译处理方法
遥感图像解译处理是通过一系列的计算、转换、融合和分类等对遥感图像进行处理，以达到纠正图像畸变，丰富图像色调变化、增强图像地物信息，提高图像可视化效果和图像解译能力的一种图像数字处理技术[3]。它通常在光谱信息增强和空间信息增强两个方面对图像进行处理。对于地质调查中采用的遥感图像，处理时要尽量使原始图像的光谱信息不损失。因此，选择适当的图像处理方法，对遥感图像进行彩色合成、图像增强、图像校正、图像融合、特征信息提取等操作，可提高遥感图像的空间分辨率，增强目标特征，修补有缺陷的图像，从而达到更好地突出、识别目标地物，加强对地质解译的应用效果[5]。
遥感图像融合是通过复合多源遥感图像数据，将同一地区的不同遥感图像数据进行空间配准，并通过一定的算法结合各图像数据中的优势信息后，得到一幅包含信息量更加丰富的新图像[6]。融合可以消除多传感器信息之间可能存在的不同的空间分辨率、波谱分辨率和时间分辨率等问题，弥补单一遥感图像信息的不足，综合各遥感图像的优势，降低不确定性和多义性。融合后的图像信息更加清晰透明，提高了图像的分辨率和光谱特性，可以对目标地物进行比较全面、清晰、准确的表述[7]。进行融合处理的各类型遥感图像需要具备以下条件：融合图像的空间分辨率和光谱分辨率不同；融合的图像属于同一地区；图像应可以精确配准；在不同时间获取图像内容变化不大，若内容变化较大，则用融合处理后的结果对观测地区进行更新。
在图像处理中，存在RGB空间和HiS空间两种彩色坐标系统（或称彩色空间）[8，9]。RGB彩色系统采用红（red）、绿（green）、蓝（blue）三原色进行描述的方案。通过对R、G、B三个分量的加运算实现颜色综合，适合于在工业领域或硬件设备色图像的显示和存储。HiS颜色系统采用亮度（intensity）、色调（hue）、饱和度（saturation）三个分量来进行描述，它是一种基于人眼视觉对彩色感知特征的颜色模型[10]。可以通过对HiS空间中3个相对独立的分量i，H，S进行控制来精确描述相应的颜色特征。
在遥感图像融合处理中，经常使用HiS变换，即通过RGB空间到HiS空间的变换，实现在HiS空间复合不同分辨率的数据，经过iHS变换后得到的图像不仅具有较高的空间分辨率，而且保留较多的光谱信息特性，提高了图像识别和解译的精度。将颜色从RGB空间变换到HiS颜色空间的HiS变换如式（1）所示。
图像融合的HiS变换基本原理是将图像空间中3个分量用其它图像的数据进行替换。即将一幅彩色图像的R、G、B成分分离成代表空间信息的i、H、S三个分量，通过调节分量i、H、S的值来获取各种各样的显示效果[11]。彩色图像的空间分辨率主要取决于i分量图像的空间分辨率，在明度i分量、色别H分量和饱和度S分量3个分量中，人眼对明度i分量的分辨率更为敏感。因此，根据HiS变换的原理和人眼的视觉性，HiS变换对不同分辨率遥感图像的融合效果较好。
3遥感图像HiS融合处理
本文在青海沱沱河1∶50000区域地质调查项目中使用tm、etm+遥感图像。由于项目工作区位于青藏高原乌兰乌拉湖地区可可西里无人区，为了获得更丰富的遥感信息，通过比较不同时相的信息差异，全面认识地质构造，更好地遥感解译地质编图。本次数据采集了两个时相的收集处理，两景数据的时相为：
本文采用的etm+图像数据包含在一景etm+遥感图（图景号139-36）范围内，除少部分高山区有常年积雪覆盖外，全区基本无云，清晰度较好，地质构造信息丰富，质量比较高。tm、etm+遥感图像包含多光谱波段及全色波段数据，光谱信息十分丰富。其中，tm图像为多通道图像，信息量十分丰富，光谱分辨率相对较高但空间分辨率较低（tml-5、7为30m，tm6为120m），而etm+的8波段是全色单波段图像，该图像包含的地形地貌信息十分丰富。因此，将etm+8全色图像作为参考数据，将相同区域的多光谱图像与之进行匹配融合，使生成的遥感图像达到工作要求。
通过HiS变换方法进行遥感图像融合处理，将tm图像经过HiS变换生成H、i、S三个分量，再用i分量与etm+8图像进行配准生成新的i'分量，再经过HiS逆变换，就生成了融合的新图像。HiS变换步骤如下：
