周紀(jì)++李世華++張旭

摘 要：遙感本科實(shí)驗(yàn)室是培育遙感相關(guān)專業(yè)本科人才的重要平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際應(yīng)用的充分結(jié)合。以電子科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院新建的環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室為例，闡述了其建設(shè)的指導(dǎo)方針、總體思路和規(guī)劃以及具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開發(fā)。從本科教學(xué)、本科創(chuàng)新訓(xùn)練與畢業(yè)設(shè)計(jì)、教師新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)等角度，介紹了該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的實(shí)踐成效。通過分享該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思考與實(shí)踐，以期為國內(nèi)相關(guān)高校的遙感本科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：遙感 實(shí)驗(yàn)室建設(shè) 本科 思考 實(shí)踐

中圖分類號：G6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shù)是空間信息技術(shù)的重要組成部分之一，目前各國都把發(fā)展遙感技術(shù)作為搶占未來科技制高點(diǎn)的國家戰(zhàn)略。隨著衛(wèi)星及其應(yīng)用產(chǎn)業(yè)納入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)體系，以及高分辨率對地觀測系統(tǒng)等國家重大專項(xiàng)的持續(xù)推進(jìn)和新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷興起，遙感信息產(chǎn)業(yè)未來將保持高速增長[1]。目前，遙感技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)、資源探測、環(huán)境、國土、農(nóng)林業(yè)和水利等眾多行業(yè)，并在相關(guān)領(lǐng)域取得了重要成果。

遙感實(shí)驗(yàn)是獲取實(shí)測數(shù)據(jù)、強(qiáng)化方法應(yīng)用、實(shí)踐遙感理論、發(fā)展遙感技術(shù)的重要基礎(chǔ)手段，對于大學(xué)本科期間相關(guān)遙感課程的學(xué)習(xí)具有舉足輕重的作用。遙感本科實(shí)驗(yàn)室主要面向地理信息科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)、空間信息與數(shù)字技術(shù)及相關(guān)本科專業(yè)的遙感基礎(chǔ)理論實(shí)踐和遙感應(yīng)用分析等的專業(yè)人才培養(yǎng)。該類實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過開展遙感圖像判讀、數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)用等，增強(qiáng)學(xué)生對遙感知識(shí)的專業(yè)理論實(shí)踐理解和應(yīng)用分析能力，為測繪、國土、資源、環(huán)境、農(nóng)林業(yè)、水利、減災(zāi)及氣象氣候等行業(yè)提供高技術(shù)專業(yè)人才[2-5]。該文以電子科技大學(xué)面向空間信息與數(shù)字技術(shù)、環(huán)境工程等專業(yè)本科教學(xué)建設(shè)的環(huán)境遙感本科實(shí)驗(yàn)室為例，介紹對該實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思考和實(shí)踐成效，以期為國內(nèi)相關(guān)高校的遙感本科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供參考。

1 建設(shè)背景

電子科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院于2012年1月成立。學(xué)院成立初期有空間信息與數(shù)字技術(shù)、環(huán)境工程（按環(huán)境信息技術(shù)方向培養(yǎng)）兩個(gè)本科專業(yè)，2015年新增地球信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。為滿足空間信息與數(shù)字技術(shù)等專業(yè)的教學(xué)，在學(xué)校的大力支持下，學(xué)院于2013年啟動(dòng)“環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室”“地理空間信息工程實(shí)驗(yàn)室”和“環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室”的規(guī)劃與建設(shè)工作。其中，環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室主要依托于學(xué)院在遙感方向的專業(yè)人才隊(duì)伍。

2 建設(shè)思路與規(guī)劃

2.1 建設(shè)目標(biāo)與總體思路

環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室定位為學(xué)院遙感本科教學(xué)的理論與應(yīng)用中心和實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)空間信息與數(shù)字技術(shù)、環(huán)境工程實(shí)用型專業(yè)人才戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支撐。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)目標(biāo)為較為先進(jìn)的環(huán)境遙感教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、配置較為齊全的實(shí)驗(yàn)儀器，滿足空間信息與數(shù)字技術(shù)、環(huán)境工程等專業(yè)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，直接支撐本科課程《空間信息導(dǎo)論》《遙感原理》《資源環(huán)境遙感》《數(shù)字圖像處理》和《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》等的開展，使得學(xué)生在環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中得到充分的實(shí)踐鍛煉。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還將服務(wù)于本科畢業(yè)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)踐動(dòng)手能力。除該學(xué)院的相關(guān)專業(yè)外，實(shí)驗(yàn)室還將為本校電子工程、通信和航空航天等空間信息應(yīng)用專業(yè)提供環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

