遙感圖像解譯教學(xué)設(shè)計探討

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在網(wǎng)絡(luò)社會，社交軟件的普遍使用，用圖來傳輸信息的方式越來越普遍。信息傳輸具有3個相同的基本特性：信息源、傳輸信息的信道、接受信息的接收者。無論是用文字還是圖像來傳輸信息，存在對信息理解的問題，同樣的內(nèi)容可能會引起不同的理解。其原因在于信息傳輸中的3個基本特性產(chǎn)生的影響：可能是傳輸?shù)男畔⒃幢旧?，也可以是傳輸信息的信道，或者是接受者的理解不同而產(chǎn)生差異。遙感圖像解譯就是利用遙感圖像的形式來傳輸特定的信息———空間屬性信息，通過圖像解譯來獲取空間信息是目前遙感技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，直接影響遙感技術(shù)應(yīng)用的效率。遙感圖像解譯是目前我國遙感學(xué)科建設(shè)的重要方向之一。作為遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的專業(yè)主干課，基于成果導(dǎo)向的思想，結(jié)合本專業(yè)的特色，從本課程的實際出發(fā)，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，對本課程的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了探討，為《遙感圖像解譯》課程教學(xué)優(yōu)化提供建議。

1《遙感圖像解譯》課程特點與體系

1．1課程特點?！哆b感圖像解譯》是與遙感技術(shù)密切相關(guān)的一門課程，主要內(nèi)容包括為了從遙感圖像上得到地物信息所進(jìn)行的基礎(chǔ)理論和實踐方法的研究；同時它又是圖像處理的一個過程，完成地物信息的傳輸并負(fù)有“解釋”遙感圖像內(nèi)容的任務(wù)［1］。《遙感圖像解譯》課程的目的是使遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高年級學(xué)生了解遙感圖像解譯的一般問題，掌握遙感圖像解譯的基本知識和基本原理，學(xué)習(xí)如何利用圖像處理、模式識別、視覺心理學(xué)、地學(xué)分析、形象思維和空間推理、圖像模擬、數(shù)據(jù)反演等定性和定量分析方法實現(xiàn)對遙感圖像的信息傳輸和解釋，從而增強(qiáng)學(xué)生利用遙感圖像解譯方法分析和解決問題的能力并能勝任相關(guān)工作。以后能夠?qū)b感圖像作出合理科學(xué)的解譯判斷。1．2教學(xué)內(nèi)容體系。課程大綱是教授一門課之前擬定的教學(xué)計劃［2］，根據(jù)課程大綱建立的課程體系要突出學(xué)生能力培養(yǎng)［3］，讓學(xué)生掌握如何利用遙感圖像來獲取感興趣的信息，為此需要學(xué)習(xí)與這個信息獲取過程相關(guān)的知識。遙感圖像解譯的過程可以分為研究對象的特性、影響因素、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、信息提取以及應(yīng)用等內(nèi)容。作為遙感圖像解譯，其重點在于利用遙感圖像解譯出需要的信息?？紤]到與其他專業(yè)課的區(qū)別與聯(lián)系，遙感圖像解譯從信息傳輸?shù)慕嵌瓤紤]，把遙感圖像解譯的過程簡化為：對象（圖）、方法、結(jié)果（信息）和目的（應(yīng)用）。該過程突出了利用遙感圖像進(jìn)行信息提取的過程，包括應(yīng)用對象的遙感圖像，需要用一定的方法來對圖像進(jìn)行解譯以獲取信息并應(yīng)用于實際。本課程的前導(dǎo)課程———遙感原理與應(yīng)用以及相關(guān)的課程對數(shù)據(jù)的獲取與處理作了介紹。因此本課程教學(xué)的內(nèi)容重點在于如何利用遙感圖像來獲取信息。為了獲取圖像上的信息，要求學(xué)生掌握如下內(nèi)容：這個目標(biāo)在自然界的特性是什么———遙感研究對象的特性；這個對象是利用哪種類型的遙感傳感器獲取的———遙感數(shù)據(jù)的物理屬性和成像性能如何；獲取的圖像可解譯的性能如何———遙感數(shù)據(jù)的信息性能；解譯對象的特征和解譯標(biāo)志是什么———遙感圖像特征和解譯標(biāo)志；用什么方法獲取信息———遙感圖像解譯方法；解譯的方式———遙感圖像人機(jī)交互解譯；解譯的目的———遙感圖像解譯應(yīng)用。每個內(nèi)容包含相應(yīng)的知識點。

