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1.1RS技術在水資源保護方面的應用
一是常規水污染監測。通常情況下,當水體遭受污染時,其本身的顏色、透明度、密度以及溫度等指標均會發生一定程度的變化,由此會直接導致水體反射率變化,這種變化在遙感圖像上會呈現出形態、色調、紋理以及灰階等特征的差別。為此,可以應用遙感圖像對水體污染源、污染范圍、濃度、面積等進行識別,同時借助遙感數據還能對水體污染進行跟蹤監測。當水體出現熱污染時,受污染區域內的水溫會高于其它水體,此時,可應用熱紅外影像對水體溫度進行反演,借此來識別污染源、范圍、面積等信息,進而監測污染情況。二是突發性水污染監測。目前,很多流域的水資源常常會出現突發性水污染問題,為確保飲用水安全,可在突發性水污染出現后,利用小型飛機或是衛星等遙感影像數據,對污染過程進行追蹤,為污染物攔截排放方案的制定提供依據。
1.2RS技術在水文水資源調查中的應用
(1)降水量監測。通過遙感資料能夠獲取降水的空間分布特征,這種方法適用于一些雨量監測站或是雷達觀測站比較稀少的地區。目前,可用于估算降水量的遙感信息源主要包括雷達、氣象衛星以及航空飛機等等,其中雷達常被用于短時期局部地方價降雨量的預測預報,而氣象衛星則可對大范圍降雨進行估算。雷達是微波遙感的重要組成部分之一,其主要是利用大氣層中的降水粒子對電磁波的吸收與散射作用,再通過對回波信號的處理,從而確定出降水粒子的后向散射能量,最后借助計算機便可計算出實時降雨量。在某些特殊的情況下,雷達很難對數據進行有效數據,如云層較厚,此時可將雷達與衛星兩種測量方法進行結合,由此便可對降雨量進行測定。
(2)蒸發量監測。這是一種借助物理方法對地表能量與質量轉化進行勘測的手段。近年來,隨著RS技術在水文水資源領域中的廣泛應用,使得蒸發量的估算日趨成熟。在對蒸發量進行計算的過程中,可借助全遙感信息模型。例如,在對某水域的水資源進行調查中,可以利用ERDASIMAGINE8.7系統中的幾何計算模型,確定檢查點的誤差,并借助野外采點數據,在地圖上選點后,用數字化儀對控制點坐標進行采集。
(3)地下水觀測。在水位勘測的過程中,地下水觀測是一個相對比較復雜的環節,由于各種因素的影響,觀測數據結果的準確性不高。而RS技術的出現使這一問題獲得了有效解決,應用該技術可通過對地表植被和地形地貌等特征,間接獲得地下水的勘測數據。雖然采用RS技術對地下水進行勘測時,無法直接觀測到地下水,但是地下水反映在地表植被上的信息卻能夠借助遙感圖像進行破譯,由此便可獲得相應的水文信息。
1.3RS技術在洪澇災害評估中的應用
洪澇災害是自然災害中波及范圍較廣、危害性較大的災害之一,由此造成的直接和間接損失非常巨大。應用RS技術能夠對洪澇災害進行實時動態監測,從而可以準確確定出洪水的淹沒范圍和面積,為災害的控制工作提供了可靠的依據。隨著RS技術的不斷完善以及新數據源的出現,使該技術在洪澇災害監測方面取得了一些進展。如有些業內人士應用RS與GIS技術,并以Radarsat影像為數據源,對我國淮河水情進行了實時監測,在較短的時間內對內澇區和淹沒區的災情進行了評估。
1.4RS技術在土壤水分及旱情監測中的應用
所謂的土壤水分具體是指土壤自身的濕度或是土體當中的含水量,它是地表水與地下水的連接紐帶,一旦土壤水分大量流失,便會引起干旱。現階段,很多專家學者都將研究的重點放在了RS技術在土壤水分與旱情監測中的應用上,并提出了多種土壤水分的監測方法,依據遙感光譜波段,可將監測方法分為兩大類:
(1)光學遙感。主要是指利用可見光、近紅外、熱紅外對土壤水分進行監測。此類監測方法的算法較多,常用且比較成熟的有熱慣量法、植被指數法、作物缺水指數法等等。
(2)微波遙感。由于微波本身對云層具有較強的穿透力,并且不會受到光照條件的限制,最為重要的是長波段的微波可以穿透植被并對土壤有一定的穿透能力。所以,可利用微波遙感對土壤水分進行監測。在實際應用中,微波遙感分為兩種方式,一種是被動式,即通過微波輻射計獲取土壤的亮溫溫度,在借助相應的模型反演土壤水分;另一種是主動式,即借助土壤本身的介點特性與含水量的關系對土壤水分進行監測。
1.5RS技術在水域解譯中的應用
為水域解譯的具體流程。由于水資源本身具有低反射率與較強的紅外波譜吸收特性,故此在遙感衛星影像當中,其特征更加明顯。表物解譯結果。
2.結論
論文摘 要:現代信息技術在水文領域中的應用不斷完善和發展,特別是在最近幾年之中,ann技術、3s技術與水文模型的整合研究的發展,有助于開創水文研究的新領域。本文主要通過對rs、ann、gis、gps等技術的研究,從防汛抗旱、水文預報、保護水環境生態、水土保持這四個方面,闡述了現代信息技術在水文領域的應用
rs技術在水文領域中的應用分析
遙感技術,即rs技術廣泛應用于對旱情的檢測與評估、檢測水質、監測和評價土壤侵蝕和洪澇災害等水文領域之中,取得了明顯的經濟效益。在洪澇災害之中經常會使用遙感技術。緊急救災、災后重建和快速反應是遙感技術應用集中的主要方面。例如,我國早在80年代就利用了mss數據檢測到了三江平原的洪澇災害。之后民政局、中科院和水利部門都進行了相關的研究工作,在實踐之中取得了顯著的成效。遙感技術可以大幅度的減少洪澇災害的損失,尤其是在災后重建等當面,與其他普通手段相比具有全面性、客觀性和快捷性的優勢。遙感技術評估在災害的監測評估方面也有了顯著的發展。通過對土壤表面發射的電磁能量來測量估計土壤的濕度,再加上實測數據的支持,可以實現對旱情的遙感監測。同時還可以通過對作物的長勢、地表溫度的監測來監測旱情。通過了解不同地域的具體情況,建立針對它們的具體模型。我國目前建立在遙感技術基礎之上的監測模型包括熱慣量模型、作物缺水指數模型、植被指數模型和植被地表溫度空間模型、氣象模型、水文模型和微波模型等。使用遙感技術可以更快速和更低廉的獲取大面積土壤的水分信息。因為監測模型的簡繁程度有很大差異,所以遙感技術的使用范圍和使用精度也有不同。我國目前已經建立了初步的旱情遙感技術監測體系,在一些試點地區獲得了顯著的成效。遙感技術在水質監測之中也有很大的作用。運用遙感監測技術,可以動態的監測地表水質在時間和空間上參數的變化情況,具體表現在對濕地的評價、和測定水質參數等方面。遙感技術在水質監測方面的應用已經開始在實踐生產之中使用,隨著它在水質監測領域的地位更加重要,它的發展也不斷完善。
gps技術在水文領域中的應用分析
全球衛星定位系統,即gps技術,具有自動化、高效率、精確度高、全天候的優點,成功應用于工程測量、航空攝影、資源勘測、地球動力學、大地測量、水文領域之中,取得巨大的社會效益和經濟效益。水利信息與空間地理位置有很大的關系,gps可以更準確的獲取水利信息的空間位置,可以運用在減災防汛和水下地形測量等方面。使用全球衛星定位技術,可以及時準確的定位災害的發生地點,尤其是在使用了無線通話功能之后,實現了雙向的通話功能,使指揮中心和災害現場能夠自由及時的對象,方便二者進行溝通,對緊急情況做出應急反應。以往在汛期來臨時,在大堤上排查險情,在發現了險情隱患之后,通過對講機向指揮部門匯報,耽誤了搶險時間,而且無法準確的描述出險情發生的位置。一旦報警系統上運用了gps技術,能夠在第一時間將災害的發生地點和災害類別傳送到指揮中心,可以對險情做出有效的反應。在運送搶險物資的車輛中,安裝gps監控系統,編碼后的汽車可以將其定位信息傳送到指揮中心,指揮中心在接受到定位信號之后,可以將移動的船只和車輛的位置在地圖上動態的顯示出來。再配合電子地圖,例如公路交通圖、水系分配圖、居民區分布圖、物資倉庫分布圖等,利用網絡的分析功能,可以將搶險物資以更快捷的方式送入受災群眾手中。而水下地形的測量在水庫、港口、碼頭和橋梁的建設之中起著很大的作用,尤其是在減災防洪的過程之中,會帶來巨大的社會效益。
