高校遙感本科實驗室建設的思考與實踐

周紀++李世華++張旭

摘 要：遙感本科實驗室是培育遙感相關專業本科人才的重要平臺，強調理論與實際應用的充分結合。以電子科技大學資源與環境學院新建的環境遙感實驗室為例，闡述了其建設的指導方針、總體思路和規劃以及具體實驗項目的設計與開發。從本科教學、本科創新訓練與畢業設計、教師新實驗項目開發等角度，介紹了該實驗室建設的實踐成效。通過分享該實驗室建設的思考與實踐，以期為國內相關高校的遙感本科實驗室建設提供參考。

關鍵詞：遙感 實驗室建設 本科 思考 實踐

中圖分類號：G6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（c）-0133-04

Reflection and Practice on Constructing the Laboratory for Undergraduate Education of Remote Sensing

ZHOU Ji LI Shihua ZHANG Xu

（School of Resources and Environment， Center for Information Geoscience， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu Sichuan，611731， China）

Abstract： Laboratory is an extremely important platform for undergraduate education of remote sensing. Because of the characteristics of remote sensing， both theories teaching and applications are required by a laboratory for undergraduate education of remote sensing. By selecting the laboratory for environmental remote sensing as a case， this paper describes the principles for constructing this laboratory and the detailed designed experiments. Furthermore， results for this laboratory are presented from four aspects， including the teaching of undergraduate courses， innovative training for undergraduate students， works on the bachelor theses， and the newly designed experiments by teachers. With the shared reflections and practices on this laboratory， lessons can be learned by other universities.

Key words： Remote sensing； Laboratory construction； Undergraduate education； Teflection； Practice

遙感技術是空間信息技術的重要組成部分之一，目前各國都把發展遙感技術作為搶占未來科技制高點的國家戰略。隨著衛星及其應用產業納入國家戰略性新興產業體系，以及高分辨率對地觀測系統等國家重大專項的持續推進和新的應用領域不斷興起，遙感信息產業未來將保持高速增長[1]。目前，遙感技術已被廣泛應用于防災減災、資源探測、環境、國土、農林業和水利等眾多行業，并在相關領域取得了重要成果。

遙感實驗是獲取實測數據、強化方法應用、實踐遙感理論、發展遙感技術的重要基礎手段，對于大學本科期間相關遙感課程的學習具有舉足輕重的作用。遙感本科實驗室主要面向地理信息科學、遙感科學與技術、空間信息與數字技術及相關本科專業的遙感基礎理論實踐和遙感應用分析等的專業人才培養。該類實驗室強調理論與實際應用相結合，通過開展遙感圖像判讀、數據采集、分析和應用等，增強學生對遙感知識的專業理論實踐理解和應用分析能力，為測繪、國土、資源、環境、農林業、水利、減災及氣象氣候等行業提供高技術專業人才[2-5]。該文以電子科技大學面向空間信息與數字技術、環境工程等專業本科教學建設的環境遙感本科實驗室為例，介紹對該實驗室建設的思考和實踐成效，以期為國內相關高校的遙感本科實驗室建設提供參考。

1 建設背景

電子科技大學資源與環境學院于2012年1月成立。學院成立初期有空間信息與數字技術、環境工程（按環境信息技術方向培養）兩個本科專業，2015年新增地球信息科學與技術專業。為滿足空間信息與數字技術等專業的教學，在學校的大力支持下，學院于2013年啟動“環境遙感實驗室”“地理空間信息工程實驗室”和“環境工程實驗室”的規劃與建設工作。其中，環境遙感實驗室主要依托于學院在遙感方向的專業人才隊伍。

2 建設思路與規劃

2.1 建設目標與總體思路

環境遙感實驗室定位為學院遙感本科教學的理論與應用中心和實現培養空間信息與數字技術、環境工程實用型專業人才戰略目標的重要支撐。實驗室建設目標為較為先進的環境遙感教學實驗平臺、配置較為齊全的實驗儀器，滿足空間信息與數字技術、環境工程等專業的教學實驗，直接支撐本科課程《空間信息導論》《遙感原理》《資源環境遙感》《數字圖像處理》和《遙感綜合實驗》等的開展，使得學生在環境遙感實驗室開設的實驗項目中得到充分的實踐鍛煉。同時，實驗室還將服務于本科畢業設計和創新訓練項目，增強學生理論聯系實際和實踐動手能力。除該學院的相關專業外，實驗室還將為本校電子工程、通信和航空航天等空間信息應用專業提供環境遙感實驗平臺。