第一步：对图像进行几何校正、图像配准等预处理；
第二步：对多光谱图像应用HiS变换，得到i、H、S三个分量；
第三步：将高分辨率全色图像与多光谱图像的i分量图像进行几何配准等操作，生成新的亮度分量i'图像；
第四步：将第三步新生成的分量i'与原H分量、S分量图像进行HiS逆变换，得到融合图像，该图像即为具有高空间分辨率和高光谱分辨率特征的彩色图像。基于HiS变换的图像融合流程如图1所示。
通过HiS变换处理，融合后的图像结合了二者的优势，既保留了tm图像丰富的光谱信息，又具有etm+（单色）图像较高的空间分辨率。生成具有高空间分辨率的多波段融合图像，在信息量和目视解译效果方面都有很大的改善，可以准确揭示多波段数据包含的各种地物信息。融合前后的参数信息及对比效果分别如图2、图3所示。
4结语
本文基于HiS方法对项目工作区的原始遥感图像进行解译处理，使生成的遥感图像能够突出显示工作区不同岩性地层、蚀变岩及硅质岩、浅色硅质岩石、硅化及其它蚀变等信息。尤其在岩石的基岩分布区和半的基岩风化区，可以较好地显示不同岩石地层的分布，并经过信息提取，为野外地质工作者进行项目地质构造分析、地层岩性解译及蚀变带分析提供了比较丰富的参考数据，对识别相关矿产信息和寻找各类矿产具有重要价值。
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遥感的基本原理篇8
关键词:高光谱分类提取投影寻踪
1高光谱遥感概述
高光谱遥感(HyperspectralRemoteSensing简称HRS)起步于80年代,发展于90年代,至今已解决了一系列重大的技术问题。它是光谱分辨率在10-2λ的光谱遥感,其光谱分辨率高达纳米(nm)数量级,具有波段数众多,连续性强的特点,其传感器在可见光到红外光的波长范围内(0.4μm～2.5μm)范围内以很窄的波段宽度(3～30nm)获得几百个波段的光谱信息,相当于产生了一条完整而连续的光谱曲线,光谱分辨率将达到5nm～10nm[1]。高光谱遥感数据的表现可以从以下三个方面来理解[2]:图像空间、光谱空间和特征空间。此外,随着高光谱遥感分辨率的增加,特征空间的维数很高,因而表现不同地物类别的能力也随之不断提高,这也是高光谱遥感之所以能够更精确识别地物的主要原因。
2高光谱遥感的应用
高光谱影像包含了丰富的地表空间、光谱和辐射的三重信息,它同时表现了地物的空间分布并获得了以像元为目标的地物光谱信息。高光谱遥感技术作为连接遥感数据处理、地面测量、光谱模型和应用的强有力工具,其显著特点是在特定光谱区域以高光谱分辨率同时获取连续的地物光谱影像,其超多波段信息使得根据混合光谱模型进行混合像元分解获取“子像元”或“最终光谱单元”信息的能力得到提高,使得遥感应用着重于在光谱维上进行空间信息展开,定量分析地球表层生物、物理、化学过程和参数,随着成像光谱技术的发展与成熟,遥感技术已经大大拓宽了其原来的应用领域,归纳起来主要包括以下几个方面[5]-[19]:1)在精准农业领域的应用(作物参数反演);2)在林业领域的应用(树种识别、森林生物参数填图、森林健康检测等);3)在水质检测领域的应用(反演水质参数);4)在大气污染检测领域的应用(气溶胶、二氧化氮等的检测与反演);5)生态环境检测领域的应用(检测生物多样性、土壤退化、植被重金属污染等);6)在地质调查领域的应用(矿物添图,岩层识别,矿产资源、油气能源探测等);7)在城市调查领域的应用(城市绿地调查、地物及人工目标识别)。
3高光谱遥感图像分类与信息提取
3.1遥感图像处理
遥感数字图像处理是以遥感数字图像为研究对象,综合运用地学分析、遥感图像处理、地理信息系统、模式识别与人工智能技术,实现地学专题信息的自动提取[18],要素分类与提取在图像处理过程中占有决定性的地位。遥感图像分类是统计模式识别技术在遥感领域中的具体应用,统计模式识别的关键是提取待识别模式的一组统计特征值,然后按照一定准则做出决策,从而对数字图像予以识别。其主要依据是地物的光谱特征,即地物电磁波辐射的多波段测量值,这些测量值可以用作遥感图像的原始特征值。