2基于成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計

講好一門課，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計是關(guān)鍵。教學(xué)設(shè)計的方式有很多種，每種方法都有其特點［4］。成果導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計［5］是以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，認(rèn)為教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實施的目標(biāo)是學(xué)生通過教育過程最后所取得的學(xué)習(xí)成果。教學(xué)設(shè)計能力對于教師提高工作績效、促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)進(jìn)步具有舉足輕重的作用［6］。根據(jù)多年的教學(xué)實踐，遵循課程教學(xué)大綱的要求，基于成果導(dǎo)向的思想進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計。2．1內(nèi)容的組織。遙感圖像解譯區(qū)別于其他信息獲取方式，是使用遙感圖像來獲取信息。因此教學(xué)內(nèi)容的組織可以進(jìn)一步改進(jìn)，遙感圖像解譯的過程可以簡化為“起點：圖（對象）、結(jié)果：圖（信息）”。另一方面，也可以簡單地理解為遙感圖像解譯基本過程的實質(zhì)是從圖到圖的過程。當(dāng)然，要注意兩個圖的區(qū)別與聯(lián)系：前一個圖（對象）是出發(fā)點；后一個圖（信息）是目的。前一個圖涉及解譯用到的遙感圖像，是地表自然屬性的反映；后一個圖是解譯的結(jié)果表達(dá)，對應(yīng)于原始圖像范圍社會屬性的反映，解譯的目的就是要得到這個屬性信息。教學(xué)內(nèi)容可以按照圖到圖的這個思路設(shè)計并組織展開，為了得到圖（信息），需要原始的遙感圖像即圖（對象），還要考慮遙感圖像合適的解譯方法。2．2教學(xué)的實施。根據(jù)本課程的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)的實施遵循圖到圖的這個主線展開，為了更好地開展教學(xué)，如何利用圖像獲取相應(yīng)的信息，涉及研究對象、獲取對象的傳感器性能、獲取信息的方法等。針對用于解譯的遙感圖像，需要掌握以下3個方面：①從研究對象看，要了解圖像上的地物類別，要掌握地物的特性。②從獲取圖像的傳感器看，需要了解傳感器的性能指標(biāo)；③從得到的圖像本身看，要了解這個圖像可以提供的信息能力。只有充分了解這些內(nèi)容才能會后續(xù)的信息提取打下堅實基礎(chǔ)。對研究對象特性的理解是遙感圖像解譯的出發(fā)點，遙感技術(shù)的根本目的之一就是為了獲取圖像上這些對象的信息。因此必須了解這些對象的特性，圖像上有哪些地物，這些地物的特性包括哪些方面等。其次，這些對象是通過傳感器獲取的，傳感器的性能影響獲取這些信息的結(jié)果，使用哪種類型的傳感器將直接決定圖像應(yīng)用的價值。對傳感器獲取的某個遙感圖像，要了解該圖像應(yīng)該具備的信息性能。針對結(jié)果圖（信息）需要從以下4個方面理解：得到這個圖的解譯方法、每個地物使用的特征和解譯標(biāo)志、解譯過程中影響的因素、其應(yīng)用的目的，這是本課程的重點內(nèi)容。圖像解譯的關(guān)鍵涉及解譯使用的特征和解譯標(biāo)志、解譯方法以及影響解譯的因素。特征是不同地物區(qū)別的關(guān)鍵，就像不同的人具有不同的外表，不同的地物一般具有不同的特征，對特征的把握直接決定了解譯的結(jié)果。因此需要對不同地物的特征能夠明確的把握。而解譯方法是根據(jù)特征用一定的算法從圖像上得到相應(yīng)的地物，這是本課程的核心。每個方法都有其優(yōu)點與不足，不同的地物，不同的傳感器獲取的圖像，沒有一個通用的解譯方法，要根據(jù)具體的情況采用相應(yīng)的解譯方法。對得到的結(jié)果，還需要關(guān)注其精度指標(biāo)，需要了解哪些因素會影響解譯的結(jié)果。最后還要了解得到的解譯結(jié)果，其目的是什么，這是解譯的歸宿。2．3課程實習(xí)的設(shè)計。實踐教學(xué)是本課程必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，也是鍛煉學(xué)生動手操作能力，培養(yǎng)科研能力的重要環(huán)節(jié)［7，8］。