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序論:寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感,挖掘那些隱藏在內心深處的真相,好投稿為您帶來了七篇遙感技術與農業應用范文,愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑,助力您的創作。
[關鍵詞]農業災害 監測 遙感技術
[中圖分類號]DF413.1 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2013)-7-299-1
中國作為一個傳統的農業大國,正遭受著世界上最嚴重的農業災害。如何加強對這些災害的監測和控制,成為困擾農業發展的一項難點課題。基于我國農業發展歷程,我們不難發現,遙感技術是增強農業災害監測實效,實現我國農業更好更快發展的有效手段。對此,本文從基本概述、應用兩個角度,對相關問題進行了如下的分析和闡述。
1遙感技術原理及其優點
1.1遙感技術的基本原理
所謂遙感技術,就是指通過各類光學探測儀器,對遠距離目標所輻射的電磁波信息進行接收、加工、成像處理,進而探測與識別環境地物的一項綜合性技術。而眾所周知,物質不同,所發射的地磁波的波段也會有所不同。正因為如此,不同的物質在遙感技術作用下形成了不同的圖像。從另一個角度講,遙感技術憑借著不同的遙感成像,反映出了目標物的不同數據信息,進而成為區分不同物質的重要標準,這就是遙感技術的基本原理。
1.2遙感技術的優點
與其它監測技術相比,遙感技術的優點主要體現在以下幾個方面:
首先,監測范圍廣,監測立體性強。通過遙感技術,可以獲取對地面的連續性的、立體性的圖像。這種圖像可以有效避免地面點線監測所帶來的視野阻隔以及其它一些局限性,極大地拓寬了監測者的視野,使監測者能夠對各類災害信息進行宏觀性地把握。而且,越是那些波及范圍廣、災害性大的災害,其優勢就越發明顯。
其次,信息獲取量大,信息獲取效率高。憑借著高超的現代航天技術以及先進的現代航天工具,遙感技術能夠及時的、迅速的獲取各類圖像信息和數據信息,為高效數據模型的建立提供先決條件,為災害的甄別與監測提供有效依據。
最后,適應性強,可實現動態監測。對于有些災害,如病蟲害、雪災、火災等,常規性的監測手段根本無法奏效。在這種情況下,就需要充分發揮遙感技術的作用,發揮其適應性強的優勢。此外,遙感技術可以對各類災情進行全天候地監測,實現災前監測、災中監測、災后監測的有機統一,為災害控制提供充足的第一手資料。
2.遙感技術在農業災害監測中的應用
2.1旱災
旱災是一種比較常見的農業災害。據不完全統計,每年因旱災造成的經濟損失約占氣象災害類經濟損失的一半左右。在應對旱災的過程中,比較常用的方法有兩種,一種是熱慣量法,二是作物水分脅迫指數法,這都是遙感技術的重要體現。所謂的熱慣量法,就是指通過遙感圖像反演的研究區晝夜溫差來反映農業旱情的方法;而所謂的作物水分脅迫指數法,則是指通過作物冠層與其上空大氣溫度差來反映作物的水分脅迫狀況的方法。在實際中,兩者的適用范圍有所區別,前者適用于地與作物稀疏的農田,而后者則適用于作物覆蓋率較高的農田。
2.2洪災
與旱災一樣,洪災也是一種比較常見的農業災害。洪災具有時空分布廣、危害性大、突發性強的特點,每年造成經濟損失高達210億元。在實際中,遙感技術常通過洪災程度監測和洪災面積提取兩項指標來實現監測目的。而這兩項指標的取得,通常是建立在歸一化植被指數(NDVI)提取和分析的基礎上。現如今,遙感技術在洪災監測中的應用日趨成熟,尤其是微波遙感技術,憑借著其實時性、動態性的優點,成為目前洪災監測中最常用的數據源。
2.3病蟲害