3.2高光谱遥感图像分类与提取
目前,高光谱遥感数据分析方法主要有两个方向[19]-[30]:第一是基于光谱空间的分析方法,其基本原理是化学分析领域常用的光谱分析技术;第二个方向是基于特征空间分析技术,该方向的基本思想是把组成光谱曲线的各光谱波段组成高维空间中的一个矢量,进而用空间统计分析的方法分析不同地物在特征空间中的分布规律。
3.2.1基于光谱空间的分析方法
高光谱遥感技术的最大特点就是:在地物的每一个像元处,可以得到一条连续的光谱曲线,所有的光谱曲线的集合则构成了光谱空间,不同的地物对应于光谱空间中的一条光谱曲线。因此,基于光谱空间的数据分析方法是高光谱数据分析的主要技术之一,其主要思想类似于化学上常用的光谱分析技术,主要是通过对光谱曲线进行特征分析,发现不同地物的光谱曲线变化特征,从而达到识别地物的目的。由于这种分析方法与地物的物理化学属性直接相关,因此可以方便地对分析结果进行物理解释:由于分析过程主要是针对一个像元的光谱曲线,因此,算法往往比较直观和简单。这些特点使得基于光谱空间的分析技术成为引人注目的一种技术,因而,近年来在这方面产生了许多实用的研究结果。
常用的分析方法包括:(1)光谱角填图法(Sam-Spectralanglemapping):又称光谱角度匹配法.是以实验室测得的标准光谱或从图像上提取的一直已知点的平均光谱为参考,求算图像中每个像元矢量(将像元n个波段的光谱响应作为n维空间的矢量与参考光谱矢量之间的广义夹角,根据夹角的大小来确定光谱间的相似程度,以达到识别地物的目的。(2)光谱解混技术(SpectralUnmixing):就是假设某一像元的光谱是由有限几种地物的光谱曲线按某种函数关系和比例混合而成,解混的目的就是通过某种分析和计算,估计出光谱混合方式和混合像元包含的光谱成分及相应比例。(3)光谱匹配滤波技术(matchedFilter):是通过部分光谱解混技术求解端元光谱丰度值的技术。由于前面介绍的线性光谱解混技术要求端元光谱足够完全,而实际上很难确定一幅待研究的高光谱图像所包含的全部端元光谱。匹配滤波技术则选定某些感兴趣的端元光谱的情况下,把未知的光谱归为背景光谱(Unknownbackground),最大化地突出已知端元光谱而同时尽可能抑制背景光谱,这种方法提供了一种快速探测指定地物种类的技术,而不必知道一幅图像中包含的全部端元光谱。(4)光谱特征匹配(SFF-SpectralFeatureFitting):根据电磁波理论,不同的物质有不同的光谱曲线。人们可以通过分析不同地物的光谱吸收表现,达到识别不同地物的目的。首先把反射光谱数据的吸收特征突出出来,然后用仅保留了吸收特征的光谱与参考端元光谱逐个波段进行最小二乘匹配,并计算出相应的均方根误差(RmS-RootmeanSquare),消除背景影响的方法主要是包络线法。
3.2.2基于特征空间的分类方法
前面介绍的基于光谱空间的分析方法主要是通过比较待分像元的光谱曲线与参考光谱的光谱曲线之间的相似程度来达到分类判别的目的。这种思想看起来很直观和理想,类似于人的指纹识别一样,每一个人都有不同的指纹,通过与指纹库中的指纹相比较就可以确定人的身份。然而,遥感问题却远远复杂得多,由于太阳辐射、大气、空间分辨率和光谱分辨率,观测噪声,及多种多样难以确定的因素的影响,很难测得所谓“纯”的光谱曲线。尽管有多种多样的光谱解混技术被提出,但多种因素的影响很难被充分估计出来,因而无论何种光谱分析技术都无法完全达到遥感图像辩识的要求。
另一种遥感图像地物辩识的思想则是从统计分布规律出发,在同一幅图像上,不同地物的光谱数据呈现不同的分布状态,比如不同均值和方差,通过分析这种统计分布规律而实现地物识别的技术就是基于特征空间的分类方法。遥感图像上的每个像元对应n个光谱波段反射值。假若把这几个波段值组成的n维矢量看作是n维欧几里德空间中的一个点,则称矢量X=(X1,X2,…,Xn)为像元的特征值,相应的n维欧几里德空间称为特征空间。在特征空间的意义上,遥感图像上的任一像元对应于特征空间中的一个点,因此,分类的方法可以从寻找像元在特征空间中的分布规律入手,也就是在特征空间中进行判别的问题。