根據學校本科實驗室建設的總體規劃，環境遙感實驗室主要分2013年3—12月、2013年9—12月兩期建設。綜合考慮遙感類課程教學的需要、學校的電子通信學科背景和特色以及學校的經費投入，實驗室第一期建設的指導方針為“涵蓋基礎理論、涉及重點領域、滿足信息處理”，第二期建設的指導方針為“補充基礎理論、增加重點領域、支撐信息處理”。其中，本科階段遙感類課程涉及的主要基礎理論知識點是地物反射、發射輻射理論，應用領域知識點則包括遙感在植被、土壤、大氣、水環境等的應用，遙感信息處理知識點包括影像顯示、預處理、增強和分類等。圖1為環境遙感實驗室的總體建設思路。

2.2 實驗設計

環境遙感實驗室建設之前，空間信息與數字技術、環境工程的本科教學中，與遙感緊密相關的課程實驗僅有“土地利用遙感調查”。該實驗依托于《遙感原理》，共10學時。為加強對學生實踐能力的培養，在本實驗室第一期建設中，共設計了6個實驗，分別如下。

實驗1：遙感圖像處理與專題信息提取。主要內容：遙感圖像處理軟件的使用方法、遙感圖像判讀與土地利用現狀調查方法等。共28學時。依托于《數字圖像處理》和《空間信息導論》。

實驗2：地物反射光譜采集與處理。主要內容：典型地物的光譜測量方法及其反射光譜特征分析。共8學時。依托于《遙感綜合實驗》。

實驗3：地物輻射參數采集與處理。主要內容：典型地物紅外輻射特征測量方法、相關熱輻射儀器的定標方法等。共8學時。依托于《遙感綜合實驗》。

實驗4：植被參數遙感采集與處理。主要內容：植被參數野外測量、植被參數的遙感建模及分析方法等。共8學時。依托于《遙感原理》和《資源環境遙感》。

實驗5：土壤環境參數采集與處理。主要內容：土壤環境參數的采集與分析方法、土壤含水量的測定方法、土壤各層真實溫度的采集方法等。共6學時。依托于《遙感綜合實驗》。

實驗6：大氣環境參數采集與處理。主要內容：近地面大氣環境參數、氣象因子觀測方法。共6學時。依托于《遙感綜合實驗》。

第二期建設中，共設計了兩個實驗，分別如下。

實驗1：水環境參數采集與處理。主要內容：水質采集測量方法、水質參數遙感建模及分析方法等。共16學時。依托于《遙感綜合實驗》和環境工程專業相關課程。

實驗2：地球物理參數采集與處理。主要內容：地表主要地球物理參數的采集與分析方法，包括反照率等。共12學時。依托于《遙感綜合實驗》。

2.3 儀器設備購置

根據環境遙感實驗室建設中設計的8個教學實驗，規劃購置的主要實驗儀器設備（含專業軟件）包括ENVI/IDL軟件（含擴展模塊）1套、地物光譜儀2套、植物冠層分析儀1套、葉綠素儀3套、激光測距測高儀3套、電子天平3套、在線固定式測溫儀3套、黑體輻射源1臺、手持式測溫儀4套、烘箱1臺、土壤水分監測儀3套、氣象輻射站1套、多參數水質監測儀1套、土壤溫濕度自動監測系統2套、植物冠層分析儀1套、臺式計算機10臺等。學校共投入經費約128萬元。

3 實踐成效

3.1 本科教學

環境遙感實驗室遵循“邊建設、邊使用；邊實踐、邊總結”的思路，于2013年秋季學期即投入本科教學。至2013年12月，環境遙感實驗室第一期、第二期建設基本完成，并順利通過學校組織的驗收。利用已購置儀器，2013—2014學年秋季學期和2014—2015學年秋季學期，依托《遙感綜合實驗》課程，開設了32個學時的實驗課程，參與學生分別為28人、21人，實驗內容涵蓋了上述大部分實驗項目。2013—2014學年夏季學期依托《數字圖像處理》課程，開設了相關實驗，參與學生數為50人。2014—2015學年秋季學期依托《資源環境遙感》課程，開設了10個學時的實驗課程，參與學生為24人。圖2為《遙感綜合實驗》課程學生室外實驗照片。

