高校遥感本科实验室建设的思考与实践

摘 要：遥感本科实验室是培育遥感相关专业本科人才的重要平台，强调理论与实际应用的充分结合。以电子科技大学资源与环境学院新建的环境遥感实验室为例，阐述了其建设的指导方针、总体思路和规划以及具体实验项目的设计与开发。从本科教学、本科创新训练与毕业设计、教师新实验项目开发等角度，介绍了该实验室建设的实践成效。通过分享该实验室建设的思考与实践，以期为国内相关高校的遥感本科实验室建设提供参考。

关键词：遥感 实验室建设 本科 思考 实践

中图分类号：G6 文献标识码：A 文章编号：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

b感技术是空间信息技术的重要组成部分之一，目前各国都把发展遥感技术作为抢占未来科技制高点的国家战略。随着卫星及其应用产业纳入国家战略性新兴产业体系，以及高分辨率对地观测系统等国家重大专项的持续推进和新的应用领域不断兴起，遥感信息产业未来将保持高速增长[1]。目前，遥感技术已被广泛应用于防灾减灾、资源探测、环境、国土、农林业和水利等众多行业，并在相关领域取得了重要成果。

遥感实验是获取实测数据、强化方法应用、实践遥感理论、发展遥感技术的重要基础手段，对于大学本科期间相关遥感课程的学习具有举足轻重的作用。遥感本科实验室主要面向地理信息科学、遥感科学与技术、空间信息与数字技术及相关本科专业的遥感基础理论实践和遥感应用分析等的专业人才培养。该类实验室强调理论与实际应用相结合，通过开展遥感图像判读、数据采集、分析和应用等，增强学生对遥感知识的专业理论实践理解和应用分析能力，为测绘、国土、资源、环境、农林业、水利、减灾及气象气候等行业提供高技术专业人才[2-5]。该文以电子科技大学面向空间信息与数字技术、环境工程等专业本科教学建设的环境遥感本科实验室为例，介绍对该实验室建设的思考和实践成效，以期为国内相关高校的遥感本科实验室建设提供参考。

1 建设背景

电子科技大学资源与环境学院于2012年1月成立。学院成立初期有空间信息与数字技术、环境工程（按环境信息技术方向培养）两个本科专业，2015年新增地球信息科学与技术专业。为满足空间信息与数字技术等专业的教学，在学校的大力支持下，学院于2013年启动“环境遥感实验室”“地理空间信息工程实验室”和“环境工程实验室”的规划与建设工作。其中，环境遥感实验室主要依托于学院在遥感方向的专业人才队伍。

2 建设思路与规划

2.1 建设目标与总体思路

环境遥感实验室定位为学院遥感本科教学的理论与应用中心和实现培养空间信息与数字技术、环境工程实用型专业人才战略目标的重要支撑。实验室建设目标为较为先进的环境遥感教学实验平台、配置较为齐全的实验仪器，满足空间信息与数字技术、环境工程等专业的教学实验，直接支撑本科课程《空间信息导论》《遥感原理》《资源环境遥感》《数字图像处理》和《遥感综合实验》等的开展，使得学生在环境遥感实验室开设的实验项目中得到充分的实践锻炼。同时，实验室还将服务于本科毕业设计和创新训练项目，增强学生理论联系实际和实践动手能力。除该学院的相关专业外，实验室还将为本校电子工程、通信和航空航天等空间信息应用专业提供环境遥感实验平台。

根据学校本科实验室建设的总体规划，环境遥感实验室主要分2013年3―12月、2013年9―12月两期建设。综合考虑遥感类课程教学的需要、学校的电子通信学科背景和特色以及学校的经费投入，实验室第一期建设的指导方针为“涵盖基础理论、涉及重点领域、满足信息处理”，第二期建设的指导方针为“补充基础理论、增加重点领域、支撑信息处理”。其中，本科阶段遥感类课程涉及的主要基础理论知识点是地物反射、发射辐射理论，应用领域知识点则包括遥感在植被、土壤、大气、水环境等的应用，遥感信息处理知识点包括影像显示、预处理、增强和分类等。图1为环境遥感实验室的总体建设思路。

2.2 实验设计

环境遥感实验室建设之前，空间信息与数字技术、环境工程的本科教学中，与遥感紧密相关的课程实验仅有“土地利用遥感调查”。该实验依托于《遥感原理》，共10学时。为加强对学生实践能力的培养，在本实验室第一期建设中，共设计了6个实验，分别如下。

实验1：遥感图像处理与专题信息提取。主要内容：遥感图像处理软件的使用方法、遥感图像判读与土地利用现状调查方法等。共28学时。依托于《数字图像处理》和《空间信息导论》。