病蟲害是影響農業生產的重要因素,每年約有13.5%的農業災害是由病蟲害引起的。在以前,人們主要通過肉眼來“監測”這種災害。可想而知,這種監測具有很明顯的滯后性,實際效果也很不理想。而遙感技術可以有效地彌補這個缺陷,通過各項監測數據,為我們準確地提供病蟲害的范圍和程度,以便及時發現并防治,為農業生產提供堅實的保障。光譜參數法是一種通過遙感數據來判斷農作物外部形體以及內部生理信息的方法,而這些信息恰是判斷病蟲害的重要依據。可見,光譜參數法是遙感技術應用于病蟲害的基礎。此外,植被指數法和紅邊參數法也是遙感監測中不可或缺的兩種方法,通過植被參數和紅邊參數,實現最終的監測目標。
2.4冷凍害
冷凍害是指因溫度過低而抑制農作物生長的自然災害。它不僅會延遲農作物的生長,有時甚至會造成農作物大面積的死亡。遙感技術在冷凍害防范方面具有重要的價值,可以準確、有效地預測或者評估冷凍害的發生時間以及危害程度。在實際中,植被指數(NDVI)并不能及時反映農作物凍害,以致冷凍害發生一段時間后才有所察覺。很顯然,這種監測具有一定的延遲性。因此,要想取得理想中的監測效果,就必須將NDVI監測與農作物地表溫度反演有機地結合起來。
2.5風雹災
統計資料顯示,我國每年的風雹受災面積多達600萬公頃,直接經濟損失超過30億元人民幣。風雹災的破壞性極強,在極短的時間內就會造成農作物的大面積倒伏甚至死亡。截至目前,遙感技術在風雹災中的應用現狀還不甚理想,遙感數據的時間分辨率與空間分辨率還無法達到要求。針對這種現狀,可以采用TM、EOS-MODIS、NOAA-AVHRR等遙感數據相結合的方式,增強數據源的針對性和有效性。
3小結
綜上所述,在新時期,加強遙感技術在農業災害監測的應用是一項非常系統的工程。為了將該項工程做大做強,夯實該項工程的基礎,必須明確以下幾個問題:首先,要對加強遙感技術在農業災害監測應用的必要性和重要性有一個清晰的認識;其次,要對遙感技術在農業災害監測應用的現狀有一個全面的分析;最后,要對加強遙感技術在農業災害監測應用的路徑有一個科學的把握。只有這樣,才能切實增強遙感技術應用的有效性與實效性,才能真正實現我國農業又好又快的發展。
參考文獻
[1]閆峰,李茂松,王艷姣,覃志豪.遙感技術在農業災害監測中的應用[J].自然災害學報,2006年第06期.
關鍵詞:低空遙感;農業大數據;無人機;農情解析
農業生產是人類賴以生存的傳統性社會生產活動,但由于其具有生產分散性、地域復雜性、災害突發性等特點,人們難以及時掌握農業資源信息來推動生產發展。1970年代開始,隨著民用資源衛星的出現,農業生產領域最先開始利用遙感技術進行農作物面積監測和估產且效果顯著。近年來,無人機遙感技術在農業生產中的應用發展迅速,憑借其靈活機動、操作簡單、成本低、獲取影像速度快且光譜分辨率更高等高空遙感無法比擬的優勢,推動了精準農業的調查、評價、監測和管理。由于無人機遙感技術可對農作物進行快速高效的動態實時監測,它已經成為當下農業遙感領域的研究熱點。
1無人機遙感概述
1.1無人機發展歷程
1916年9月,無人機正式步入人們視線開始發展,2010年開始進入全民應用階段。目前無人機的應用已經滲透到人類生活的方方面面,成為促進社會經濟發展的重要增長點。無人機以其操作方便、靈活機動、實時精準等特點受到了越來越多的關注和得到了應用發展。我國的無人機發展雖起步較晚,近年來也獲得了一定的成果,開展了一系列卓有成效的應用研究,影像數據的監測和獲取精度有了極大的提高。
1.2無人機低空遙感系統組成
具體的無人機低空遙感系統的組成部分有:無人機飛行平臺、微型傳感器負載、地面控制臺、數據傳輸系統和影像處理系統等。在農業資源領域,無人機的形狀大小、可載負荷量、飛行性能和航線規劃算法都對農田資源的監測獲取精度有著很大的影響。近年來隨著多種無人機平臺———如固定翼、單旋翼和多旋翼等無人機機型的出現,各種問題和缺陷也逐漸顯露出來,農業遙感技術的發展面臨著新的機遇和挑戰。
2無人機農業應用中的優勢
