史曉亮

（1.西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710054）

遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)GIS軟件應(yīng)用實習(xí)探討

史曉亮1

（1.西安科技大學(xué) 測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710054）

GIS軟件應(yīng)用實習(xí)對學(xué)生加深GIS理論的認(rèn)識和理解、提高利用GIS解決實際應(yīng)用問題的能力有重要作用。針對遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，從實習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容設(shè)計、組織和考核方式3個方面探討了GIS軟件應(yīng)用實習(xí)，提高實習(xí)效果。

遙感科學(xué)與技術(shù)；GIS軟件應(yīng)用實習(xí)；實習(xí)目標(biāo)；內(nèi)容設(shè)計

遙感技術(shù)能夠大面積反復(fù)獲取同一地區(qū)的影像信息，具有宏觀、綜合、動態(tài)、快速的特點，目前已形成了多傳感器、多平臺、多種分辨率共同發(fā)展且互為補充的局面。作為信息獲取與更新的重要技術(shù)手段，遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于測繪、氣象、海洋、農(nóng)林、交通等眾多領(lǐng)域[1]。根據(jù)測繪學(xué)科與相鄰學(xué)科相互滲透、相互融合、相互交叉的發(fā)展特點，教育部于2002年批準(zhǔn)設(shè)置了遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，截至2011年，包括武漢大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、長安大學(xué)、首都師范大學(xué)等20多所高校先后開設(shè)了該專業(yè)，以培養(yǎng)具備遙感技術(shù)理論知識和專業(yè)技能的人才[3]。

GIS是對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)，可以為遙感提供有用的輔助信息和分析手段。因此，在各高校遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系設(shè)置中，《GIS原理》都被作為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生建立空間信息獲取、處理、分析和應(yīng)用結(jié)構(gòu)框架的重要基礎(chǔ)[4]。

西安科技大學(xué)測繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院也在2013年開設(shè)了遙感科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)，在課程體系設(shè)置中，把《GIS原理》課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，并開設(shè)了為期2 周的 GIS軟件應(yīng)用實習(xí)。本文結(jié)合教學(xué)實習(xí)過程中的經(jīng)驗，從實習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容設(shè)計、實習(xí)組織和考核等環(huán)節(jié)來探討遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的GIS軟件應(yīng)用實習(xí)。

1 GIS軟件應(yīng)用實習(xí)目標(biāo)

《GIS原理》是一門技術(shù)性、綜合性很強的基礎(chǔ)課，由于理論教學(xué)內(nèi)容多、抽象，學(xué)生很難較好地理解和掌握其中內(nèi)容[5]，需要通過實習(xí)來彌補理論教學(xué)的不足，這是《GIS原理》教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和解決問題能力最有效的方法。我校GIS軟件應(yīng)用實習(xí)的目標(biāo)有：

1）《GIS原理》課程的實驗一般是按章節(jié)進行上機練習(xí)，實驗內(nèi)容比較雜亂，實驗數(shù)據(jù)和操作步驟瑣碎，不成體系。因此，希望通過開展GIS軟件應(yīng)用的集中實習(xí)，結(jié)合遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)特點，以基于遙感的土地利用/覆被數(shù)據(jù)的編輯處理和分析輸出為主要目標(biāo)，使學(xué)生系統(tǒng)理解利用GIS進行空間數(shù)據(jù)采集、處理、分析和顯示輸出的過程，鞏固和加深對GIS理論的認(rèn)識和理解，提高實踐操作能力。

2）培養(yǎng)學(xué)生在實習(xí)過程中嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、準(zhǔn)確的作風(fēng)和態(tài)度，強化邏輯思維訓(xùn)練，鍛煉學(xué)生在實踐中靈活運用所學(xué)知識獨立解決問題的能力。