3.2 本科創新訓練與畢業設計

除支撐課堂教學外，本科實驗室的其他重要職責還包括支撐本科創新訓練、畢業設計等。截至2016年，該實驗室已支撐了多名學生的本科畢業設計，如“基于ASTER數據的成都平原土壤水分反演”“基于MODIS EVI-Ts特征空間的土壤水分反演”“基于MODIS數據的中國西南地區干旱時空特征分析”“建筑表面溫度的日變化特征及其影響因子分析”“校園水環境水質測量及其光譜特征分析”“土壤濕度對土壤剖面溫度與表面溫度的影響分析”等。還支持了本科生的本科創新訓練項目“基于MODIS數據的中國西南干旱時空特征分析”“我國多云霧地區地表溫度時間序列構建與應用”“針對AMSR-E地表溫度的驗證與評價研究”“基于三維激光點云數據的園林植被立體實測建模”“校園水體顆粒污染監測研究”等的開展。通過參與上述工作，學生得到了充分鍛煉，一方面增強了對遙感的興趣；另一方面促進了對課堂教學內容的理解。

3.3 教師新實驗項目開發

在學校“新實驗建設專項”的支持下，空間信息與數字技術專業教師也依托于本實驗室，不斷設計與開發新實驗項目，如“植被葉面積指數測量及遙感反演”“基于Matlab的RS圖像處理方法設計”“地物反射、輻射測量與遙感波段匹配實驗”“基于三維激光掃描的空間地物建模”“典型地物熱紅外圖像采集與處理實驗”“典型地物方向反射/發射特征觀測與分析實驗”等。所開發的新實驗項目，也陸續應用到本科課程教學中，并實現對實驗室原有實驗項目的更新升級。

3.4 實驗室管理規章制度建設

為保證實驗室的有序運行，該實驗室由專人管理，并相繼形成了《環境遙感實驗室設備目錄》《環境遙感實驗室管理制度》《環境遙感實驗室儀器管理制度》《環境遙感實驗室儀器借用登記表》等規章制度和文檔材料，做到儀器設備的有序、規范化管理。從3年的運行效果來看，實驗室儀器使用率合理，實驗室儀器設備目錄、儀器介紹、儀器設備管理制度和儀器借用都有嚴格規范管理和相應記錄文檔，未出現儀器設備事故。

4 結語

環境遙感實驗室自2013年開始建設，同年底初步建成，至今已運行三年，較好地支撐了《空間信息導論》《遙感原理》《資源環境遙感》《數字圖像處理》和《遙感綜合實驗》等課程的教學以及本科生的本科畢業設計、創新訓練等，達到了預期的目標。此外，部分設備還支撐了研究生的教學和教師的科研工作。環境遙感實驗室作為學院遙感本科教學的理論與應用中心，成為我校培養空間信息與數字技術、環境工程等專業人才戰略目標的重要支撐。下一階段將根據電子科技大學的學科背景，開展實驗室在“遙感+信息”融合方面的探索，并支撐《遙感原理》等融合課程的建設。

參考文獻

[1] 張曼倩.中國遙感發展四十年，如何在下一個路口搶占先機[J].衛星應用，2016（9）：33-36.

[2] 陳文波.非遙感專業課程教學面臨的問題與解決途徑. 實驗科學與技術，2016，14（4）：117-120.

[3] 曾永年，譚柳霞，王慧敏.我國高校遙感科學與技術專業現狀分析[J].測繪科學，2016，41（5）：168-172.

[4] 夏志業，劉志紅.“互聯網+”背景下高校遙感專業理論與實踐教學改革探討[J].科教導刊，2016（6）：129-130.

[5] 劉麗娟，李登秋，董毅光.通過主題式學習激發學生遙感類課程的自主學習能力[J].科技創新導報，2016（14）：161-162.