3 gis技術在水文領域中的應用分析
地理信息系統,即gis,是在計算機軟件和硬件系統的支持下的特定的空間信息系統,可以采集地球表層的相關地理分布數據,同時對數據進行儲存、運算、分析、管理、描述和顯示。我國目前的地理信息系統已經廣泛的使用在減災防汛、水土保持、水環境等水文領域。在減災防汛的領域之中,gis技術可以預測預報城市的積水和退水狀況、管理更新現有的排水設施情況、對排水設施進行設計和規劃。規劃城市綠地的面積和位置。分析暴雨的空間特征、對積水街道和暴雨的分布進行可視化的顯示、儲存具有分辨率高、層次多、更新頻率快的數據,并對數據進行維護和管理。地理信息系統在再請評估方面也有很大的作用,例如管理基礎背景數據、查詢空間和屬性數據、對數據進行統計、顯示和檢索。gis技術在水土保持之中的應用十分全面。主要包括判斷是否發生土壤侵蝕、土壤侵蝕的程度劃分、計算土壤侵蝕量、評價水土保持的效益、泥沙輸移的狀況、預測和模擬土壤的侵蝕過程等。在水土保持之中往往直接使用gis作為建立模型的平臺,這是與gis在其他領域的使用中最大的區別。遙感技術、地理信息技術和全球衛星定位系統,即3s技術的集成使用為空間信息的管理、分析、應用、更新、獲取和存儲等方面提供了技術支撐。使用rs技術采集圖像信息,使用gps技術提供主要的位置信息,最后使用gis使用一些技術手段,例如分析應用和圖像處理等。將這三個技術緊密的結合起來,可以提供精確的數據資料的文本資料,可以通過動態電子地圖的使用查看不同水文領域的信息,同時可以借助人工神經網絡的實施,對洪峰流量、降水等水文要素進行科學、合理的分析,為減災防汛提供科學的依據。
4 ann技術在水文領域中的應用分析
ann技術,即人工神經網絡技術,是使用數學方法對自然神經或人腦進行模擬和抽象,是一種模仿人腦結構的信息處理系統。在水文領域,ann技術主要可以進行洪水的預報和降雨流量預報等。人工神經網絡技術具有適應能力強、計算速度快和自主學習能力強的功能。首先對輸入條件和輸出條件進行分析。輸入條件包括降雨歷時、降雨量、降雨過程、河道基流等。輸出條件包括出口段面的流量信息。輸入層、輸出層和隱層這三個部分一起構成了降雨徑流的預報模型。防洪的非工程性措施是洪水預報,做出及時的洪水預報可以幫助相關部門制定準確可行的防洪決策。ann技術在水文預報方面的作用主要通過實測資料,使用神經元的模擬關系,模擬影響洪水的其他因素和洪水之間的關系。
5 結語
總之,現代化的信息技術支持可以促進水文信息化建設,本文講述的rs技術、gis技術、gps技術和ann技術都在水文領域之中得到了廣泛的使用。隨著社會主義現代化進程的不斷加快,國家過度重視信息的基礎設施建設,使水文技術和現代信息技術共同發展。
參考資料:
[1] 陳潔.遙感和水問題 [m].北京:人民水利水電出版社,2005,40,47.
近幾年來,隨著國家級國土、農、林及地理國情普查工作的相聚開展,航天、航空、無人機遙感技術日益被人們所認識,相關企事業單位對攝影測量與遙感相關技術的人才需求日益擴大。然而,遙感技術方法體系較為復雜,涉及數學、計算機、信息科學、物理學、地理學等多種學科,在國內開辦有攝影測量與遙感專業的高效并不多,在校時間較短的高職高專院校開辦此專業的院校就更為少見。一方面是社會對此專業人才的急需,另一方面則難以有效培養高質量的、能夠快速從事攝影測量與遙感基礎工作的學生,解決這一矛盾的關鍵是如何制定門檻較低,直接面向行業應用需求的專業人才培養方案和教學課程體系。
根據高職教育培養高素質技能型人才的目標,高職攝影測量與遙感技術專業培養掌握攝影測量與遙感技術專業必需的基礎理論和基本技能,能夠從事攝影測量與遙感相關應用領域的高級技術應用性專門人才。近幾年來,針對高職院校攝影測量與遙感技術的人才培養方案和專業教學計劃也得到了一些教育學者們的研究。例如,[1]和[2]分別在對比了學科型專科與高職專科,本科與高職高專的區別的基礎上,提出了平衡理論與實踐教學的攝影測量與遙感技術專業人才培養模式與專業課程體系。[3]探討了高職攝影測量與遙感技術專業實訓教學課程開發的一些問題。國內開辦有攝影測量與遙感技術專業的幾所高職院校也各有側重設置了專業論文與實踐性課程[4-5]。這里與云南國土資源職業學院攝影測量與遙感技術專業為例,探討新時期攝影測量與遙感技術專業的課程體系設置,為其他學校相關專業課程體系的建設提供可借鑒的設計思路。
1 培養目標與就業面向
攝影測量與遙感技術專業面向資源勘查與測繪行業,培養德、智、體、美全面發展,具備良好的職業道德和科學文化素養,掌握必備的攝影測量與遙感理論、方法和技術基本知識,具有像片控制測量、像片調繪、空三加密、影像立體測圖、遙感數據處理、遙感數據解譯與分析等熟練的專業能力,能夠勝任航空攝影測量內業成圖、內業加密、外業調繪、外業控制測量、遙感數據處理與制圖等專業崗位的高技能應用型人才。學生畢業后,可在能在地質、城市、礦山、資源、環境、電力、水利、交通、農業、林業等領域從事4D數據產品生產、地理國情要素采集方面的專業技術及管理工作。
2 專業理論課程
經過專業定位與崗位群論證、對校企合作企業及其他相關企事業單位的進行調研,列出主要工作任務,確定典型工作任務,分析完成典型工作任務必須具備的職業能力,將行動領域轉化為學習領域,劃分出4門專業核心課程。
在已經開發出4門專業學習領域課程的基礎上,專業學習領域課程教師和專業基礎學習領域課程教師共同對所服務的典型工作任務進行匯總分析,找出共同需要的基礎能力和基礎知識。與更接近工作崗位真實工作任務的專業學習領域課程不同,專業基礎學習領域課程服務于鍛煉基礎能力、學習基礎知識的學習性任務。為此,設計了5門專業基礎課程。
3 專業實訓課程
除設置上述理實一體課程外,還設置了《攝影測量與控制測量綜合實訓》、《多源異構遙感數據處理綜合實訓》、《遙感圖像調繪與解譯綜合實習》、《頂崗實習》四門純實踐課程。
4 專業選修課
在完成專業課程學習的基礎上,根據攝影測量與遙感應用技術其它相關工作所需要的能力,目前開發了12門專業選修課,即《三維地形建模與仿真》、《GIS空間分析技術》、《近景攝影測量技術》、《城市遙感》《地質遙感》、《土地信息系統》、《虛擬現實技術》、《多源異構空間數據整合與處理》、《空間數據庫技術》、《圖形圖像處理》、《三維實體建模技術》、《專業英語》。
關鍵詞: 土地調查; 土地測繪;應用
Abstract:With the rapid development of information technology, our country city mapping technology has made make a spurt of progress in the development of.Modern Gaoke technology such as GPS technology, RS technology, GIS technology, informatization of new mapping technology will be widely used in engineering surveying and mapping work in our country, and to play its leading role.The author of this article on land survey process to make a brief analysis, and display of modern surveying and mapping technology in land investigation, for reference only.
