羅暉

摘要：遙感技術已成為空間信息與數(shù)字技術專業(yè)領域內的熱門研究方向，基于遙感技術的城市問題研究受到廣泛關注，本文主要探討了空間信息與數(shù)字技術專業(yè)內開設《城市遙感》課程的必要性及建設方案，主要強調理論教學與實踐訓練相結合的培養(yǎng)模式。

關鍵詞：城市遙感；空間信息與數(shù)字技術；課程建設方案

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）23-0081-02

一、引言

中國地質大學（武漢）計算機學院開設了空間信息與數(shù)字技術專業(yè)，于2016年9月起正式招生。2015年本專業(yè)入選湖北省普通高等學校戰(zhàn)略性新興（支柱）產業(yè)人才培養(yǎng)計劃項目，獲批教育部專業(yè)綜合改革試點項目。目前已經有包括武漢大學、電子科技大學、上海海洋大學、重慶郵電大學、成都信息工程大學、廈門理工大學等多所院校開設了相關專業(yè)。中國地質大學（武漢）的空間信息與數(shù)字技術專業(yè)結合本校在地質學、礦產資源能源、地理信息系統(tǒng)與測繪等地球科學研究領域的特色和優(yōu)勢，以培養(yǎng)掌握扎實的計算機技術和深厚的空間信息技術基礎，能夠在地質調查、地礦勘查、環(huán)境監(jiān)測、城鄉(xiāng)建設規(guī)劃設計等地球科學行業(yè)或部門從事相關信息系統(tǒng)的管理、設計、開發(fā)和科學研究工作的高級人才為目標。遙感技術作為一種重要的空間數(shù)據(jù)獲取方式，已經應用于陸地、海洋、大氣和太空，科學和工程等眾多領域。因此，為增加學生的綜合素質與社會競爭力，眾多高校的空間信息與數(shù)字技術專業(yè)開設了遙感技術的相關課程。目前，世界有一半以上的人口居住在城市中，城市問題是一個國家或地區(qū)社會經濟問題的集中體現(xiàn)之一，所以城市問題的相關研究受到學者的廣泛關注。其中，由于遙感技術具有短周期、大范圍、可重復觀測等優(yōu)點，基于遙感技術的城市規(guī)劃、生態(tài)等問題研究已成為研究熱點。因此，城市遙感方面的課程開設對空間信息與數(shù)字技術專業(yè)的本科生了解本學科科技前沿、增強就業(yè)競爭力有著重要的實際作用。本文將主要探討空間信息與數(shù)字技術專業(yè)開設《城市遙感》課程的建設方案。

二、課程內容

《城市遙感》的先行課為《遙感原理與應用》等遙感類基礎課，以及高級編程語言、機器學習等計算機類課程。本門課程教材可參考文獻所示的教材。本文建議本課程可以安排以下教學內容。

（一）城市遙感的基礎

本章主要介紹城市遙感技術的基礎知識與基本概念，為后續(xù)課程內容打下基礎。主要內容有：遙感技術的物理基礎、遙感影像的獲取平臺與傳感器、城市遙感數(shù)據(jù)的一般特性、城市遙感影像的一般處理流程等。

（二）城市遙感影像解譯

由于城市地物的復雜性和特殊性，針對城市區(qū)域的遙感影像解譯已成為研究的熱點。城市遙感影像的解譯方法主要分為人工目視判別、人機交互半自動解譯等方法。

本部分內容可安排一次實習課程，讓學生們熟悉主流的遙感軟件，學習基本的遙感影像操作。例如，人工目視判別內容的教學中以ENVI軟件為例，通過軟件進行遙感影像打開、放大縮小、多影像連接、ROI區(qū)域選擇和導出等基本操作。

（三）城市遙感影像分類

分類是影像處理的重要步驟，本章將重點講解監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、半監(jiān)督分類為代表的經典分類技術，重點講解三類影像分類在城市問題研究中的常用算法以及目前各類別代表算法的發(fā)展趨勢。本部分內容可安排2—3次實習課程，實習內容分為兩部分，第一部分為通過使用遙感軟件進行經典分類算法實踐，讓學生們對分類過程與分類結果有一定的了解。例如，可選取支持向量機、最大似然法等經典監(jiān)督分類方法針對城市區(qū)域的中、高分辨率遙感影像進行分類處理。第二部分為選取經典的機器學習算法，通過高級語言編程的方式讓學生熟悉經典的分類算法原理，并結合編程實踐讓學生對城市遙感影像分類有更加感性的認識。后半部分實驗課的開展可根據(jù)學生編程基礎適當調整內容，如發(fā)現(xiàn)學生的高級語言基礎較薄弱，可進行分組實驗教學，并為學生講解一個經典算法的完整代碼示例。