根據(jù)學(xué)校本科實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的總體規(guī)劃，環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室主要分2013年3—12月、2013年9—12月兩期建設(shè)。綜合考慮遙感類課程教學(xué)的需要、學(xué)校的電子通信學(xué)科背景和特色以及學(xué)校的經(jīng)費(fèi)投入，實(shí)驗(yàn)室第一期建設(shè)的指導(dǎo)方針為“涵蓋基礎(chǔ)理論、涉及重點(diǎn)領(lǐng)域、滿足信息處理”，第二期建設(shè)的指導(dǎo)方針為“補(bǔ)充基礎(chǔ)理論、增加重點(diǎn)領(lǐng)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(chǔ)理論知識(shí)點(diǎn)是地物反射、發(fā)射輻射理論，應(yīng)用領(lǐng)域知識(shí)點(diǎn)則包括遙感在植被、土壤、大氣、水環(huán)境等的應(yīng)用，遙感信息處理知識(shí)點(diǎn)包括影像顯示、預(yù)處理、增強(qiáng)和分類等。圖1為環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室的總體建設(shè)思路。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室建設(shè)之前，空間信息與數(shù)字技術(shù)、環(huán)境工程的本科教學(xué)中，與遙感緊密相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn)僅有“土地利用遙感調(diào)查”。該實(shí)驗(yàn)依托于《遙感原理》，共10學(xué)時(shí)。為加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在本實(shí)驗(yàn)室第一期建設(shè)中，共設(shè)計(jì)了6個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別如下。

實(shí)驗(yàn)1：遙感圖像處理與專題信息提取。主要內(nèi)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(xiàn)狀調(diào)查方法等。共28學(xué)時(shí)。依托于《數(shù)字圖像處理》和《空間信息導(dǎo)論》。

實(shí)驗(yàn)2：地物反射光譜采集與處理。主要內(nèi)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(xué)時(shí)。依托于《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》。

實(shí)驗(yàn)3：地物輻射參數(shù)采集與處理。主要內(nèi)容：典型地物紅外輻射特征測量方法、相關(guān)熱輻射儀器的定標(biāo)方法等。共8學(xué)時(shí)。依托于《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》。

實(shí)驗(yàn)4：植被參數(shù)遙感采集與處理。主要內(nèi)容：植被參數(shù)野外測量、植被參數(shù)的遙感建模及分析方法等。共8學(xué)時(shí)。依托于《遙感原理》和《資源環(huán)境遙感》。

實(shí)驗(yàn)5：土壤環(huán)境參數(shù)采集與處理。主要內(nèi)容：土壤環(huán)境參數(shù)的采集與分析方法、土壤含水量的測定方法、土壤各層真實(shí)溫度的采集方法等。共6學(xué)時(shí)。依托于《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》。

實(shí)驗(yàn)6：大氣環(huán)境參數(shù)采集與處理。主要內(nèi)容：近地面大氣環(huán)境參數(shù)、氣象因子觀測方法。共6學(xué)時(shí)。依托于《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》。

第二期建設(shè)中，共設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，分別如下。

實(shí)驗(yàn)1：水環(huán)境參數(shù)采集與處理。主要內(nèi)容：水質(zhì)采集測量方法、水質(zhì)參數(shù)遙感建模及分析方法等。共16學(xué)時(shí)。依托于《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》和環(huán)境工程專業(yè)相關(guān)課程。

實(shí)驗(yàn)2：地球物理參數(shù)采集與處理。主要內(nèi)容：地表主要地球物理參數(shù)的采集與分析方法，包括反照率等。共12學(xué)時(shí)。依托于《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》。

2.3 儀器設(shè)備購置

根據(jù)環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中設(shè)計(jì)的8個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，規(guī)劃購置的主要實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備（含專業(yè)軟件）包括ENVI/IDL軟件（含擴(kuò)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(tái)、手持式測溫儀4套、烘箱1臺(tái)、土壤水分監(jiān)測儀3套、氣象輻射站1套、多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀1套、土壤溫濕度自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)2套、植物冠層分析儀1套、臺(tái)式計(jì)算機(jī)10臺(tái)等。學(xué)校共投入經(jīng)費(fèi)約128萬元。