常用的分析方法包括:(1)高斯最大似然分类器(mLC):是遥感分类的主要手段,其基本思想是,假设各类样本数据都是高斯分布(正态分布),判别准则为所属类别的分布密度最大。其分类器被认为是一种稳定性、鲁棒性好的分类器。但是,如果图像数据在特征空间中分布比较复杂、离散,或采集的训练样木不够充分、不具代表性,通过直接手段来估计最大似然函数的参数,就有可能造成与实际分布的较大偏差,导致分类结果精度下降。(2)基于Bayes准则的分类器:基于Bayes准则的判别函数是统计模式识别的参数方法,要求各类的先验概率p(ωi)和条件概率密度函数p(ωix)已知。p(ωi)通常根据各种先验知识给出或假设它们相等:p(ωix)则是首先确定其分布形式,然后利用训练样本估计其参数。一般假设为正态分布,或通过数学方法化为正态分布。其判别函数为:Di(X)=p(ωi)p(ωix),i=1,2,…,m。若Di(X)Dj(X)j=1,2,…,m,j≠i,则X为ωi类。判别函数集有多种导出形式,如最大后验概率准则、最小风险判决准则、最小错误概率准则、最小最大准则、neyman-pearson准则等,是依据不同的规则选择似然比的门限来实现的。(3)最小距离判别法:该方法是最直观的一种判别方法,假设在p维欧氏空间中,把c个不同的类别看成分布在空间中的不同位置,最小距离判别方法的思想就是,对待分类的样本,若与某一类的空间几何距离最近,则判别为属于此类。该方法的关键问题,一是如何定义空间距离;另一问题是,如何计算点到各类别的空间距离。(4)基于模糊集理论的判别分类方法:相邻波段影像间存在较大的相似性表明,它们的分类作用可以相互近似替代。因此,只需利用其中的一幅影像参加分类即可,其它与之相似的光谱波段都可被视为冗余波段。显然,要删除这些冗余光谱波段,应首先对原始波段集合中的光谱波段进行模糊等价划分,然后在每个模糊等价波段组中只选择一个光谱波段(或进行线性融合)。(5)基于人工神经网络的分类法:通过建立统一框架,实现对影像的视觉识别和并行推理,是近年来发展起来的综合数据分类方法之一。其目标是利用人工神经网络技术的并行分布式知识处理手段,以遥感影像为处理对象,建立基于人工神经网络的遥感影像分类专家系统。(6)支持向量机(SupportVectormachine)分类方法:支持向量机是一种建立在统计学习理论基础之上的机器学习方法。其最大的特点是根据Vapnik的结构风险最小化原则,尽量提高学习机的泛化能力,即由有限的训练样本集得到小的误差能够保证对独立的测试集保持小的误差。另外,由于支持向量算法是一个凸优化问题,局部最优解也是全局最优解,这是其它学习算法所不及的。以上介绍了几种分类方法,事实上,随着各学科的发展和交叉影响,基于特征空间的分析方法有许多新的进展。
4高光谱遥感数据分类存在的问题
随着光谱分辨率的提高,高光谱遥感能够提供对地物识别更充分的信息,对基于特征空间的分类而言,理论上说,随着特征空间维数的增加,分类精度将会越来越精确,但实际问题并非如此简单。综合以上高维空间的几何特征和统计特性[31]-[36],可以得出这样的结论:基于统计理论的参数估计若在原始高维空间进行,则需相当庞大的训练样本数才能得到比较满意的估计精度,非参数估计方法所需的样本数量更是不可想象。此外,原始高维数据空间的正态分布特性更是难以保证,而正态分布是许多参数估计方法的基础。因此,高光谱遥感分类的表现并未如人们所期望的那样简单,具体来说,在不讨论客观因素的情况下,影响高光谱遥感分类精度的主要因素主要是以下几条:
(1)训练样本数量问题:根据Hughes的研究结果[37],随着特征空间维数的增加,类别可分性提高,但由于遥感中常用的监督分类方法首先要估计样本的分布函数,或分布函数中的一些参数,随着空间维数的增加,待估参数的个数急剧增加,在训练样本数量一定的条件下,导致分类精度在特征空间的维数增加到一定数量后,反而会随着维数的增加而下降。