Key word:
Land survey land surveying and mapping; application
中圖分類號:P2文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012
前言
傳統的測繪技術存在著更新困難、精度低、效率低等缺點,而隨著測繪技術的進步,現代測繪可以通過全球定位系統、“3S”集成技術、遙感技術等新技術手段,做到高精度測量,
因而能順利地完成土地調查并能夠保證土地開發的質量和效果,所以將現代化的測繪方法運用到土地調查當中,是維護土地市場秩序、順應社會發展的必然要求。現代化的測繪方法充分運用現代的科學技術,具有高度的靈活性、準確性和快速性,被越來越廣泛地運用到土地調查當中。
一、土地調查的步驟分析
1.1 土地現狀的調查技術路線
土地現狀的調查技術流程有現場勘探、平面測量、修測、圖片編輯、建筑現狀研究、地籍管理信息的建立與完善等。測量的具體方式是將城鎮的地籍調查最終數據按照1:500的比例,對不斷變化的土地進行修測與補測,在這一過程中運用全站儀解析法進行測繪,將測點的具置明確標注在草圖上, 并通過相關軟件傳輸到電腦, 運用電腦繪圖軟件進行編輯。在調查過程中,利用數據庫技術及網絡技術,建立完整的土地調查體系。
1.2 土地現狀的分析技術路線
利用上述方法得出調查技術路線,利用統計學技術分析出待開發土地現狀的數據分布、 空間分布,并且通過土地的利用強度、土地的利用率、土地的利用結構等不同方面對即將開發的土地進行評價。土地利用強度是指單位面積土地的開發利用度,是和其他相關區域的比較結果,它既具有時間的可量性,又具有空間的可比性。土地現狀的分析可以讓土地的效應發揮到最大化,對于人類產生較大的效應,從經濟、環境、社會等角度都有較大的推動作用。
1.3 土地潛力的分析技術路線
在經歷過上述兩個總體步驟之后, 要進行土地的潛力分析。待開發土地的潛力分析通常采取單指標評價和綜合指標評價這兩種方法, 在土地功能與適宜程度方面進行調查, 采用測繪技術得到高精度的結果,將待開發土地以功能進行分區, 從多種角度反映出土地的實際功能,并且利用電子技術將土地的潛力展現出來。
二、現代化的測繪技術在土地測繪中的具體應用
2.1 全球定位系統
全球定位系統又稱GPS 技術,其具有精度高、靈活性好、速度快等顯著特點,通過提供的三維坐標讓土地調查者獲得空間數據,以達到空間定位的目的。GPS 技術與掌上電腦的結合,則給土地的野外調查提供了便利。將數碼的攝像頭與GPS集合到一起,運用到掌上電腦上,最終實現地形的測量的變更,解決變更區域中形狀不規則、區域不明顯等不良因素,并且利用數碼攝像頭還可以對野外土地進行拍攝,替代人工繪圖不便,減輕工作量。同時,利用掌上電腦與GPS技術結合,還可以滿足野外工作中時間長的問題,達到連續工作和數據儲存的要求,并且及時滿足圖形的更新,使土地調查結果的準確性提高。
2.2 “3S” 集成技術
“3S” 集成技術由地理信息系統、遙感技術、全球定位系統三者綜合而成,構成一個整體的系統,對于土地進行實時的觀測、分析和應用管理。隨著科技的發展,我國的3S技術日漸成熟,其在土地調查中發揮數據采集、處理和產品生成等效用,并且在土地更新調查和土地動態監測中變現出良好的發展前景。例如:利用高分辨率的衛星遙感技術,獲得相關的影像數據,然后與土地調查的更新技術進行匯總、疊加分類,并讓專業軟件進行分析,最終得出準確的變換范圍和數據結果。這種方法從根本上解決了傳統調查方法工作量大、工作效率低、精度低等問題,大大加快了土地調查的速度和效率。
2.3 地理信息系統(GIS)
地理信息系統(GIS)是一種特點的空間信息系統,它通過計算機的系統支持, 對地球空間中的地理數據進行采集、存儲、分析、描繪。具體而言,他是利用計算機建立地理數據庫,將地理環境中的各種要素,包括它們的地理空間分布狀況和所具有的屬性數據,進行數字存貯、處理和分析,建立有效的數據管理系統。通過對多種要素的綜合分析,方便快速地獲取信息,滿足各種不同的應用或科學研究的需要,并以圖形和數字的方式表示結果。經過科技工作者的不懈努力,利用地理信息系統對空間數據進行處理已經成為土地調查的重要組成部分。并且地理信息系統朝著更加標準化、規范化的方向發展。
在GIS中,由于所獲取的測繪基礎數據詳盡、可靠、準確,大大提高了城市規劃的科學性。同時計算機的高速運算和具有極強的邏輯判斷功能,可在短時間內提供多方案比選, 增加了規劃設計方案的合理性。而且,計算機可以自動地生成各種規劃用圖、表格和報告, 利用數據庫又易于刪補、更新,因而還可以實現城市規劃的動態監控和動態設計。通過對 GIS的研究和使用,還可增強測繪人員和城市規劃人員的協作,使信息的獲取和使用臻于統一,促進城市規劃工作。
2.4 遙感技術
遙感技術是獲取信息的一種高效手段,在我國的土地調查中得到了較為廣泛的應用。首先,遙感技術對于重點城市的土地勘測發揮了重要的作用,利用該技術對城市中占用耕地等情況進行監測,加強土地管理。然后,遙感技術對土地調查的信息更新起到了重要的作用。遙感技術利用航空、航天正射影像圖以及地形圖為資料,與原有的土地現狀圖進行對比,將數據進行補充和修改,最終達到更新的效果。
2.5 數據的處理與提取
數據的處理與提取是在遙感技術的基礎上進行的。首先,利用計算機將土地利用圖和遙感技術的影像圖相互疊加,按照類別分層處理影像中待檢測出的特征值,并且按照特定的規范,選擇出與以上數據對應的遙感信息特征值進行對比,檢測出變化的區域。然后,通過近年的土地遙感監測技術進行研究,總結得出相關系列的土地變化信息的提取方案。
三、結束語
總而言之,隨著社會的進步,科技的發展,在測繪行業中測繪新技術如雨后春筍般紛紛涌現出來,一個國家測繪的技術水平直接影響著國家的發展跟國防。現代化的測繪方法在土地調查中是非常有必要的。現代化的測繪方法可以改善傳統測繪方法更新困難、精度低、效率低等缺點,實現準確性高、靈活性高的測量。現代化的測繪方法有遙感技術、地理信息系統、全球定位系統等方式,全面分析土地的類型、數量、現狀及分布,利用及時更新的數據解決實際的問題,以起到合理利用土地資源、保護耕地面積、實現可持續發展的作用。本文對土地調查的過程做出簡要分析,并指出測繪的幾種方法和具體應用。希望全文能夠給相關人員一起啟發和思考,促進土地市場的管理。
參考文獻
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關鍵詞: 遙感; 實踐教學; 改革
中圖分類號: G642文獻標識碼: A 文章編號: 1009-8631(2012)03-0105-01
遙感(Remote Sensing,RS)是當代空間信息科學的核心技術之一,是信息獲取與更新的重要技術手段,在經濟建設及社會發展中的作用日趨重要[1]。同時遙感也是一門實踐性很強的技術,遙感應用技術素質已成為地理信息系統、測繪、城鄉規劃、地質等專業工作人員的基本要求。遙感技術作為現代前沿科學技術之一,隨著航空航天技術的發展不斷在提高與完善,這就要求教學不斷調整內容與方法,做到與時俱進。分析國內外遙感技術的發展需求及遙感課程教學,發現課程教學并未很好地適應社會對遙感應用型人才的需求,其中尤以實踐教學環節薄弱的問題突出。針對當前現狀,本文詳細分析了遙感課程實踐教學中存在的具體問題,并探討了相應的改革措施,以期為遙感課程的教學改革,培養社會應用型、創新型人才提供參考。