2 GIS軟件應(yīng)用實習(xí)內(nèi)容設(shè)計

實踐教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計不僅要使學(xué)生掌握專業(yè)理論技術(shù)，還需要隨著學(xué)科專業(yè)的發(fā)展，將科學(xué)研究中的新技術(shù)、新方法引入到實踐教學(xué)中，使學(xué)生直接面對科研和生產(chǎn)中的實際問題[6]。因此，實驗內(nèi)容的設(shè)計是GIS軟件應(yīng)用實習(xí)的核心環(huán)節(jié)，對于提高實習(xí)效果有重要作用。

目前遙感專業(yè)“GIS軟件應(yīng)用實習(xí)”的教學(xué)形式都集中在上機操作，內(nèi)容包括軟件基礎(chǔ)知識、空間數(shù)據(jù)的錄入及編輯、空間數(shù)據(jù)分析、空間數(shù)據(jù)顯示與地圖編制等[4]，大多采用不同的數(shù)據(jù)源分模塊進行，內(nèi)容簡單孤立，缺乏連貫性，不成體系。土地利用變化/覆被監(jiān)測是遙感技術(shù)的主要應(yīng)用方向之一，因此將利用GIS軟件進行土地利用變化/覆被分析作為遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)GIS軟件應(yīng)用實習(xí)的主要內(nèi)容，有利于學(xué)生更好地運用GIS軟件解決遙感應(yīng)用問題。

2.1 實驗軟件與數(shù)據(jù)源

實驗軟件采用ESRI公司的ArcGIS 10.0，數(shù)據(jù)源為我國境內(nèi)5種土地覆蓋綜合數(shù)據(jù)集，包括：

1）GLC2000，歐盟聯(lián)合研究中心（JRC）空間應(yīng)用技術(shù)研究所開發(fā)的2000年全球土地覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品，中國部分由中科院遙感所承擔(dān)。

2）IGBPDIS，由IGBP（國際地圈生物圈計劃）-DIS（數(shù)據(jù)與信息系統(tǒng)）支持的基于AVHRR遙感數(shù)據(jù)的全球土地覆蓋數(shù)據(jù)中國子集。

3）MoDIS，MoDIS土地覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品，中國區(qū)域土地覆蓋數(shù)據(jù)由全球覆蓋數(shù)據(jù)直接裁剪得到。

4）UMD，由美國馬里蘭大學(xué)建設(shè)的基于AVHRR數(shù)據(jù)的全球土地覆蓋數(shù)據(jù)中國子集。

5）WESTDC，WESTDC中國區(qū)域土地覆蓋數(shù)據(jù)是在中國科學(xué)院1∶100 000按縣分幅的土地資源調(diào)查成果基礎(chǔ)上進行合并、矢柵轉(zhuǎn)換，最后得到的全國土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品，采用中科院資源環(huán)境分類系統(tǒng)。

這些是我國目前精度最高的土地利用數(shù)據(jù)產(chǎn)品，已經(jīng)在國家土地資源調(diào)查、水文、生態(tài)等研究方面發(fā)揮著重要作用[7]。以上數(shù)據(jù)來源于國家自然科學(xué)基金委員會“中國西部環(huán)境與生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)中心”。

2.2 實驗內(nèi)容

結(jié)合遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點，為提高學(xué)生利用GIS技術(shù)分析解決問題的能力，本次實習(xí)以土地利用/覆被遙感監(jiān)測為主，設(shè)計了以下實習(xí)內(nèi)容。

1）分類系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。由于上述5種土地利用數(shù)據(jù)集采用了不同的土地利用分類系統(tǒng)，不能直接比較分析，所以要求學(xué)生將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的分類體系下[8]。該項實習(xí)內(nèi)容可以提高學(xué)生對土地利用/覆被遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)的認(rèn)識，掌握柵格數(shù)據(jù)處理的基本方法。

2）土地利用類型面積統(tǒng)計分析。將原始土地利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量格式，然后統(tǒng)計不同土地利用類型的面積。并以WESTDC土地覆蓋數(shù)據(jù)為參照，對土地利用數(shù)據(jù)集進行分析。通過該項實習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生深化理解矢量和柵格數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特點，以及矢柵數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和統(tǒng)計分析方法。