(2)特征空间的组成:前一个问题导致基于特征空间的分析方法通常不能在原始空间中直接进行,必须对原始波段空间进行降维预处理,得到一个保持了原始空间全局和局部特征结构的低维空间,然后在低维子空间中进行分类判别。
(3)分类器的选择。
(4)类别可分性:类别可分性是数据集固有的一种性质,是由客观条件造就的数据集内在结构,由于客观因素的影响,待分辨的类别之间可区分的程度会有很大的差异,数据集的这种内在的可分离程度对分类精度的高低有着至关重要的影响。
5结语
过去几十年高光谱遥感已经在各方面有了很大的应用,高光谱技术从遥感的角度提供了大尺度获取地面光谱数据的手段,为人们宏观分类识别地物提供了基础。但是人们在获取大量高光谱图像数据的同时,也面临着如何最大程度地利用这些海量数据的难题,关于高光谱分类与信息提取的技术,虽然取得了一些进展,但是从总体上仍落后于传感器的发展,因此对于高光谱分类与信息提取还有很大的空间值得去研究。
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遥感的基本原理篇9
遥感作为采集地球数据及变化信息的重要技术手段，广泛应用于土地管理、城市建设、林业、环境、农业等各个部门，各高校的GiS专业都将其作为重要的必修课列入了教学计划。遥感应用研究的基础是需要根据地学应用的目的来建立一定的遥感信息的处理和分析模型，获得能反映地球区域分异规律和地学发展过程的有效信息，而地学遥感就是遥感与地学各学科应用之间的一个接口，它既是遥感应用基础研究的重点，也是遥感技术发展的前沿。
《地学遥感》是遥感与地学交叉的边缘科学，是应用遥感的理论、方法和技术，应用遥感数据源，实现复杂地学问题的快捷、方便、省时和省力解决的一门课程。该课程是遥感科学与技术专业、地理信息系统专业等本科专业的一门重要专业课程。开设该课程的主要目的是巩固、深化学生遥感基础理论知识，学习掌握遥感地学分析的基本原理、方法及模型构建，学习遥感技术在各主要地学领域的应用方法，使学生从遥感的角度认识地理过程和规律。为了实现上述教学目的，对课程的教学方法与手段、实验环节及考核方式等都要进行积极的探索。
二、教学模式探讨
2.1教学方法
遥感技术是一门应用型技术，它所应用的领域众多，而且遥感的许多理论及知识在现实生活中可以找到与之相对应的现象与实例。《地学遥感》课程是在学习过遥感相关原理、方法等基础知识的基础上开设的，在基础理论知识这块主要以巩固和深化为主，因此在教学过程中不是简单的重复式教学，不能以灌输的方式再将学过的知识讲解一遍。教学中可以把经典理论知识与案例相融合，将有针对性的案例展示给学生，并采用问题驱动式教学，把案例中涉及的理论知识由浅入深、循序渐进的以问题形式引出，再由学生自行思考、讨论，利用所学基本理论对案例所呈现的现象和问题进行分析和解释，最后由教师对学生的回答给出解释和总结，从而达到巩固和加深基础理论知识的目的。因此在课程该部分内容的学习中，可根据教师或者学校其他研究团队在这些领域中的研究，加入一项专题地学分析学习，将实际的科研工作情况融入到课堂教学中，用实例让学生更直观深刻的理解在这些领域中，各种地学分析方法是如何应用的，应用后能够得到什么样的结果，这些结果有什么样的作用以及如何指导实际的工作。案例应用在授课当中所起的效果很明显，学生可以更好的理解所讲内容，并能和实际应用结合起来，相辅相成。
2.2实验环节
实验环节是对理论环节的检验和锻炼，也是教学过程中使学生真正掌握并较好运用所学知识的重要组成部分。实践教学是《地学遥感》课程的重要组成部分，对于整个课程内容的串联和实际应用起着至关重要的作用。目前实验课中普遍存在的问题是，教师发给学生实验指导书并讲解其操作方法，大多数学生并不清楚实验的原理及目的，只是依葫芦画瓢，按照实验指导书的步骤逐步操作完成。但完成实验后，却对所做实验及上机内容一知半解，甚至几日便丢到脑后。如此一来，实验课的意义不复存在。
因此，每个实验，以及实验当中每一个步骤，其原理是什么，该实验可以解决什么问题，实验当中的每个步骤有何作用，每个步骤是如何操作的，有没有其他的方法或步骤也可以解决相同的问题等等；这些是本课程的实验重点，务必让学生清楚并理解透彻。在此基础上，学生进一步进行实验操作，这样便可对所做实验形成一个清晰的概念，也可以更好地学会如何解决实际问题。
