“海洋災害”案例驅動下的遙感課程教學改革研究

王振華+黃冬梅+鄭宗生

摘要：本文通過設計不同的海洋災害案例（如風暴潮、海浪、海冰、赤潮、海嘯以及溢油），將系統性和理論性較強的遙感基礎理論融入到每個案例中，讓學生在案例中掌握系統理論知識。同時，通過“海洋災害”案例驅動的遙感課程，增強了學生的學習興趣，加強了海洋環境保護的意識，提高了學生的動手和解決實際海洋問題的能力。

關鍵詞：海洋災害；遙感課程；改革研究

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）46-0067-02

遙感是現代空間信息學的核心技術之一，自20世紀80年代以來，我國各高等院校都相繼開設了“遙感”方面的課程[1-2]。但現有的遙感教學存在的一些不足之處，如：（1）遙感技術的快速發展與教材更新緩慢的矛盾；（2）內容過深，與實際的生活接觸有所差異；（3）遙感基本技能的培養與實踐時間過少的矛盾；（4）專業素質的培養與傳統的授課方式和考核方式的矛盾[3-5]。《遙感應用技術》是上海海洋大學空間信息與數字技術專業的專業必修課，其是一門理論與實踐相結合且技術性很強的課程。本文結合上海海洋大學培養海洋類人才的目的，對遙感課程的教學改革進行了探討。

一、“海洋災害”案例驅動下的遙感課程教學改革的簡介

現代海洋產業的發展離不開良好的海洋環境，良好海洋環境的維護離不開迅捷、快速準確的監測，遙感作為新興的監測技術在海洋中將發揮重要作用[6]。而我國政府十分重視海洋觀測技術的發展。在2010年兩院院士大會上再次提出：“要大力發展空間和海洋科學技術，提高海洋探測及應用研究能力和海洋資源開發能力，使我國海洋技術水平進入世界前列。”

上海海洋大學的辦學宗旨即與國家海洋發展的主戰略銜接，為國家和區域海洋經濟發展及產業需求提供技術支撐、人才服務等智力支持。設計“海洋災害”案例驅動下的遙感課程教學改革，在學生掌握遙感技術的同時，提高學生海洋環境保護意識，增強學生的實際動手能力，錘煉學生解決實際海洋問題的能力。

二、“海洋災害”案例驅動下的遙感課程教學改革的內容

“海洋災害”案例驅動下的遙感課程教學改革主要是通過設計不同的海洋災害案例（如風暴潮、海浪、海冰、赤潮、海嘯以及溢油），將系統性和理論性較強的遙感基礎理論融入到每個案例中，讓學生在實際的海洋災害案例中掌握系統的遙感基礎理論知識。

1.“海洋災害”遙感數據的收集。通過播放新聞報道或模擬的方式，讓學生接觸一場海洋災害，以風暴潮為例，并告訴學生他們的任務是：對海洋災害進行預測預報，做到防災減災的目的。在第一階段，引導學生分析預測預報“海洋災害”所需的數據。故此，引出遙感的基本概念、遙感系統的組成、遙感的主要類型以及遙感的主要特點等基礎知識。

2.“海洋災害”遙感數據的處理。面臨收集到的海洋遙感數據，大多數初學者無從下手，也看不懂，其原因是不懂遙感數據的原理。在此，引入遙感的成像原理、電磁輻射與地物光譜特征，以及遙感圖形的特征等概念。

學生們了解了遙感像素的實際意義的同時，主要培養學生的空間意識。因此加入數字圖像的校正等實際操作內容，理論與實際操作相結合，邊操作邊講解何為輻射校正、幾何校正、圖像增強以及多源信息復合等知識。

3.“海洋災害”遙感數據的判讀。以風暴潮為例，風暴潮是指由強風或氣壓驟變等強烈的天氣系統影響而引起的海面異常升降現象。通過兩景不同時段的遙感影像的判讀，提取海面的異常變化，是通過遙感方式監測風暴潮的主要手段，而此時就要熟悉遙感影像的判讀。為了很好地判讀影像，需要對影像做一系列的處理，包括對比度變換、空間濾波、彩色變換、圖像運算、多光譜變換等，同時對遙感圖像的解譯方法和過程也要熟悉掌握。

4.“海洋災害”遙感數據的可視化。通過三維繪制引擎、地形的識別技術、場景的顯示等技術，實現海洋災害的再現。在此作為知識的擴充，講解遙感在與其他數據（如DEM數據）融合，以及后期制圖和可視化顯示等知識。

三、“海冰”災害監測案例驅動下的遙感教學示例

以“海冰”災害監測為例，在結束的遙感教學中，對案例驅動的教學方式進行了實驗。

海冰災害主要發生在渤海和黃海北部和遼東半島沿岸海域。海冰的主要危害上威脅船舶和海上構筑物的安全，影響漁業和航運等。2001年2月，渤海出現近20年來最嚴重的海冰，遼東灣最大冰厚60m，遼東灣北部港口基本處于封港狀態，秦皇島海域航標受損，40多艘船舶被困，航運中斷，天津港船舶進出困難，渤海海上石油平臺受到流冰嚴重威脅。現以渤海灣海冰預警預報為例，實現遙感的知識講授，整體流程如圖1所示。

在“海冰”監測數據需求分析階段，通過分析渤海灣的“海冰監測”要求，分析所需數據，主要包括MODIS數據、Landsat數據、SAR數據、微波散射數據等。故此，為學生解惑，不同遙感平臺、不同的探測手段等，同時，掌握遙感的基本概念、遙感系統的組成、遙感的主要類型以及遙感的主要特點等基礎知識。為了實施后期操作，主要提供了同一地區三個不同時間段的數據（免費數據），如圖2所示，由此可以清晰地看出該地區的海冰覆蓋。

在數據的預處理階段，主要是上面三景數據進行預處理。此時結合操作軟件ENVI，講解坐標系的定義、圖像的幾何糾正、圖像的剪裁等。但是為了更好地理解這些操作的目的及原理，需要學生掌握遙感的成像原理、地物光譜特征和大氣對輻射的影響等。

在數據的特征提取階段，為了更好地監測海冰的邊界等信息，需要對比度變換、空間濾波、彩色變換、圖像運算、多光譜變換等。同樣結合ENVI操作，在學習理論知識的同時，熟練其操作工程。最后根據不同的要求，對監測結果以出圖或報表的形式數據。

四、結語

“海洋災害”案例驅動下的遙感課程教學改革，使得遙感教學從以理論教學為主的傳統遙感教學模式中擺脫出來，激發學生的學習興趣，進而激發他們學習的主動性和創造性；通過實際海洋災害案例的設計，培養學生海洋意識，從根本上提高教學質量，全面培養學生的實際應用能力和解決海洋問題的能力。

參考文獻：

[1]白淑英，沈潤平，王莉，等.遙感科學與技術專業綜合實習教學環節改革[J].中國科教創新導刊，2009，（26）：174.

[2]陳述彭，趙英時.遙感地學分析[M].北京：測繪科學出版社，1989.

[3]張飛，買買提·沙吾提，丁建麗.《遙感概論》精品課程的“教學與科研互動模式”探索[J].科技創新導報，2011，（3）：174-174.

[4]熊勤學，朱建強，尚正春.遙感與信息技術探究型自主學習網站設計與開發[J].安徽農業科學，2010，38（22）：12255-12256.

[5]潘竟虎，趙軍.高師遙感課程實踐教學的改革[J].理工高教研究，2008，2（27）：118-120.

[6]蔣興偉，宋清濤.海洋衛星微波遙感技術發展現狀與展望[J].科技導報，2010，（3）：105-111.