（四）城市影像的變化檢測

我國目前城鎮(zhèn)建設進程迅速、城市人工目標變化劇烈，基于遙感數(shù)據(jù)的變化檢測方法應用廣泛，在城市遙感問題領域具有重要的地位。本章內容主要闡述城市人工地物變化檢測的經典方法（分類比較法、像素級變化檢測、特征級變化檢測）與基本流程。城市變化信息是城市規(guī)劃部門決策的重要參考數(shù)據(jù)之一，因此本部分課程內容建議講授一類或幾類典型地物的城市規(guī)劃違法建設監(jiān)測案例，讓學生了解城市影像的變化檢測的應用方向和具體內容。例如，城市違規(guī)填湖監(jiān)測、城市違章建筑監(jiān)測等。用于城市違章建筑監(jiān)測的遙感影像多為高分辨遙感影像，在實際監(jiān)測中還常常使用GIS矢量數(shù)據(jù)、無人機影像數(shù)據(jù)，最終監(jiān)測結果可加載在城市地理信息公共平臺中，供用戶查詢。本部分內容可安排一次實習課程，在前期課程的基礎上，選取代表性的變化檢測算法，如分類比較法，讓學生更加熟悉城市遙感影像的處理原理和編程方案。

（五）基于遙感影像的城市基礎空間數(shù)據(jù)更新

城市基礎空間數(shù)據(jù)更新是城市遙感的重要應用類型，本部分內容將結合一個應用實例進行遙感影像的城市基礎空間數(shù)據(jù)生產和更新流程的教學。教師可在本部分內容教學完畢后，給學生布置一次調研任務，任務題目自選，但需以城市基礎空間數(shù)據(jù)更新為主題。

（六）城市目標的三維重建

基于遙感數(shù)據(jù)的城市目標三維重建是城市遙感領域內的重要方向之一?？蓮牟煌瑪?shù)據(jù)源的重建技術方面進行分類介紹，如航片、衛(wèi)星影像、激光雷達點云數(shù)據(jù)。由于城市目標提取與三維重建過程中可能會涉及多源遙感數(shù)據(jù)，本部分可講授部分多源遙感數(shù)據(jù)融合和協(xié)同提取的原理，介紹多源遙感數(shù)據(jù)融合的經典算法。通過本部分內容的教學，使學生了解更多不同形式的遙感數(shù)據(jù)及處理方式，如介紹激光雷達數(shù)據(jù)的處理軟件TerraSolid。

（七）城市遙感專題圖

城市遙感專題圖是城市遙感領域研究的重要成果體現(xiàn)，該方式簡單、清晰地突出一種、幾種對象要素。因此，建議學生掌握城市遙感專題圖的制作流程。本部分內容可開設一次實習課程，要求學生們掌握基本的城市遙感專題圖繪制流程。本實習課程建議安排至城市遙感影像分類實習課之后，可利用學生完成的城市遙感影像分類結果進行專題圖制作。通過本實習課程可進一步熟悉遙感領域內的主流軟件的使用，如ARCGIS、MAPGIS、ENVI等軟件。

（八）城市遙感在規(guī)劃和環(huán)境監(jiān)測中的應用

城市大氣、水生態(tài)、地表生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測是城市遙感環(huán)境監(jiān)測中的重要分支。本部分內容將首先依照上述三個方面進行應用方面的綜述與方向介紹。隨后將通過重點講解一個應用分支的實例，使學生了解具體應用中所涉及的遙感處理技術與流程。由于本部分內容的教學中需使用遙感的基礎知識以及影像處理的基本原理，因此本部分的實例講解內容將放置在課程后部分的教學中。

（九）城市遙感技術的最新發(fā)展

為了讓學生了解更多的城市遙感領域的前沿知識，最后會向學生們介紹本領域最新的發(fā)展方向，例如，無人機遙感影像處理、衛(wèi)星視頻數(shù)據(jù)處理、夜光遙感數(shù)據(jù)處理等。本部分內容應當根據(jù)技術發(fā)展進行更新。

三、結束語

城市問題研究是空間信息與數(shù)字技術專業(yè)領域的重要研究分支，本文重點介紹了《城市遙感》課程開設的重要性及課程建設方案。本門課程的建設中將在講解基本遙感基礎知識的同時，重點通過案例講授將理論聯(lián)系實際，并且通過實踐教學著重強調對學生的實踐編程與軟件操作能力的培養(yǎng)。在今后的教學過程中，本門課程應結合最新的遙感技術，定期引入基于遙感技術的城市問題研究的前沿案例從而進行教學內容的更新，并根據(jù)教學效果進行教學方案的完善與改進。

參考文獻：

[1]邵玉祥，彭雷，王媛妮，李新川，翁正平.“空間信息與數(shù)字技術”專業(yè)建設研究——以中國地質大學（武漢）為例[J].中國地質教育，2017，26（04）：23-26.

[2]袁瑩，鄔群勇.“空間信息與數(shù)字技術”新辦專業(yè)實踐教學體系構建[J].科技資訊，2012，（01）：216-217.

[3]趙志榮，黃晰，劉陽，汪廣龍，許蘭蘭.國際學術期刊上的中國城市研究：2000年-2012年[J].公共行政評論，2013，6（01）：118-147，170-171.

[4]徐景中.城市遙感課程建設與思考[J].地理空間信息，2018，16（08）：114-116，9.

[5]馮甜甜，程效軍，王建梅，張紹明.城市遙感課程中實驗教學的探索與實踐[J].測繪與空間地理信息，2014，37（11）：27-29.

[6]邵振峰.城市遙感[M].武漢：武漢大學出版社，2009.