实验环节作为理论环节的补充，二者需紧密结合，环环相扣。实验项目的设置需与理论教学内容相对应，二者相辅相成。传统的课程实验是将实验割裂开来，针对不同章节的内容设置多个小实验、单独完成、单独撰写实验报告，这样的实验模式会使学生很难形成解决一个具体问题的整体思路，知识的连贯性不够，运用遥感知识解决问题的能力不能得到很好提升。因此该课程的实验应改变这种传统的独立小实验模式，将实践内容设计成一个完整的项目形式。所谓项目式就是由教师根据科研项目情?r及数据可能的获取情况，确定相关选题，选题以能够包含主要的学习内容和知识点、执行一个完整的遥感数据分析流程、能够在有限时间内实现为原则。学生则分成多个小组，自由选择感兴趣的题目，小组成员共同讨论选题实现的思路和方法，通过分工合作完成实验内容，最后各自独立撰写一份完整的项目实验报告。这种实验方式能更多的调动学生参与的积极性，能在一定程度上提高学生分析问题、解决问题的能力，培养团结协作的意识，此外也能体现出知识的连贯性和实用性。
2.3多元化考核方式
考核是衡量学生对一门课程知识掌握情况的一种方法。然而，学生中平时不努力，考前临时突击的情况普遍存在，这与考核方式有较大的关系。有效的考核方式能够减少这种现象的存在。
首先，增加考核的内容，除了期末考试之外，平时成绩应占较大比重。本课程的平时成绩由出勤率、听讲、回答问题、分组演示、上机实习5个环节构成。其次，在期末考试中，重点考核学生对知识的理解，以及应用知识解决问题的能力，该部分题型占总分的80%。这样，学生只是临考前死记硬背是无法通过的，这也提升了学生上课听讲的专注度。
遥感的基本原理篇10
关键词：水工环地质勘察；地质工作；遥感技术；应用分析
在现代化社会经济发展的过程中，水工环地质勘察工作有着十分重要的意义，它不仅可以对相关的水工环地质信息进行全面的分析，还有助于人们对水工环地质环境的了解。而且随着科学技术的不断进步，人们也将许多新型的技术手段应用到其中，从而使得地质工作的质量得到有效的提高。
一、水工环地质工作的现状
近年来，在我国相关部门为了提高地质工作的质量和效益，人们也将许多先进的科学技术和管理制度应用到其中，从而满足现代化地质工作的相关要求，有效的解决了传统管理方法在实际运用中存在的问题。不过，从当前我国水工环地质工作的实际情况来看，由于不同的地区其政治管理制度不一样，因此这就使得人们在水工环地质勘测工作中，无法对其进行很好的处理。为此，我们还要在不断的实践过程中，将一些先进的科学技术引入到其中，进而对其进行相应的优化处理。
二、水工环地质勘察技术的应用范围
自改革开发以来，我国的社会主义市场经济虽然得到了飞速的发展，但是也消耗了大量的自然资源，这不仅对人们的生活有着一定的影响，还对自然生态环境造成了严重的破坏，一次我们就要采用相应的管理技术来对其进行处理，从而保障人与自然的和谐共处，为我国社会主义和谐社会的建设打下了扎实的基础。而水工环地质勘测技术的应用，主要是为了对水工环领域的相关数据信息进行调查，对水资源进行科学合理的控制调节。
水工环地质勘察工作在实际应用的过程中，不仅可以对城市化经济和生态系统进行有效的调节，还有利于对水资源进行合理的利用，从而保障人们的正常生活的生产。目前人们为了使得水工环地质勘察的应用效果得到进一步的提升，人们也将许多先进的科学理论应用到其中，这样就提高了地质工作的综合性和系统性，满足现代化水工环地质勘察工作的相关要求。另外在对水工环地质勘察过程中，对其应用范围的确定，也可以有效的提高地质工作的质量和效益。
三、水工环地质勘察中遥感技术的应用
目前我们在水工地质勘察工作中，遥感技术的应用不仅有效的提高了水工环地质勘察的质量，还有利于人们对相关信息数据的采集，从而使得满足地质工程的相关要求。而且随着社会的地步发展，人们为了使得遥感技术在水工环地质工作中的应用效果得到进一步的提高，也将许多先进的科学技术应用到其中，这就使得遥感技术在水工环地质勘察中的工作性能得到很好的保障。