一、目前遙感課程實踐教學中存在的問題
1.缺乏合適的理論和實踐課程教材
理論教學是實踐教學的基礎,選取合適的理論課教材,對確保教學內容合理,培養社會應用型人才至關重要。選取教材的原則是“理論與應用的結合;基礎知識與前沿技術兼顧”[2]。近年來,國內先后出版了一些可作為大學本科遙感課程理論內容教材的書籍,但并不能滿足遙感技術發展的需求。《遙感導論》、《遙感概論》和《遙感技術導論》出版時間較早,內容有些陳舊;《現代遙感導論》在應用方面涉及較少;《遙感原理與應用》在理論和應用方面都兼顧,而且在2009年出版了第二版,但此書內容相對較深,需要學生具備攝影測量、電磁場理論、模式識別等課程的基礎。
目前,國內尚未見到普適性較強的遙感實踐課程教材。與《遙感導論》配套的上機教材,未采用國際主流軟件,無法滿足實踐教學的需要。《ERDAS IMAGINE遙感圖像處理教程》、《ENVI遙感圖像處理方法》等書,內容系統,但受學時限制,不適合作實踐教學的指導書。
2.實踐教學薄弱
遙感課程一門實踐性較強的課程。遙感實踐教學是理論教學的深化和補充,是學生通過理論與實踐的相結合來感悟抽象的理論知識的學習過程[2]。課程實踐教學環節包括兩個大的方面,一個是課內實踐,另一個是綜合實習。目前,國內大多院校的課內實踐學時偏少[3],而且多以教師演示教學為主,學生實踐能力得不到提高。“3S”(RS、GIS和GPS)技術集成,是空間信息科學發展的趨勢,有必要加強學生的“3S”綜合應用能力,然而這種多學科的綜合實習普遍較少。另外,數據類型單一、內容陳舊,也使實踐教學滯后,缺乏時代性和現時性。
3.考核方法不合理
課程考核,考察的不僅是學生對知識的記憶情況,更應該是學生對知識的綜合應用能力。然而,目前遙感課程的考核方法,多以筆試為主,對實踐能力考察的關注較少。這種考核方式不僅不能對學生進行綜合考核,而且不利于調動學生學習的主動性和綜合素質的培養。因此,有必要改進考核方法,建立考察學生全面素質的考核體系。
二、遙感課程實踐教學改革措施
1.不斷更新理論教學內容
在新技術突飛猛進的今天,具有前沿性的遙感技術發展愈加迅速,對教學內容選取提出了新的挑戰。由于教材受出版周期限制,這就要求遙感知識更新途徑除了選擇合適的新教材外,更應充分利用網絡、中、英文期刊或國際會議文獻等媒介,傳遞最新訊息,增強課程的時代性和現時性。如在講述不同衛星平臺軌道參數時,教材受出版周期限制,其內容始終與最新的遙感衛星發展有差距,備課時需要到相關網站查閱最新的參數信息,補充到課堂教學中,讓學生了解遙感衛星的最新發展動態[4]。同時,引導學生在課外通過多種途徑,查閱參考資料,培養生自主學習的能動性和積極性,有利于拓寬學生的知識面,提高綜合素質。
2.完善實踐教學體系
(1)自編符合實際的實驗課教材。目前國內尚未見到普適性較強的遙感上機實踐課教材,并且各大院校使用的實驗教材多為自編。對實踐內容進行完善和更新,從簡單的驗證性實驗向綜合性實驗以至于研究設計型實驗過渡,形成較為穩定的實驗教學內容體系;并建立和完善遙感實驗課數據庫及習題庫,及時更新和補充資料,包括案例、科研論文、學科前沿發展動態等,以拓寬學生的知識面,提升學生興趣,達到優化和豐富教學過程、提高學生實踐能力的目的。
(2)建立全方位的實驗教學模式。通過構筑包括“驗證性實驗”、“綜合性實驗”和“研究性實驗”的“三層次一體化”的實踐教學模式,將實踐教學由“有解實驗”變為“求解實驗”,由“知識積累”變為“智能開發”,為學生自主實驗營造個性化的學習環境。同時針對不同專業教學內容和方式有所側重,如對于地理信息系統專業的學生,可以適當增加遙感與地信相結合的實驗課,如“3S”集成技術,培養學生綜合能力[5]。
(3)創造實習機會。由于實踐課程受學時、實驗條件等限制,使學生的實驗機會較少、而且實驗內容單一。在教師的指導下,參加研究性學習,深入到實際科研工作中,成為鍛煉實踐能力有效途徑[6]。另外,尋找相關的實習單位,直接參與到實習單位的科研、開發、生產工作中,與實習單位建立雙導師制管理機制,可以更有效地提高學生的適應社會需求能力。
3.豐富課程考核方式
建立科學的考察學生綜合知識、綜合素質、綜合能力的實踐考核體系,采取靈活多樣的考試方式,加大讀書報告、論文考核、野外(或社會)調查、創新考核、綜合實習等的比重。同時應根據不同專業特點,做相應的調整。如對于地理信息系統專業的學生,應當適當加強3S集成等綜合性知識的考核;對于地質、環境科學等專業的學生,則應側重遙感技術在該領域新的應用等方面的知識的考核。
三、結語
通過分析目前社會發展對遙感人才的需求和遙感課程教學存在的問題,本文認為遙感課程實踐教學改革應從不斷更新理論教學內容,完善實踐教學體系及豐富課程考核方式三個方面進行。理論教學內容的不斷更新,體現了遙感技術的前沿性,使教學能夠做到與時俱進;完善實踐教學體系,體現了培養應用型人才的宗旨,適應了社會的需求;豐富課程考核方式有利于培養學生學習的主動性,全方位鍛煉學生綜合素質。綜上,加強遙感課程的實踐教學改革有利于培養社會應用型、創新型人才,這既是現實社會發展的需要,也是學生自身發展的需要。
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關鍵詞:城市遙感;教學方法;實踐環節;教學思路
遙感技術可以快速、準確地獲取城市規劃、發展、保護的相關信息,既可獲得城市宏觀全貌和綜合數據,又可獲得城市的行人車輛等微觀圖像和數據,可以全面、高效、實時地了解城市的發展變化。由于其超越地面調查等常規方法的優勢,城市遙感技術自上世紀90年代以來,已經成為遙感、城市建設、管理、環境保護等城市問題專家們共同關注的熱點,遙感技術也被越來越廣泛地運用到城市規劃科學的各個領域中。國際城市遙感大會認為,城市遙感主要是充分利用各類傳感器采集的信息為城市調查和監測服務。
一、城市遙感學科特點
武漢大學、中國地質大學(武漢)等擁有測繪類學科的高等院校,都已先后為高年級本科生開設了《城市遙感》專業選修課。一般認為,城市遙感的主要教學內容包括:①城市遙感數據源和傳感器;②城市地區特征探測和判讀;③城市遙感數據解譯;④城市地區建筑物檢測和重建;⑤城市土地利用變化和城市發展遙感監測;⑥城市環境遙感;⑦城市社會經濟遙感;⑧城市遙感發展展望。當然,各個高校教學體系和教學內容并不完全相同,但基本的思想是圍繞遙感技術在城市問題的應用開展主題式的介紹和討論。分析城市遙感學科的特點,它是一門前沿性和實踐性要求很高的學科。即,城市遙感的研究和教學內容都是采用最新的遙感技術和方法解決城市發展中的最新問題,其研究思路、研究方法都具有前沿性和獨特性。比如,很多學者采用最新的人工智能方法解決城市目標的分類問題,其中就涉及到比較復雜的人工神經網、人工免疫、機器視覺等先進的分類理論,以及蟻群算法、支持向量機、小波等比較復雜的數學優化計算方法。這些最新技術和方法的應用為城市遙感教學帶來了很大的挑戰。第二,城市遙感是實踐性很強的學科,它是針對城市發展中出現的實際問題出現的,是試圖利用遙感的方法解決相關問題,因此要求教學過程中要培養學生針對實際問題尋找解決問題思路的能力。城市遙感學科也是一門開放性的學科。城市遙感發展至今,仍處在不斷發展,不斷完善的進程中。早期主要是針對城市發展中的問題,采用遙感技術手段解決相關問題;近年來,學者們開始有意識的開展系統研究,試圖建立城市遙感學科的理論和方法體系。包括城市遙感理論基礎,遙感技術的優勢和局限等根本性的問題,已經得到研究。但是到目前為止,關于城市遙感的嚴格定義、理論體系、研究范圍和邊界等問題尚未明確的提出,因此城市遙感學科的教學提倡在基本理論的指導下,圍繞主題開展教學和講授,啟發學生關于城市遙感具體研究主題的思考。
