衛星影像資源在無機非金屬材料工程專業課程教學中的應用

摘"要：隨著信息技術的不斷發展，衛星影像資源以其豐富的地理信息、直觀的地物表現，已成為數字教學不可或缺的重要資源。將衛星影像資源應用于無機非金屬材料工程專業教學實踐中，不僅可以真實反映地球表面的地形地貌、建筑位置及布局特征，還可以極大地調動學生的學習興趣。本文以“水泥廠工廠設計概論”課程為例，分析課程教學內容，總結利用衛星影像資源輔助理論教學環節的有益效果。衛星影像資源的合理利用，有助于學生更清晰、更具象地理解和掌握水泥廠工藝設計現狀、水泥工廠的選址特點、生產單元布局、大型主機設備認識等各個環節，做到“理論聯系實際”，為專業課程數字化教學模式的建立、智慧教學的開展提供了可行性方案設計。

關鍵詞：衛星影像；水泥廠工藝設計；工廠選址；總平面布置

中圖分類號：TU278.9""文獻標識碼：B

水泥與混凝土是我校無機非金屬材料工程專業的一個特色培養方向，主要以材料的制備工藝和生產需求為指導，對相關材料的生產工藝原理、工藝流程、單元裝備進行設計和選擇［1］。本專業方向開設了“水泥工藝學”“水泥生產技術與設備”“水泥廠工藝設計概論”等與水泥工藝設計相關的專業特色課程。通過對以上課程的學習，學生能夠具備水泥廠總平面設計能力，對水泥廠平面布置特點、現有工廠現狀、周邊地理環境有一個清晰的把握［24］。

相較于其他行業，水泥工廠的布局具有生產規模大、生產工藝一致性高、各生產單元區分特征明顯、對周邊資源和環境依賴性高等特點。將現有典型水泥工廠的衛星影像資源應用到課程教學中，很好切合了水泥工藝設計相關課程的教學目標，有助于學生對水泥廠工藝設計現狀、水泥工業的選址特點、生產單元布局以及大型主機設備的認識和生產工藝流程等相關內容理解得更加充分和具體［5］。提高學生對專業理論和工程實際相統一、相關知識統籌應用的綜合能力，使學生具備解決水泥廠工藝設計中涉及工廠選址、工藝總平面布置等方面相關基本問題的能力。

1"衛星影像資源

衛星影像資源是一種可真實準確地反映地球表面地理位置、地形地貌特征的衛星遙感圖像，具有精確度高、立體性強，同時可以反映地面建筑物的外形和布局特點，被廣泛地應用在軍事、交通導航、自然災害預報、城鄉規劃等領域［67］。目前，在互聯網上可以公開免費使用的衛星影像資源較為豐富，除了一些專業平臺之外，國家基礎地理信息中心建立的國家地理信息公共服務平臺也提供了完整的衛星影像資源（本文影像資源來自國家地理信息公共服務平臺）。其分辨率可以達到分米級，能夠非常清晰地呈現地面局部環境組成、建筑物和大型設施的外形結構，同時可以對目標周邊環境的地理特點有一個清晰的宏觀展現［810］。

同時，衛星影像資源具備歷史圖像查看、視角轉換、尺寸和面積精確測量等功能。從水泥工廠設計專業課程教學角度看，衛星影像資源對水泥廠的選址特點、周邊環境布局以及生產單元布置、大型主機的認識等教學內容提供了大量真實教學案例，案例豐富多樣，對比特征直觀且明顯。通過周邊環境的查看，可以從三維空間角度真實看到水泥工廠周邊的礦山資源、交通條件、物料運輸通道等布局特點。通過查看不同時期的相關影像資源，可以讓學生從時間發展的角度認識不同時期工廠的設計特點，同一工廠從選址到投產的整個實施流程，以及礦山資源的開采布局特點。衛星影像資源能加深學生對水泥工業發展現狀的認識和理解。

2"水泥廠工藝設計概論課程內容

2.1"課程任務與目標

“水泥廠工藝設計概論”是洛陽理工學院無機非金屬材料工程專業水泥專業方向的一門專業特色課程。課程總學時為24學時，課程結合目前水泥廠工藝設計的最新政策、法規和生產工藝，介紹水泥廠基本建設程序、總平面布置等知識；重點講授水泥廠工藝設計的基本原則、工藝平衡計算的基本方法、車間工藝布置要求等內容。通過本課程的學習，學生能夠深入了解新型干法水泥廠工藝設計的基本內容和基本方法，發現和解決新型干法水泥工廠設計中出現的問題，為從事新型干法水泥工廠設計打下基礎。

2.2"課程內容重構

課程內容主要分為六部分，分別為基本建設前期工作，總平面布置，工藝設計的原則、程序和工藝平衡計算，生產車間工藝流程選擇、工藝設備選型及工藝布置，生產車間工藝設計和工藝設計所需的其他專業知識。在課程講授過程中，借助現代化、高科技的衛星影像輔助教學資源，將水泥廠工藝設計從整體工藝流程到局部設備構造清晰直觀地展現給學生，從而極大地豐富教學內容，提升學生的實踐能力和空間感知能力。經過前期對國家地理信息公共服務平臺的系統學習，將課程內容與高清衛星影像資源有機地結合起來，對授課環節重新進行設計，實現理論與實踐的高度統一。結合衛星影像資源，學生可以直觀地看到水泥廠所在地的地理位置、交通條件以及資源分布等，幫助學生了解水泥廠的選址依據和原則。此外，通過衛星影像的縮放、旋轉等功能，學生可以清晰地看到水泥廠的各個生產區域、設備分布及物料流動情況，掌握水泥生產工藝的基本流程、設備布局及工藝參數調整等內容，從而更好地理解生產工藝的復雜性和系統性。