3）土地利用數(shù)據(jù)更新。以2000年的WESTDC土地利用/覆被數(shù)據(jù)作為本底數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學(xué)生下載最新的Landsat 8 oLI遙感影像，利用目視解譯提取兩個時段土地利用類型發(fā)生變化的圖斑，獲取土地利用動態(tài)數(shù)據(jù)，通過更新處理得到最新的土地利用/覆被數(shù)據(jù)。本項實習(xí)可鍛煉學(xué)生對遙感影像的目視解譯能力，掌握矢量數(shù)據(jù)編輯處理方法。

4）專題地圖編制。以更新后土地利用數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，編制土地利用分布圖，掌握專題地圖編制方法。

3 實習(xí)組織與考核

所有學(xué)生可以自由分組，每組6～8人，設(shè)1個組長，負(fù)責(zé)本組的考勤以及小組成員間實習(xí)任務(wù)的分工、組織和協(xié)調(diào)等，各小組采用不同的研究區(qū)范圍。實習(xí)期間，要求學(xué)生每天撰寫實習(xí)日志，總結(jié)當(dāng)天的實習(xí)內(nèi)容、完成進度以及個人在實習(xí)過程中遇到的問題。分組制實習(xí)模式既增強了學(xué)生的積極性，又培養(yǎng)了學(xué)生的團隊協(xié)作精神。

實習(xí)結(jié)束后，要求每位學(xué)生提交實習(xí)報告，報告內(nèi)容包括實習(xí)的實現(xiàn)過程、結(jié)果分析、心得體會，并單獨提交過程數(shù)據(jù)。結(jié)合報告和過程數(shù)據(jù)，從以下幾個方面對GIS軟件應(yīng)用實習(xí)進行考核。

1）土地利用分類系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，考查學(xué)生對柵格數(shù)據(jù)進行裁切、重新分類操作的準(zhǔn)確性。

2）土地利用類型面積統(tǒng)計分析，考查學(xué)生對于數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、面積計算統(tǒng)計的操作，以及不同土地利用數(shù)據(jù)集精度分析的準(zhǔn)確性和深度。

3）土地利用數(shù)據(jù)更新，考查學(xué)生對遙感影像目視解譯的準(zhǔn)確性，以及矢量數(shù)據(jù)幾何編輯、拓?fù)錂z查等數(shù)據(jù)處理能力。

4）專題地圖制圖，考查學(xué)生制圖的規(guī)范性，內(nèi)容包括比例尺、圖例、指北針等基本制圖要素，以及地圖的符號表示、注記，同時考慮地圖版面設(shè)計是否合理和美觀。

根據(jù)以上考核內(nèi)容，對學(xué)生提交的實習(xí)報告和過程數(shù)據(jù)進行檢查，結(jié)合學(xué)生的實習(xí)紀(jì)律和態(tài)度，綜合評定實習(xí)成績。

4 結(jié) 語

本文結(jié)合遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點，從實習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容設(shè)計、組織和考核方法3個方面探討了遙感專業(yè)GIS軟件應(yīng)用實習(xí)的教學(xué)方法，教學(xué)效果良好。根據(jù)學(xué)生的實習(xí)日志反映，本次實習(xí)加深了對課堂所學(xué)理論知識的認(rèn)識，實習(xí)內(nèi)容相互銜接，對GIS的體系結(jié)構(gòu)有更深刻的理解。但是目前的實習(xí)還存在內(nèi)容固定、對于培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用GIS軟件解決實際問題的能力鍛煉不夠的問題，需進一步完善和擴展。

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1672-4623（2016）08-0098-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.08.033

史曉亮，博士，講師，主要從事資源環(huán)境遙感方面的教學(xué)和研究工作

2015-05-22。

項目來源：國家自然科學(xué)基金資助項目（51409204）。