二、城市遙感的教學方法探討
1.圍繞研究主題教學。由于城市遙感學科的特點,其研究主要針對現代化進程中城市建設發展面臨的問題,主題性較強。因此,在教學過程中,也需要圍繞一個個的研究主題講授相關的知識和技術。例如,城市水資源遙感,圍繞城市發展中對水的需求,水的污染的現狀,講授利用遙感技術實施水資源遙感和水污染遙感的技術和方法。城市水資源遙感主要對湖泊環境監測,諸如湖水溫度、鹽度、水深、洋流、波浪等湖泊諸要素的測量,為湖泊研究及指導湖泊漁業生產提供了基礎。水污染遙感主要介紹對湖泊富營養化、懸浮泥沙、石油污染、廢水污染、熱污染和固體漂浮物等污染情況進行遙感監測的方法和案例。
2.結合案例教學。由于城市遙感處在發展之中,一系列新的方法和技術逐漸采用到相關問題的處理中。其中很多方法比較抽象,難以理解。例如人工神經網、人工免疫、機器視覺、蟻群算法、支持向量機、小波分析等。為了避免學生對枯燥的算法知識感到厭倦,增強學生學習的興趣,除了盡量深入淺出,用最簡單的語言描述復雜的理論和公式外,還要盡量結合各種案例,詳細展示方法的原理,以及采用方法的原因和效果。例如,對于遙感圖像的變化檢測,我們利用相關變化評估系統開發經驗,介紹了各類像素級方法的原理,實驗結果,在實際工作中的應用價值等,做了直觀的比較分析,便于學生掌握相關知識。
3.啟發探索性學習。城市遙感是一門不斷發展的學科,高年級本科生中很大一部分人也即將從事具有探索性和創新性的研究工作。因此,改變早期填鴨式的教學方式,培養學生獨立探索和創新的思維是非常重要的。我們在教學過程中有意鼓勵學生獨立思考,提出問題、分析問題和解決問題,為從事研究性的工作打下良好的基礎。在具體教學中,一是鼓勵學生針對教學內容所教授的方法和思路,提出自己的看法,分析現有方法的不足,提出自己解決問題的方法;二是在布置的作業中,要求學生針對主題,獨立搜索資料,發現問題、分析問題和解決問題,并要求學生根據研究課題的撰寫風格完成作業。此外,課外與學生展開交流,就相關的學科問題和研究熱點討論交流,培養學生研究興趣和能力,推介學生積極參與相關研究課題。在課程結束后,依然與學生保持聯系,就研究學習問題交流,吸引學生加入研究課題。
4.鼓勵廣泛學習。遙感學科是純粹的技術科學,為了解決任何問題,都需要將遙感學科與該領域的知識結合,并深刻理解該學科的特點和知識。比如,從事遙感地質研究,必須具有地質學基礎,對各類巖石的物理性質、巖層產狀、地質構造等相關內容具有深入的了解。又如從事環境遙感,必須在環境科學、水文學、大氣學等相關領域具有一定的基礎。從事城市遙感的工作,必須對城市科學、城市規劃、城市建設、城市生態等相關學科深入了解,單純的遙感知識學習是非常不夠的。因此,在教學過程中,我們鼓勵學生廣泛學習相關學科的理論和知識。具體手段是,在教學過程中引導性的介紹水文、大氣、物理等相關學科知識,并提供參考文獻供學生課外閱讀。在布置的作業和論文中涉及的問題,都需要大量參考相關學科的知識。在成績的評價體系中,明確將參考知識的量作為評價標準之一。
三、城市遙感的實踐教學
城市遙感是針對城市發展中出現的具體問題發展出的一門學科,是試圖利用遙感技術解決相關問題而逐漸發展起來的。因此,城市遙感是在大量實踐工作基礎上建立起來的學科,在教學工作中也必然需要大量的實踐教學工作。否則,學生缺乏針對實際城市問題的解決能力,無法適應城市遙感的相關工作。鑒于學生已經具有遙感專業基礎,也具有一定的遙感軟件操作和編程能力,我們的實踐教學主要培養學生利用遙感軟件和技術解決城市問題的能力。目前,國內普遍開展的城市遙感調查工作,包括制作城市影像圖,開展城市土地利用遙感調查,城市建筑物類型及密度遙感調查,城市綠化及園林建設遙感調查,城市交通遙感調查,城市環境的遙感調查,城市地質、地理條件遙感調查等20余項工作內容。城市土地利用、土地覆蓋的發展變化,是城市規劃、建設、發展、保護的重要依據和成果,也是城市生態安全、城市景觀保護等的基礎。因此,學生掌握相應實踐能力對于后續開展相關工作是非常重要的。實踐教學過程中,一方面要培養學生遙感圖像處理的能力,在掌握相關原理的基礎上運用遙感軟件處理多源多時相遙感圖像的動手能力;另一方面要培養學生對于相關領域知識的了解和理解,包括城市土地利用、土地規劃、環境保護、城市生態等相關知識。尤為重要的是,培養學生針對具體問題,獨立尋找解決方案和技術手段,設計技術路線,獨立解決問題的能力。
本文首先深入分析了城市遙感學科的特點,它具有前沿性、實踐性和開放性。在此基礎上,本文積極探索有效的城市遙感教學方法,提出綜合采用圍繞研究主題教學、結合案例教學、啟發探索性學習、鼓勵廣泛學習等教學方法,提高學生學習興趣和效果,培養學生獨立思考和探索的能力,為進一步研究打好基礎。針對實踐教學環節,本文通過深入分析,提出了最合適的實踐內容和方法,著重鍛煉學生的動手能力,培養獨立解決問題的能力。
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【關鍵詞】數字化測繪 水利工程水利工程測繪數字地圖測繪 水利
中圖分類號: TV文獻標識碼:A 文章編號:
一.引言
隨著現代科學技術的發展,計算機技術及輔助設施CAD技術的廣泛應用,數字化測繪技術已經較為成熟的應用于建筑、交通和水利工程中。數字化測繪技術隨著計算機技術、網絡技術、測量儀器智能化及測繪制圖軟件的自動化等相關先進的技術的應用,給水利工程中的測繪工程帶來了較多有利之處。
二.數字化測繪的優勢。
數字化測繪是利用計算機對地形空間的相關數據進行自動處理,完成數字地圖的繪制,有特別需要時,可以利用數控繪圖儀來繪制所需要的專題地圖或地形圖。數字化測繪以傳統的白紙測圖為基礎,在全站儀、計算機輸入輸出設備硬件、計算機繪圖軟件的支持下,利用數字字庫技術和計算機圖形處理方法,將野外數據采集到內業,并完成制圖。數字化測繪技術通過數據輸入、數據處理和數據輸出三大部分的功能,實現了測繪制圖的自動化、智能化。同傳統測繪技術相比,數字化測繪具有以下優勢:
1.圖形測繪更準確。
利用數字化測繪技術將所采集的地形、地物、地貌等相關數據、信息轉化為數字形式,通過數據傳輸端口輸入計算機,經過計算機圖形處理軟件和測繪軟件進行處理,產生內容非常豐富的電子地圖。數字地圖是地理信息系統(GIS)的重要信息來源,存貯較為方便。在現代地形測繪技術中,數字化測繪已發展成為利用掌上電腦即PPA在現場完成數據采集及數據處理、成圖。傳統的經緯測繪和白紙繪圖,產生的平面位置及其他信息的誤差較大,而利用數字化測繪就似乎,測繪點精度非常高,從原始數據采集到成圖過程中,精度無任何變化,保證了成圖的質量。