3"衛星影像資源在課程教學中的具體應用

3.1"工廠選址

廠址選擇是水泥廠工藝設計前期的一項基本內容，廠址選擇要結合原料、交通、水電、地質、環保、市場等多因素，進行一個綜合考量和決策。石灰石是水泥廠用量最大的原材料，廠址宜選擇在石灰石礦山附近，同時要考慮到周邊硅鋁質礦物的分布資源、電力和水源的情況。周邊的交通狀況和市場條件也尤為重要，由于水泥屬于大宗物料的生產，周邊交通運輸條件直接關系到生產成本。此外，由于生產過程會對周邊環境造成一定影響，廠址選擇應盡可能遠離居民區，并應有相應的環境凈化措施，減少生產過程中的環境負荷［11］。

通過選取一些典型水泥工廠的衛星影像資源，可以對廠址周邊地理環境、水泥工廠的選址特點進行分析，通過真實案例幫助學生理解和掌握相關知識點。如圖1中，多數工廠（圖1a、圖1b）會選擇在石灰石礦山和交通干道之間進行選址。同時，可將熟料生產線選址在礦山邊緣，減少原材料的運距，而將水泥粉磨車間選址在碼頭附近，方便產品的發送。

另外，為了節約資源和保護環境，近年來國家大力提倡并開展循環經濟。水泥行業具有消納固體廢棄物的天然優勢，可將一些生活或工業垃圾變廢為寶，作為原料或燃料的一部分，在生產過程中給予消納。對于垃圾的處理同樣需要專業的設備和場地，因此在進行廠址選擇和生產布局時，應綜合考慮固廢利用的設計和運輸。如圖1d所示，該廠址直接選擇在大型熱電廠附近，充分利用了熱電廠排放的固廢作為原材料，用于水泥的生產。

3.2"總平面布局

水泥廠總平面布局要滿足生產工藝的需求，要考慮到大宗物料的運輸及儲存方案。另外，需要按照集約土地的原則，要考慮到生產區、管理區以及生活區的布局，盡可能減少相互的干擾和影響。

圖2為某工廠的生產布局，通過圖片可以清晰地看出生產區（A），生活區（B）、辦公區（C）之間的位置關系，三者區域之間均有一定的自然隔離，避免了生產噪聲對于生活和辦公環境的影響，并且將循環水池布局在生產區和生活區之間，提升了生活區的自然景觀和人居環境。并且通過衛星影像，可以看出生產線和物料儲存堆場、輸送通道的布局和設置特點，使學生能夠全面、完整地掌握工廠實際的生產布局，加深學生對于相關知識點的理解，完成教學目標。

3.3"工藝設計及主機認識

水泥生產工藝的設計和設備選型主要針對生產線的工藝設計及設備選擇，設備的原理、組成和使用等相關事項進行講解。由于水泥生產線規模相對較大，難以做到整體展現，傳統示意圖和沙盤等教學教具又難以細致入微地展現真實的生產場景。通過衛星影像，學生可以從宏觀到微觀地看到工廠的生產全景、生產各個流程的工藝特點，有助于學生對于大型主機的認識和理解。

圖3為某水泥廠2×5000t/d的新型干法水泥熟料生產線實際場景，從左至右依次為配料站、尾部收塵及煙囪、生料粉磨、預熱器、回轉窯、窯頭熟料冷卻、窯頭收塵及煙囪、熟料運輸及儲存等生產設施的實際影像。一方面，結合物料和氣體的相關輸送通道，并對照生產工藝流程圖，有助于提升學生對各個生產環節的設計特點、相關生產車間、設備外形的認識。另一方面，通過衛星地圖自帶的測量工具，對重點車間、主機設備以及生產區域面積等數據進行量化測量，加深學生對于相關生產設施的認識和理解，并能參考實際生產情況，完成課程設計環節中的工廠總平面布置圖設計［12］。

圖3"某水泥廠2×5000t/d熟料生產線

3.4"其他信息

利用衛星地圖的歷史影像查看功能，可以對比一些水泥廠從選址到基建、投產整個建設過程的影像，幫助學生理解水泥工廠從選址、基礎建設施工，到投入生產的整個建設流程。通過石灰石礦山區域的衛星影像，可以看出石灰石礦山的開采次序、物料運輸組織、破碎站布局設計等相關基本信息。另外，通過對不同時間、不同區域水泥工廠周邊運輸和環境的對比，可以看出不同時期生產組織、生產環境的區別，讓學生從時空角度更加真實地理解水泥工業不同時間段的生產特點和發展趨勢。

結語

利用衛星影像資源真實性好、分辨率高、圖像易于查看和處理等特點，可作為水泥工藝設計相關課程教學資源的有效補充。通過衛星影像資源，可以對現有水泥工廠的周邊環境、選址特點、生產布局、大型主機設備進行查看和對比，幫助學生掌握水泥廠總平面布置的能力，解決水泥廠總平面設計中涉及工藝方面的基本問題，以及認識和了解大型主機設備的布局和特點，有助于相關教學目標的實現。同時創造了一種虛實翻轉、輕松自由的學習形式，并可將相關方法應用到專業課程的課程設計、畢業設計及今后的工作中，讓學生領悟當今各類信息化資源對于專業知識學習的幫助，提升學生的學習興趣和持續學習的能力。

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基金項目：河南省本科高校青年骨干教師培養計劃《納米碳材料改性石膏基復合材料的結構調控與吸波機理》，項目編號：2023GGJS163

*通信作者：郭炎飛（1988—"），男，漢族，河南洛陽人，博士研究生，講師，研究方向：高性能混凝土的研發與應用。