实验2：地物反射光谱采集与处理。主要内容：典型地物的光谱测量方法及其反射光谱特征分析。共8学时。依托于《遥感综合实验》。

实验3：地物辐射参数采集与处理。主要内容：典型地物红外辐射特征测量方法、相关热辐射仪器的定标方法等。共8学时。依托于《遥感综合实验》。

实验4：植被参数遥感采集与处理。主要内容：植被参数野外测量、植被参数的遥感建模及分析方法等。共8学时。依托于《遥感原理》和《资源环境遥感》。

实验5：土壤环境参数采集与处理。主要内容：土壤环境参数的采集与分析方法、土壤含水量的测定方法、土壤各层真实温度的采集方法等。共6学时。依托于《遥感综合实验》。

实验6：大气环境参数采集与处理。主要内容：近地面大气环境参数、气象因子观测方法。共6学时。依托于《遥感综合实验》。

第二期建设中，共设计了两个实验，分别如下。

实验1：水环境参数采集与处理。主要内容：水质采集测量方法、水质参数遥感建模及分析方法等。共16学时。依托于《遥感综合实验》和环境工程专业相关课程。

实验2：地球物理参数采集与处理。主要内容：地表主要地球物理参数的采集与分析方法，包括反照率等。共12学时。依托于《遥感综合实验》。

2.3 仪器设备购置

根据环境遥感实验室建设中设计的8个教学实验，规划购置的主要实验仪器设备（含专业软件）包括ENVI/IDL软件（含扩展模块）1套、地物光谱仪2套、植物冠层分析仪1套、叶绿素仪3套、激光测距测高仪3套、电子天平3套、在线固定式测温仪3套、黑体辐射源1台、手持式测温仪4套、烘箱1台、土壤水分监测仪3套、气象辐射站1套、多参数水质监测仪1套、土壤温湿度自动监测系统2套、植物冠层分析仪1套、台式计算机10台等。学校共投入经费约128万元。

3 实践成效

3.1 本科教学

环境遥感实验室遵循“边建设、边使用；边实践、边总结”的思路，于2013年秋季学期即投入本科教学。至2013年12月，环境遥感实验室第一期、第二期建设基本完成，并顺利通过学校组织的验收。利用已购置仪器，2013―2014学年秋季学期和2014―2015学年秋季学期，依托《遥感综合实验》课程，开设了32个学时的实验课程，参与学生分别为28人、21人，实验内容涵盖了上述大部分实验项目。2013―2014学年夏季学期依托《数字图像处理》课程，开设了相关实验，参与学生数为50人。2014―2015学年秋季学期依托《资源环境遥感》课程，开设了10个学时的实验课程，参与学生为24人。图2为《遥感综合实验》课程学生室外实验照片。

3.2 本科创新训练与毕业设计

除支撑课堂教学外，本科实验室的其他重要职责还包括支撑本科创新训练、毕业设计等。截至2016年，该实验室已支撑了多名学生的本科毕业设计，如“基于ASTER数据的成都平原土壤水分反演”“基于MODIS EVI-Ts特征空间的土壤水分反演”“基于MODIS数据的中国西南地区干旱时空特征分析”“建筑表面温度的日变化特征及其影响因子分析”“校园水环境水质测量及其光谱特征分析”“土壤湿度对土壤剖面温度与表面温度的影响分析”等。还支持了本科生的本科创新训练项目“基于MODIS数据的中国西南干旱时空特征分析”“我国多云雾地区地表温度时间序列构建与应用”“针对AMSR-E地表温度的验证与评价研究”“基于三维激光点云数据的园林植被立体实测建模”“校园水体颗粒污染监测研究”等的开展。通过参与上述工作，学生得到了充分锻炼，一方面增强了对遥感的兴趣；另一方面促进了对课堂教学内容的理解。

3.3 教师新实验项目开发

在学校“新实验建设专项”的支持下，空间信息与数字技术专业教师也依托于本实验室，不断设计与开发新实验项目，如“植被叶面积指数测量及遥感反演”“基于Matlab的RS图像处理方法设计”“地物反射、辐射测量与遥感波段匹配实验”“基于三维激光扫描的空间地物建模”“典型地物热红外图像采集与处理实验”“典型地物方向反射/发射特征观测与分析实验”等。所开发的新实验项目，也陆续应用到本科课程教学中，并实现对实验室原有实验项目的更新升级。

3.4 实验室管理规章制度建设

为保证实验室的有序运行，该实验室由专人管理，并相继形成了《环境遥感实验室设备目录》《环境遥感实验室管理制度》《环境遥感实验室仪器管理制度》《环境遥感实验室仪器借用登记表》等规章制度和文档材料，做到仪器设备的有序、规范化管理。从3年的运行效果来看，实验室仪器使用率合理，实验室仪器设备目录、仪器介绍、仪器设备管理制度和仪器借用都有严格规范管理和相应记录文档，未出现仪器设备事故。

4 结语

环境遥感实验室自2013年开始建设，同年底初步建成，至今已运行三年，较好地支撑了《空间信息导论》《遥感原理》《资源环境遥感》《数字图像处理》和《遥感综合实验》等课程的教学以及本科生的本科毕业设计、创新训练等，达到了预期的目标。此外，部分设备还支撑了研究生的教学和教师的科研工作。环境遥感实验室作为学院遥感本科教学的理论与应用中心，成为我校培养空间信息与数字技术、环境工程等专业人才战略目标的重要支撑。下一阶段将根据电子科技大学的学科背景，开展实验室在“遥感+信息”融合方面的探索，并支撑《遥感原理》等融合课程的建设。

参考文献

[1] 张曼倩.中国遥感发展四十年，如何在下一路口抢占先机[J].卫星应用，2016（9）：33-36.

[2] 陈文波.非遥感专业课程教学面临的问题与解决途径. 实验科学与技术，2016，14（4）：117-120.

[3] 曾永年，谭柳霞，王慧敏.我国高校遥感科学与技术专业现状分析[J].测绘科学，2016，41（5）：168-172.

[4] 夏志业，刘志红.“互联网+”背景下高校遥感专业理论与实践教学改革探讨[J].科教导刊，2016（6）：129-130.

[5] 刘丽娟，李登秋，董毅光.通过主题式学习激发学生遥感类课程的自主学习能力[J].科技创新导报，2016（14）：161-162.