2.提高了測繪效率。
數字化測繪是現代GIS數據采集的重要手段,實現了勘測設計一體化、數據采集處理一體化、數據更新和管理智能化。同傳統的經緯儀配合平板的測圖方法相比,數字化測繪技術的效率高出許多。在通視良好的情況下,利用全站儀以建站點為圓心進行觀測,一站可以測量1公里范圍內的地形圖。正常情況下,傳統的經緯測繪法采用白紙繪圖法,一個作業組一天僅能測量200個地形點,而利用數字化測繪技術,可以測量400各地物點,甚至更多。數字化測繪技術大大提高了測繪的效率,也縮短了成圖的時間。
三.數字化測繪在水利工程中的應用。
1.GPS測繪技術在水利工程中的應用。
授時與測距導航系統及全球定位系統(Navigation System Timing and Ranging/Global positioning System-NAVSTAR/GPS),通常簡稱為“全球定位系統”,即GPS。GPS是以人造衛星組網為基礎的無線電導航定位系統。利用設置在地面或運動載體上的專用接收機,接收衛星發射的無線電信號實現導航定位。它是根據美國國防部1973年12月批準的國防導航衛星計劃而建設的。它是由三個部分組成的,分別為空間衛星、地面控制系統、用戶的接受處理裝置。GPS具有精度高、速度快、全天候、距離遠等特點,也恰巧是這樣的特點才使得對水利工程的測量可以向外擴展延伸。GPS和多波束測深系統相結合,是形成深水底地形測繪的新手段。
水利工程的選址一般多在地形較為復雜的河谷溝壑之處,工程周邊地表植被覆蓋較多,測繪時通視條件較差,而又缺乏相關國家控制點,采用傳統光學儀器進行控制測量的難度較大。利用GPS衛星定位系統較好的解決了此類問題,由于GPS測量不受氣候條件、地形、測量時間的影響和限制,能夠及時準確的完成控制測量和數據采集工作,能大幅度減少或免做像控點,既有效減少了測繪的工作量,同時又較大程度的提高了測繪的工作效率。
2.RS遙感技術在水利工程中的應用。
遙感技術RS(Remote Sensing)是在航空攝影測量的基礎上,隨著空間技術、電子技術和地球科學的發展而發展起來的,它的主要特點是:從以飛機為主要運載工具的航空遙感,發展到以人造衛星為主要運載工具的航天遙感;它超越了人眼所能感受到的可見光的限制,延伸了人的感官;它能快速、及時地監測環境的動態變化;它涉及天文、地學、生物學等科學領域,廣泛吸取了電子、激光、全息、測繪等多項技術的先進成果;遙感是運用物理手段、數學方法和地學規律的現代化綜合性探測技術。遙感,主要是從遠距離、高空或外層空間的平臺上,利用可見光、紅外線、微波等探測器,通過掃描、攝影來傳遞信息和處理信息,從而識別地面物質的性質和運動狀態。由于RS技術具有時效性、數據綜合性、經濟性等特點各種大的、小的比例尺地形圖都可以快速的利用其影像來獲取水利工程的基本地形圖。利用RS遙感技術直接進行水利工程的流域規劃,可以根據像片來直接判讀流域的地形特點和地質構造,便于合理選擇水利工程的壩址,對確定水庫淹沒、浸潤及坍塌的范圍有較好作用,同時對庫區搬遷、經濟賠償及淹沒損失等確定具有參考作用。
3.地理信息系統GIS(Geographic Information System)在水利工程中的應用。
地理信息系統是利用計算機存貯、處理地理信息的一種技術與工具,是一種在計算機軟、硬件支持下,把各種資源信息和環境參數按空間分布或地理坐標,以一定格式和分類編碼輸入、處理、存貯、輸出,以滿足應用需要的人-機交互信息系統。它通過對多要素數據的操作和綜合分析,方便快速地把所需要的信息以圖形、圖像、數字等多種形式輸出,滿足各應用領域或研究工作的需要,地理信息系統是現代水利工程數字化測繪的重要技術支持和測繪平臺。
4.數字化測繪在水利工程中的應用領域。
(1)點位測設。水利工程中施工測量的基本任務是要測設點位,既要求對已知長度、高程、角度和坐標的測設,在大中型水利工程中,都需要對施工區域內進行布設施工控制網,之后利用網內控制點作為基礎進行施工放樣。利用GPS技術能大大減少施工控制網中的過渡控制點,既節省了成本,有提高了效率。
(2)計算水庫庫容。傳統計算水庫的庫容時,都是采用手工計算,工作量非常大,而且容易出錯,計算精度也較差。通過利用數字化地形圖,加大了采集點的密度,同時也提高了面積計算的精度。可以插繪等高線,提高庫容計算的精度,能快速計算書庫的容量,便于實現水庫的自動化管理。
(3)水力資源管理。
水力資源管理利用遙感技術為檢測手段,利用GIS地理信息系統作為管理平臺,通過RS技術和GIS技術能夠客觀、快速、經濟的為大中型水利工程提供地理、環境、地質及水文等相關信息,是水利工程選址、工程規劃及設計和施工管理的重要分析工具。
四.結束語:
數字化測繪技術在很大程度上提高了水利工程測繪的水平,提高了測繪精度,確保地形圖準確可靠。現代測繪技術的應用,先進測繪儀器和測量技術及測繪方法,為水利工程的建設和管理提供了可靠依據。
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關鍵字:土地利用、動態變化、遙感技術、動態監測
中圖分類號:P285.2 文獻標識碼: A
0 前言
土地資源是重要的生產資料,是人們賴以生存和發展的基礎。近年來,隨著全球人口的不斷增加,經濟的不斷發展,土地資源超量開發,人類生存環境受到了嚴重的威脅,土地利用/土地覆蓋變化已經成為影響全球環境變化的一個重要原因。1993年“國際地圈與生物圈計劃”(IGBP)和“全球變化人類影響和響應計劃”(HDP)共同將土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)列為全球變化研究的核心計劃[1]。土地利用/土地覆蓋現狀既反映了過去土地利用歷史,又強有力地影響著未來的土地利用方向,因此及時掌握土地利用變化信息已顯得非常重要。遙感技術以其快速、準確、準時、周期性短等優點在土地利用/覆蓋變化的動態監測中顯示出明顯的優勢,在國內外得到了廣泛應用。綜合國內外學者的研究成果,現將遙感技術在土地利用類型調查中的研究方向從以下方向進行闡述。
1遙感圖像的選擇
1.1最佳時相的選擇
正確選擇遙感圖像能大大提高解譯的速度和精度。其中時相是反映遙感圖像特征的重要因素之一。以植被景觀為例進行研究,關于植被景觀遙感最佳時相的選擇,張銀輝等指出不同時相遙感圖像的選擇對分類精度具有很大的影響,因植物物種、長勢及生長階段等不同而在遙感圖像上有不同的光譜表現形式[2~3]。鄒尚輝[4]根據植物光譜的種間變化及物候變化和太陽高度角對植物光譜的影響,研究了湖北省及北亞熱帶植被分類的最佳時相選擇問題,指出最佳時期主要集中在4月下旬至5月中旬和10月下旬至次年3月下旬。程弘等[5]通過對TM影像在甘肅省白龍江林區(總面積56.8’萬ha)森林資源調查中的應用實踐,將遙感圖像識別的最佳時期定為秋季和春季。姜曉華等[6]探討了應用兩期遙感數據目視解譯調查新伐區的方法,以及所用數據的最佳時相,指出調查新伐區最理想的時相是8、9月份。林輝[7]以山東、河南、江蘇、安徽的平原地區為例,結合生產實踐對TM圖像在森林資源清查中應用的處理問題作了探討.并指出其時相選擇最好在10月中下旬及11月上旬,而山區的選擇,較為理想的則是4月、5月、10月、11月。一般時相的選擇應在林木生長較為旺盛的時期,但這只是一個總的原則,還要根據不同地區、不同清查需求而定。楊朝俊等[8]概述了植被調查中利用遙感技術的最佳時相的選擇,分析了四川森林植被的特點及其遙感干擾信息的物候特點。根據影響遙感時相選擇的平臺、太陽高度角和代表光譜等因素,針對四川不同地區森林植被遙感識別的特點,按照5個區域提出了四川森林植被遙感識別的最佳時期,主要集中在10月下旬至3月下旬。以上學者分別對不同研究地點的最佳時相進行了研究,最佳時相的選擇除受遙感平臺、太陽高度角和代表光譜等因素影響外,受地理位置和植被的特性影響也較大。因此,最佳時相的選擇具有一定的地域性和特定性。同時,也有學者將最佳時相的選擇,用于對農作物的分類,也得出了相同的結論[9~10]。