GpSRtK技术在水工环地质中的应用情况，使得节省了时间提高了效率；（1）GpS技术的基本原理GpS卫星定位的基本原理是将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一个卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由3个以上地面已知点（控制站）交会出卫星的位置，反之利用3颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置用户使用GpS接收机在某一时刻同时接收3颗以上的GpS卫星信号，测量出测站点（接收机天线中心）到3颗以上GpS卫星的距离，并解算出该时刻GpS卫星的窄间坐标，据此利用交会法解算出测站点的位置实时动态测量的基本工作方法是，在基准站上安置l台GpS接收机，对所有可见GpS卫星进行连续的观测，并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站（流动站）在流动站上，GpS接收机在接收GpS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据和转换参数，然后根据GpS相对定位的原理，即时解算出相埘基准站的基线向量，解算出基准站的wGS一84坐标；再通过预设的wGS一84坐标系与地方坐标系的转换参数，实时地计算并显示出用户需要的三维坐标及精度；（2）RtK的基本原理：RtK技术采用差分GpS位置差分伪距差分相位差分3类中的相位差分这3类差分方式都是由基准站发送改正数，由流动站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果RtK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于流动站上，基准站和流动站同时接收同一时间相同GpS卫星发射的信号，将基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GpS差分改正值，然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传送给流动站，以求得流动站较准确的实时位置流动站可处于静止或运动状态数据采集与处理：90年代初，GpS资料由单点采集过渡到连续采集使GpS技术的应用向前迈了一大步地震资料处理的方式基本适用于GpS资料的处理为了更好地将石油地震的先连技术：进到GpS领域。
遥感技术的运用帮助人类实现了从外层空间观测地球的序幕，在帮助人类认识国土开发资源研究灾害等方面提供了很多帮助从遥感应用范围的发展来看，首先是在宏观普查和动态监测方面进行应用的，后来逐渐发展到生态环境调查污染监测等方面通过二十多年的试验，遥感技术已经成为各种自然资源调查环境动态监测等不可或缺的地理空间信息获取的手段随着空间技术的进步，遥感图像的空间分辨率光谱分辨率不断提高，遥感技术的应用已经发展成为包括遥感地理信息系统和全球定位技术等在内的一个应用系统.并且已经广泛应用到国民经济社会发展当中，水工环地质调查与灾害监测评估方面也开始运用遥感技术传感器技术与计算机技术日新月异的变化，以及地理信息系统全球定位系统等高新技术的发展，都促使遥感图像应用技术的发展也加快了脚步遥感信息应用技术在经历了单一波段到多源的组合分析，通过应用模型进行多源综合分析，知道产生各种资源与环境要素专题图等例如，建设部通过对tmiRS等影像融合护具对北京广东惠州市等多个城市的绿化进行了调查与分析，为评选国家园林城市提供了客观的统计数据
四、结束语
总而言之，在当前我国水工环地质勘察工作中，人们为了使其工作质量和效益得到进一步的提高，也将许多先进的科学技术应用到其中，这样不仅为人们提供了准确的信息数据，还保障了地质工作的质量。其中遥感技术的应用，就使得地质工作的质量得到有效的提高，满足了现代化社会经济发展的相关要求，促进我国社会经济的可持续发展。■
参考文献