“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革研究

王振华+黄冬梅+郑宗生

摘要：本文通过设计不同的海洋灾害案例（如风暴潮、海浪、海冰、赤潮、海啸以及溢油），将系统性和理论性较强的遥感基础理论融入到每个案例中，让学生在案例中掌握系统理论知识。同时，通过“海洋灾害”案例驱动的遥感课程，增强了学生的学习兴趣，加强了海洋环境保护的意识，提高了学生的动手和解决实际海洋问题的能力。

关键词：海洋灾害；遥感课程；改革研究

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）46-0067-02

遥感是现代空间信息学的核心技术之一，自20世纪80年代以来，我国各高等院校都相继开设了“遥感”方面的课程[1-2]。但现有的遥感教学存在的一些不足之处，如：（1）遥感技术的快速发展与教材更新缓慢的矛盾；（2）内容过深，与实际的生活接触有所差异；（3）遥感基本技能的培养与实践时间过少的矛盾；（4）专业素质的培养与传统的授课方式和考核方式的矛盾[3-5]。《遥感应用技术》是上海海洋大学空间信息与数字技术专业的专业必修课，其是一门理论与实践相结合且技术性很强的课程。本文结合上海海洋大学培养海洋类人才的目的，对遥感课程的教学改革进行了探讨。

一、“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革的简介

现代海洋产业的发展离不开良好的海洋环境，良好海洋环境的维护离不开迅捷、快速准确的监测，遥感作为新兴的监测技术在海洋中将发挥重要作用[6]。而我国政府十分重视海洋观测技术的发展。在2010年两院院士大会上再次提出：“要大力发展空间和海洋科学技术，提高海洋探测及应用研究能力和海洋资源开发能力，使我国海洋技术水平进入世界前列。”

上海海洋大学的办学宗旨即与国家海洋发展的主战略衔接，为国家和区域海洋经济发展及产业需求提供技术支撑、人才服务等智力支持。设计“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革，在学生掌握遥感技术的同时，提高学生海洋环境保护意识，增强学生的实际动手能力，锤炼学生解决实际海洋问题的能力。

二、“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革的内容

“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革主要是通过设计不同的海洋灾害案例（如风暴潮、海浪、海冰、赤潮、海啸以及溢油），将系统性和理论性较强的遥感基础理论融入到每个案例中，让学生在实际的海洋灾害案例中掌握系统的遥感基础理论知识。

1.“海洋灾害”遥感数据的收集。通过播放新闻报道或模拟的方式，让学生接触一场海洋灾害，以风暴潮为例，并告诉学生他们的任务是：对海洋灾害进行预测预报，做到防灾减灾的目的。在第一阶段，引导学生分析预测预报“海洋灾害”所需的数据。故此，引出遥感的基本概念、遥感系统的组成、遥感的主要类型以及遥感的主要特点等基础知识。

2.“海洋灾害”遥感数据的处理。面临收集到的海洋遥感数据，大多数初学者无从下手，也看不懂，其原因是不懂遥感数据的原理。在此，引入遥感的成像原理、电磁辐射与地物光谱特征，以及遥感图形的特征等概念。

学生们了解了遥感像素的实际意义的同时，主要培养学生的空间意识。因此加入数字图像的校正等实际操作内容，理论与实际操作相结合，边操作边讲解何为辐射校正、几何校正、图像增强以及多源信息复合等知识。

3.“海洋灾害”遥感数据的判读。以风暴潮为例，风暴潮是指由强风或气压骤变等强烈的天气系统影响而引起的海面异常升降现象。通过两景不同时段的遥感影像的判读，提取海面的异常变化，是通过遥感方式监测风暴潮的主要手段，而此时就要熟悉遥感影像的判读。为了很好地判读影像，需要对影像做一系列的处理，包括对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换等，同时对遥感图像的解译方法和过程也要熟悉掌握。

4.“海洋灾害”遥感数据的可视化。通过三维绘制引擎、地形的识别技术、场景的显示等技术，实现海洋灾害的再现。在此作为知识的扩充，讲解遥感在与其他数据（如DEM数据）融合，以及后期制图和可视化显示等知识。

三、“海冰”灾害监测案例驱动下的遥感教学示例

以“海冰”灾害监测为例，在结束的遥感教学中，对案例驱动的教学方式进行了实验。

海冰灾害主要发生在渤海和黄海北部和辽东半岛沿岸海域。海冰的主要危害上威胁船舶和海上构筑物的安全，影响渔业和航运等。2001年2月，渤海出现近20年来最严重的海冰，辽东湾最大冰厚60m，辽东湾北部港口基本处于封港状态，秦皇岛海域航标受损，40多艘船舶被困，航运中断，天津港船舶进出困难，渤海海上石油平台受到流冰严重威胁。现以渤海湾海冰预警预报为例，实现遥感的知识讲授，整体流程如图1所示。

在“海冰”监测数据需求分析阶段，通过分析渤海湾的“海冰监测”要求，分析所需数据，主要包括MODIS数据、Landsat数据、SAR数据、微波散射数据等。故此，为学生解惑，不同遥感平台、不同的探测手段等，同时，掌握遥感的基本概念、遥感系统的组成、遥感的主要类型以及遥感的主要特点等基础知识。为了实施后期操作，主要提供了同一地区三个不同时间段的数据（免费数据），如图2所示，由此可以清晰地看出该地区的海冰覆盖。

在数据的预处理阶段，主要是上面三景数据进行预处理。此时结合操作软件ENVI，讲解坐标系的定义、图像的几何纠正、图像的剪裁等。但是为了更好地理解这些操作的目的及原理，需要学生掌握遥感的成像原理、地物光谱特征和大气对辐射的影响等。

在数据的特征提取阶段，为了更好地监测海冰的边界等信息，需要对比度变换、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换等。同样结合ENVI操作，在学习理论知识的同时，熟练其操作工程。最后根据不同的要求，对监测结果以出图或报表的形式数据。

四、结语

“海洋灾害”案例驱动下的遥感课程教学改革，使得遥感教学从以理论教学为主的传统遥感教学模式中摆脱出来，激发学生的学习兴趣，进而激发他们学习的主动性和创造性；通过实际海洋灾害案例的设计，培养学生海洋意识，从根本上提高教学质量，全面培养学生的实际应用能力和解决海洋问题的能力。

参考文献：

[1]白淑英，沈润平，王莉，等.遥感科学与技术专业综合实习教学环节改革[J].中国科教创新导刊，2009，（26）：174.

[2]陈述彭，赵英时.遥感地学分析[M].北京：测绘科学出版社，1989.

[3]张飞，买买提·沙吾提，丁建丽.《遥感概论》精品课程的“教学与科研互动模式”探索[J].科技创新导报，2011，（3）：174-174.

[4]熊勤学，朱建强，尚正春.遥感与信息技术探究型自主学习网站设计与开发[J].安徽农业科学，2010，38（22）：12255-12256.

[5]潘竟虎，赵军.高师遥感课程实践教学的改革[J].理工高教研究，2008，2（27）：118-120.

[6]蒋兴伟，宋清涛.海洋卫星微波遥感技术发展现状与展望[J].科技导报，2010，（3）：105-111.