1.2圖像類型和比例尺的選擇
目前對圖像類型的選擇和比例尺的研究還不太成熟,沒有統一的定論。張銀輝等以對土地利用與土地覆蓋的研究為例,指出大區域范圍研究一般采用低分辨率的大尺度圖像(如:NOAA/ AVHRR 1km數據),局部區域的土地利用調查一般采用高精度高分辨率的MSS圖像、TM圖像、SPOT圖像或它們之間的結合等。姜曉華等除確定遙感判讀的最佳時相以外,又將采伐區目視判讀用圖的最佳比例尺定為l:2.5萬。
2解譯范圍在遙感圖像上的定位
準確界定研究區的范圍是遙感在土地利用類型提取中的首要工作。林桂蘭等[11]以廈門市飲用水源中的北溪引水渠(管道)和坂頭水庫為例,根據飲用水源保護區劃分原則,研究了基于數字化的地形圖建立數字高程模型并自動生成匯水區盆地和流域范圍的GIS技術、獲取相關自然環境專題信息的遙感技術、以及綜合利用社會和自然等多種數據源進行保護區范圍界定的方法。利用GIS技術對區域界定確屬一種精度較高的方法,但遙感圖像的數據量一般都很大,少則幾百兆,GIS軟件很難處理如此大的圖像數據。再者,利用GIS軟件進行影像區域界定后,能被遙感判讀軟件如 Erdas Imagine分析的文件類型十分有限,導致圖像的精度明顯降低,甚至不能滿足需要。
王小龍等[12]采用相似三角形原理,結合海島多年的潮汐分析,在高分辨率遙感數據的支持下,可以比較準確地確定海島潮間帶范圍,特別是對于分辨率為lm左右的IKONOS和 Quick Bird圖像,提取結果保持了較高的一致性。使用該種幾何方法對研究區域進行界定,雖然取得了較好的效果,但是此方法對圖像資料的要求比較高、成本也較高,故也具有很大的局限性。
陸海英等[13]在ArcGIS和 Erdas Imagine軟件的支持下,綜合考慮建筑物的物理特性和光譜特征,以及城市擴展的規律,將遙感數據、城市建成區邊界以及行政邊界圖疊置起來進行提取,該方法使用方便,操作簡單,判讀精度也比較高,是對生態旅游地范圍精確界定問題的發展和完善。但特別注意的是必須使遙感影像與地形數據、行政區等矢量圖層具有一致的坐標系統。
3幾種土地利用類型的遙感采集技術
3.1常見的遙感解譯方法
劉玉萍[14]以遙感的功能為基礎,闡述了遙感目視判讀在土地利用類型劃分及森林生態變化監測評價研究中的應用和方法,應以常規法和遙感相結合。為森林生態系統恢復提供依據和決策支持。張飛等[15]主要是對遙感影像進行非監督分類,分類后采用合并類、上下文分析、聚類處理等,如果發現精度較低則再次進行解譯,再評價,直至獲得一個符合精度要求的非監督分類影像。田靜毅等[16]采取監督分類和目視解譯相結合的方法判讀遙感影像,提取土地利用類型預解譯圖。在室內完成的圖件往往存在錯誤或者難以確定的類型,需要進行野外實地調查與驗證。全斌等[17]采用人機交互式解譯并結合自動分類對2001年 Landsat TM影像進行解譯。張玉進等[18]根據2001年野外實地考察的經驗,采用最大似然分類法對上述3個時期的遙感影像進行監督分類,實際操作在軟件PCI下進行,最終分類精度均在85%以上,符合研究所要求的精度.吳泉源等[19]利用多期遙感數據,采用目視解譯和人機交互計算機分類技術提取 1984至2004年間龍口市海岸帶土地利用信息,從土地利用總量變化、土地利用變化速度、土地利用類型之間的相互轉化、土地利用類型變化的海岸區位效應等方面分析龍口市海岸帶動態變化特點。梁偉等[20]據 1975年的Landsat MSS、1986年和 1997年的1月 Landsat TM影像資料,運用遙感影像計算機自動分類方法獲取土地利用信息,用GIS空間分析方法以及數理統計方法全面分析了黃河中游多沙粗沙區1975~1986年和1986~1997年兩個時期內各土地利用類型的變化幅度、變化速度、數量變化的區域差異、變化方向以及變化方向的區域差異等。
3.2 高分辨率圖像的遙感解譯方法
田建林等[21~22]利用Quick Bird影像數據進行土地利用類型調查過程中采用計算機圖像預處理與人工目視判讀的方法獲取相對準確的土地利用類型信息。也利用高分辨率衛星遙感影像代替航空遙感影像進行土地利用現狀調查。主要采用目視判讀和外業調查的方法來完成遙感圖像的判讀。目視判讀的難點是對易混淆地類和森林類型的判讀,包括草地與農田、灌木叢與果園地、經濟林與用材林、陡坡地與常年早地等。通過適當的前期圖像處理,以建立解譯標志為基礎,采用綜合的判讀方法可將上述類型大部分判讀出來。
3.3 遙感解譯與其他知識相結合的方法
劉云等[23]借助TM遙感影像采用兩種方法來解譯北京昌平沙河區景觀土地利用:其一是利用TM影像的4、5、3波段的假彩色合成來該地區的土地利用解譯;其二是借助TM影像3和4波段計算的NDVI來判定土地利用,并與土地統計數據對比,結果表明第一種方法解譯城郊景觀的土地利用類型效果較好,而第二種方法對有植被覆蓋的土地利用類型解譯較好。李愛農等[24]針對我國西南地區地貌類型復雜、土地利用多元化的特征,著重研究了在大面積的土地利用調查中應用遙感圖像自動分類方法來獲取土地利用信息的一整套技術路線和方法;將非監督分類、監督分類以及野外調查、專家知識和特殊地區的分區分類有機地結合起來,大大提高了可操作性和分類精度。李春華等[25]以福州市瑯歧島土地覆蓋/土地利用類型為例,以遙感影像解譯知識為基礎,使用TM、Aster的融合影像和NDVI生成的植被覆蓋度影像,并結合DEM、土地利用等地理輔助數據,將DEM和NDVI因子作為待分類影像的波段加入其中,構成新的待分類影像,運用Bayes分類方法,通過循環迭代的方法消除先驗概率對分類精度的影響,實例證明比運用單一的分類方法精度明顯提高。張春桂等[26]應用新一代對地觀測衛星EOS的MODIS數據,在地理信息系統的支持下,對2001~2005年福州地區不同地表類型的歸一化植被指數年際動態變化進行計算分析,在此基礎上開展福州地區土地利用/覆蓋變化的監測研究,并初步分析了土地變化的驅動力。結果表明:基于MODIS的歸一化植被指數對區域土地利用/覆蓋的年際變化反映是敏感的,應用MODIS數據可以監測區域土地利用/覆蓋變化的空間分布和面積大小。
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【關鍵詞】水利工程;3S測量技術;河道測量;動態監測;研究與應用