3 實(shí)踐成效

3.1 本科教學(xué)

環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室遵循“邊建設(shè)、邊使用；邊實(shí)踐、邊總結(jié)”的思路，于2013年秋季學(xué)期即投入本科教學(xué)。至2013年12月，環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室第一期、第二期建設(shè)基本完成，并順利通過學(xué)校組織的驗(yàn)收。利用已購置儀器，2013—2014學(xué)年秋季學(xué)期和2014—2015學(xué)年秋季學(xué)期，依托《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》課程，開設(shè)了32個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，參與學(xué)生分別為28人、21人，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋了上述大部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2013—2014學(xué)年夏季學(xué)期依托《數(shù)字圖像處理》課程，開設(shè)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)，參與學(xué)生數(shù)為50人。2014—2015學(xué)年秋季學(xué)期依托《資源環(huán)境遙感》課程，開設(shè)了10個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，參與學(xué)生為24人。圖2為《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》課程學(xué)生室外實(shí)驗(yàn)照片。

3.2 本科創(chuàng)新訓(xùn)練與畢業(yè)設(shè)計(jì)

除支撐課堂教學(xué)外，本科實(shí)驗(yàn)室的其他重要職責(zé)還包括支撐本科創(chuàng)新訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。截至2016年，該實(shí)驗(yàn)室已支撐了多名學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，如“基于ASTER數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的中國西南地區(qū)干旱時(shí)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(huán)境水質(zhì)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(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目“基于MODIS數(shù)據(jù)的中國西南干旱時(shí)空特征分析”“我國多云霧地區(qū)地表溫度時(shí)間序列構(gòu)建與應(yīng)用”“針對AMSR-E地表溫度的驗(yàn)證與評價(jià)研究”“基于三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的園林植被立體實(shí)測建?！薄靶@水體顆粒污染監(jiān)測研究”等的開展。通過參與上述工作，學(xué)生得到了充分鍛煉，一方面增強(qiáng)了對遙感的興趣；另一方面促進(jìn)了對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。

3.3 教師新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開發(fā)

在學(xué)校“新實(shí)驗(yàn)建設(shè)專項(xiàng)”的支持下，空間信息與數(shù)字技術(shù)專業(yè)教師也依托于本實(shí)驗(yàn)室，不斷設(shè)計(jì)與開發(fā)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如“植被葉面積指數(shù)測量及遙感反演”“基于Matlab的RS圖像處理方法設(shè)計(jì)”“地物反射、輻射測量與遙感波段匹配實(shí)驗(yàn)”“基于三維激光掃描的空間地物建?！薄暗湫偷匚餆峒t外圖像采集與處理實(shí)驗(yàn)”“典型地物方向反射/發(fā)射特征觀測與分析實(shí)驗(yàn)”等。所開發(fā)的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也陸續(xù)應(yīng)用到本科課程教學(xué)中，并實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新升級。

3.4 實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)章制度建設(shè)

為保證實(shí)驗(yàn)室的有序運(yùn)行，該實(shí)驗(yàn)室由專人管理，并相繼形成了《環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室設(shè)備目錄》《環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室管理制度》《環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室儀器管理制度》《環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室儀器借用登記表》等規(guī)章制度和文檔材料，做到儀器設(shè)備的有序、規(guī)范化管理。從3年的運(yùn)行效果來看，實(shí)驗(yàn)室儀器使用率合理，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備目錄、儀器介紹、儀器設(shè)備管理制度和儀器借用都有嚴(yán)格規(guī)范管理和相應(yīng)記錄文檔，未出現(xiàn)儀器設(shè)備事故。

4 結(jié)語

環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室自2013年開始建設(shè)，同年底初步建成，至今已運(yùn)行三年，較好地支撐了《空間信息導(dǎo)論》《遙感原理》《資源環(huán)境遙感》《數(shù)字圖像處理》和《遙感綜合實(shí)驗(yàn)》等課程的教學(xué)以及本科生的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新訓(xùn)練等，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。此外，部分設(shè)備還支撐了研究生的教學(xué)和教師的科研工作。環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)院遙感本科教學(xué)的理論與應(yīng)用中心，成為我校培養(yǎng)空間信息與數(shù)字技術(shù)、環(huán)境工程等專業(yè)人才戰(zhàn)略目標(biāo)的重要支撐。下一階段將根據(jù)電子科技大學(xué)的學(xué)科背景，開展實(shí)驗(yàn)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(shè)。

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