課程實習(xí)是在理論教學(xué)結(jié)束之后，應(yīng)有益于學(xué)生對所學(xué)課程理論、技術(shù)方法和過程的全面理解［9］。教學(xué)與實踐的結(jié)合，可以讓學(xué)生充分理解所學(xué)理論知識，能解決相關(guān)問題。掌握理論和方法是基礎(chǔ)，遙感圖像解譯的目的是獲取信息以及獲取信息的方法，實踐環(huán)節(jié)在本課程具有非常重要的作用。實習(xí)內(nèi)容根據(jù)課時和安排決定，實習(xí)內(nèi)容主要包括以下兩個方面：①地物特征和解譯標(biāo)志描述；②具體的解譯。實習(xí)采用學(xué)生自主實習(xí)的方式，采用基于成果導(dǎo)向的思想：明確實習(xí)應(yīng)該達(dá)到的目的、采用的方法、使用的軟件，每類地物各自的特征和解譯標(biāo)志，遇到問題解決的方法。即只告訴學(xué)生實習(xí)要求并提供數(shù)據(jù)（考慮到數(shù)據(jù)的有限性，由老師提供），學(xué)生按照要求自己設(shè)計實習(xí)方法，完成實習(xí)。學(xué)生根據(jù)給定的遙感圖像，首先要了解獲取該圖像的傳感器的特點（對應(yīng)課程中傳感器的性能），能夠客觀地分析圖像上的地物（對應(yīng)課程中地物特性），對每類地物的各類特征給予客觀描述（對應(yīng)課程中的地物特征與解譯標(biāo)志），然后采用一定的解譯方法得到相應(yīng)地物（解譯方法與軟件），對結(jié)果作精度評價、分析影響分類精度的因素（問題分析）。其中采用什么方法不受限制，由學(xué)生自己選擇。學(xué)生根據(jù)所給的圖像，自己采用提取信息的方法，完成實習(xí)。實習(xí)的目的在于加深對原理的理解，利用軟件去解決問題，還要了解當(dāng)前遙感領(lǐng)域使用的軟件以及相關(guān)軟件的發(fā)展趨勢。2．4開拓思路。隨著遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，獲取的遙感數(shù)據(jù)越來越豐富，對遙感圖像解譯方法提出了更高的要求。除了掌握課程的經(jīng)典解譯方法，還要求學(xué)生需要掌握更多的解譯方法，了解目前解譯方法的發(fā)展趨勢，特別是目前人工智能技術(shù)在遙感圖像解譯中的作用。并熟悉遙感技術(shù)的應(yīng)用，通過了解應(yīng)用的需求反過來促進(jìn)遙感圖像解譯的發(fā)展，滿足各個領(lǐng)域的需要。通過文獻(xiàn)檢索不僅可以了解現(xiàn)狀，也可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。因此除了學(xué)習(xí)課本以及課堂上的知識外，學(xué)生還需要了解目前本領(lǐng)域的發(fā)展動向，這可以增進(jìn)學(xué)生對本專業(yè)的理解。學(xué)生還可以根據(jù)自己的興趣，結(jié)合自己的思考去檢索文獻(xiàn)。鼓勵學(xué)生利用現(xiàn)有資料檢索本課程相關(guān)的文獻(xiàn)，嘗試?yán)盟鶎W(xué)知識，檢索與遙感圖像解譯相關(guān)的內(nèi)容，就某個關(guān)心的研究熱點收集文獻(xiàn)，歸納成內(nèi)容與格式符合要求的論文。這個環(huán)節(jié)可以給學(xué)生一個鍛煉機(jī)會，以培養(yǎng)學(xué)生檢索文獻(xiàn)，歸納文獻(xiàn)的能力，在此基礎(chǔ)上撰寫綜述性論文的機(jī)會［10－14］，特別是讓學(xué)生思考如何利用所學(xué)知識去分析問題、解決問題。這對于學(xué)生來說是非常重要的。

3結(jié)束語

本文分析了《遙感圖像解譯》課程的特點，基于成果導(dǎo)向思想，開展教學(xué)設(shè)計以及教學(xué)組織。教學(xué)是一個復(fù)雜的過程，基本目的是讓學(xué)生掌握課程的基本理論與方法，能夠運(yùn)用所學(xué)的知識去分析問題和解決問題。教師的教學(xué)設(shè)計是整個教學(xué)環(huán)節(jié)的重要一環(huán)，在課程大綱范圍內(nèi)，結(jié)合課程自身特點組織教學(xué)設(shè)計，通過教學(xué)驗證了本課程設(shè)計的有效性。

作者:周軍其 劉亞文 王樹根 張熠 單位:武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院