1. 3S技術的含義
3S技術是遙感(RS)、地理信息系統(GIS)及全球定位系統(GPS)的統稱。是多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術。能夠對空間實體快速地進行精確定位,同時宏觀地獲取信息,對所得到的特定位置空間信息進行綜合分析。
2. 3S技術的特點
(1)遙感(RS)技術是一種衛星遙感技術,不直接接觸目標或現象就能收集信息,并據此進行識別與分類。即在地球不同高度平臺上使用某種傳感器,收集地球各類地物反射或發射的電磁波信息,對這些電磁波信息進行加工處理,用特殊方法判讀解譯,從而達到識別、分類的目的,為科研工程的生產應用服務。
(2)地理信息系統(GIS)技術是以空間數據為研究對象,在各種地理圖形的基礎上,以計算機為工具對空間數據進行錄入、編輯、判讀存儲、查詢、顯示和綜合分析應用的技術系統。
(3)全球定位系統(GPS)技術是一種全新的現代定位方法,具有多功能、高效率、高精度的特點,可在全球任意地點,為任意多個用戶同時提供幾乎是瞬時的三維測速、三維定位服務,極大地改變了傳統的定位技術和導航技術,并已逐漸在越來越多的領域中取代了常規光學和電子儀器。
(4)隨著3S技術在測繪科學中的應用日趨成熟并廣泛應用到水文測量中,河道水文測量的效率和精度有了很大程度的提高。下面作者結合河道測量、沖淤變化監測等案例加以分析。
3. 河道水文測量傳統方法存在的缺陷
(1)河道測量是以河道治理和水量調度為應用目的,涉及測量及描述水下泥表面及相鄰地帶的物理特性的應用科學。長期以來,河道水文測量常利用六分儀、經緯儀、水準儀測定,這些傳統的測量方法,不僅測量周期長、精度低,而且勞動強度大、測量標志耗費大,不能滿足河道動態監測及河流治理、防洪減災的需要。
(2)河道水下地形測量及容積、沖淤量的計算是水文測量的基礎業務之一,及時了解河道變化及沖淤變化資料,為水資源合理調度、泥沙有效控制、防洪減災正確決策、灌溉和發電等各項科學管理工作提供基本依據。河道主流變化分析主要是反映河勢情況。通常包括對河道平面形態變化、河道縱剖面變化及深泓線變化情況的分析等。
(3)河道沖淤分析是河道演變分析的重要環節,工程中常采用斷面法,即利用河道槽蓄量的大小變化判斷河道的沖淤。該方法的前提是斷面間距能夠正確的測定,斷面間水底地形和河床變化規則,而且無支流。而實際地形的變化錯綜復雜,河床參差不齊,所以這種方法計算的沖淤量無法準確反映河道的沖淤變化情況。
4. 3S測量技術的應用
4.1利用遙感圖像獲取所需河道水文信息。
(1)以遙感手段獲得的河道信息通過信息提取產生需要的專題圖像,通過計算機的圖像校正、圖像增強、圖像分類、圖像變換及圖像數據結構的轉換,將遙感信息作為信息源提供給GIS。在對遙感圖像進行判讀解譯和相關分析之前,必須首先對遙感圖像進行投影變換和幾何糾正處理。為保證遙感圖像與地形圖保持地理幾何位置的一致性,須對遙感影像進行相應的投影變換,最后將圖像處理結果轉換成GIS能夠接受的數據格式。
(2)充分利用圖形資料(尤其是電子地圖,對非電子形式的圖形資料要進行數字化,建立起矢量圖形庫)和圖像資料,以便提取高程數據以建立數字高程模型(DEM),以及對遙感圖像進行幾何配準和校正。產生數字高程模型后,就可以利用GIS軟件提供的地形分析功能進行等高線計算、水面面積和體積計算、沖淤量計算、坡度坡向的分析和計算等。
4.2遙感動態監測。遙感動態監測就是對同一區域運用不同時相的遙感圖像,以獲得區域變化的遙感影像。動態變化監測已成為遙感應用的一個主要方面,多時相、多種類型的傳感器對同一地區進行定期或不定期的資源與環境調查,能及時、準確、宏觀地反映客觀情況。以多時相遙感影像為數據源,通過重點分析最佳組合波段的選擇和水體信息特征提取的圖像處理方法,為遙感技術在水環境方面的研究提供一定的理論依據。同時,利用數字遙感技術實現隨時間變化的水域動態監測和枯水期、豐水期的水域變化的動態監測,為防洪、抗洪、水資源合理調度、河道規劃治理工作提供科學依據。
4.3水深遙感沖淤變化分析。
(1)水深遙感是利用可見光在水體內的穿透能力,通過飛機、衛星等遙感平臺,利用輻射計、攝影機等遙感設備,將水下一定深度范圍內的立體單元信息按照一定的規則采集下來,再通過信息處理軟件分離出可見光空透的水體厚度信息,即可獲得水深。利用入水輻射強度與水深、水體渾濁度之間的關系,通過測定、處理輻射強度來量測水深。在研究河床沖淤時,常常因實測資料遺缺無法進行系統分析和比較。
(2)遙感信息獲取便捷,水深遙感研究已取得初步成果,因此在缺乏某一階段實測資料的情況下,可利用歷史階段遙感資料推求出水深,從而實現沖淤分析的目的。考慮到用某一時相遙感資料所得水深精度較實測地形精度差。用實測地形與遙感所得地形直接產生河床沖淤值,誤差會很大。而用兩個時相遙感水深計算河床沖淤能滿足分析精度的要求。
(3)其原因是: 盡管遙感水深誤差大,但從反演所得的斷面圖來看,遙感水深誤差存在諸多綜合因素的影響,兩個時相遙感水深誤差表現形式基本一樣,所以差值減少了系統誤差,削減了由遙感信息源轉換成水深信息時的誤差。此方法計算的結果與用實測地形資料計算的結果基本一致,能滿足河床演變分析和沖淤量計算的要求。故水深遙感方法可以在地形資料短缺情況下進行長時段河床演變分析以補充缺測的資料。若將GIS與水深遙感技術相結合,可實現水下地形圖數字化,也可以很方便地得到所測水域不同時段、不同沖刷深度(或淤積厚度)的沖淤分布。
5. GIS技術在河道測量中的應用
(1)GIS是水文資料管理的重要工具。在GIS中還有計算距離、曲率、表面積、周長等工具,即用即得,利用DEM模型可以很方便得到某點的高程。河道演變分析主要是沖淤分析。GIS利用DEM模型數據能立即計算出兩沖淤監測斷面間的沖淤量,不僅便捷且精度大為提高。
(2)河道某斷面圖的繪制、某地沖淤過程的累積圖等,可直接從圖上提取數據并自動繪制成圖。所有這些GIS功能對于分析河道演變的成因、了解河道演變規律都有著十分積極的意義。GIS技術用于水下地形的沖淤變化分析比傳統分析方法更加科學合理、精確度高。
6. RTK技術的應用
促進GPS技術向更深、更廣、更新的方向發展,它既克服了常規測量要求點間通視、費工費時而且精度不均勻、外業不能實時了解測量成果和測量精度的缺點,同時又避免了GPS靜態定位及快速靜態相對定位需要進行后處理,避免了業后處理中發現精度不合乎要求,需進行返工的困擾,RTK實時三維精度可以達到厘米級,大大減輕了測量作業的勞動強度并提高了作業效率。為水下地形測量和GIS前端數據采集提供了有利保障。GPS接收機進行定位測量,測深儀進行水深測量,再加上專業測繪軟件和繪圖儀便可組成河道測量自動化系統。工程中對采集到的水下地形點的平面、高程數據進行檢查校核后,將其輸入專業的數字地形圖成圖軟件和斷面圖成圖軟件中進行處理,即可得到高精度的數字地形圖和斷面圖。
7. 結束語
總而言之,3S技術的廣泛應用,給河道、水庫監測管理以及水文測量的勘測帶了很大的方便,為河道水文勘測及動態監測、管理方面提供一個嶄新的前景。
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