相比于衛星遙感,無人機有著獨特優勢。(1)無人機作業自主化。農業無人機由動力驅動,操作靈活,可以根據要求自主規劃最佳航行路線和拍攝角度,極大地彌補了傳統作業需要大量人力且效率低的缺點。(2)無人機獲取數據精準。低空無人機遙感技術可以憑無人機的近地攝影測量優勢獲取更高精度的光譜影像,覆蓋范圍更廣,受到天氣和空間的影響更小,與“精細化農業”的目標更加貼合。(3)無人機獲取數據實時、快速、成本低。可以動態連續監測,利用所得影像的高光譜信息進行作物營養診斷、農田系統檢測和種類細分、作物長勢動態信息獲取等技術操作。
3無人機低空遙感技術的主要應用
3.1農業資源預測評估
糧食作物是維系社會正常運行的基礎,種植面積與長勢的波動影響著國家的穩定。衛星遙感在精確即時數據獲取方面有著明顯缺陷,無法滿足現代農業要求。近年來,無人機遙感隨著技術的成熟,彌補了衛星遙感的不足,其在農作物長勢分析、養分和土壤水分分析等方面發揮著獨特優勢。在不與農作物直接接觸的情況下可以通過傳感器在低空獲取作物的電磁波信息并得到相關的指標數據,然后用相應的定量分析方法對耕地生產力進行評價,且最終獲得的數據的空間分辨率可達到厘米級。參照劉忠等[1]的研究,將農作物長勢關鍵參數劃分為形態指標、生理生化指標、脅迫指標和產量指標等4類。有關長勢參數反演的相關研究近年來在國內外都是研究熱點,反演方法有形態特征提取法、輻射傳輸模型法等眾多針對不同情形的方法,選擇時要盡量避開其短板。
3.2農業蟲草害遙感監測
全世界每年由病害和蟲害導致的糧食減產仍然十分嚴重,在總產量中的占比約達到了1/4。目前國內外對利用無人機遙感進行數據反演的研究有很多,但是還未形成規模化成果進行推廣,大部分是針對特定作物的監測研究。在農業蟲草害中,作物與雜草的識別不可或缺,針對此問題Inkyu等[2]提出了新的改進辦法,即利用站式滑動窗口的方式開發一種新的識別分離模型。在各研究中,對于蟲草害等信息光譜特征專門提取并進行遙感反演定性,若可更深入研究并加以推廣,可做到對災害的及時發現和防治,將對農業發展有巨大的推動作用。
3.3精準農業管理
精準農業管理是根據作物生長環境和自身特點的差異性進行精準的特定的管理,達到浪費少、成本低、收益高的目的。在李明等[3]的實驗研究中,對通過無人機遙感試驗得到的多幅有重疊區域的水稻地塊圖像,進行處理后建立的可識別二分類Logistic回歸模型準確率高,對各不同地塊的差異性比較具有參考價值。對無人機影像獲得的三種可見波段進行模型建立可達到高精度提取某種作物信息的效果。如綜合利用紅、綠、藍三個波段建立可見光差異植被指數模型,綠色健康植被信息的提取精度可達到90%。
4無人機農業應用中的不足
由于無人機遙感技術仍是近年來的新興技術,若要大規模推廣利用仍有許多局限性。無人機自身攜帶的GPS精度、天氣狀況、續航時間、通信距離等因素都會影響無人機遙感技術的適用性和實用性。針對單一無人機的作業能力,國內外研究者提出了眾多解決方案,但尚未得出一個全面的結論,例如若提高機載設備的監測精度往往又會減低其單次飛行時間。同時,農田間環境千差萬別,對無人機的運行也是極大的挑戰。在面對復雜天氣時,體積小質量輕的優點反而成了劣勢,若不能做到隨時監測就會降低無人機遙感的可靠性,惡劣條件下通信信號變弱也會影響到低空無人機的運行。國內外無人機遙感研究模型試驗的農田范圍尚小,缺乏代表性。
關鍵詞:教改;遙感;農業院校
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)09-0059-03
遙感是農業高等院校一些專業(如資源環境與城鄉規劃、土地資源管理、農業資源與環境、環境科學等)的本科生必修的專業核心課程。遙感技術已經廣泛應用于社會生產的各個領域,培養遙感應用型的高級技術人才非常重要,但目前農業院校的遙感課程的教學體系、教學內容和教學方式難以適應遙感技術的快速發展,存在不少問題,使培養的人才與社會產生脫節。
一、農業院校遙感教學存在的主要問題
1.遙感課程理論多而雜、抽象化等特點,抑制了學生的學習興趣。遙感技術具有理論抽象、知識點龐雜的特點,其多學科交叉,基礎知識面廣而雜,技術性和實踐性較強且多應用于大型項目。農業院校的本科生一般是第一次接觸,缺乏與課程相關的預備基礎知識和背景知識,學習遙感課程太抽象,實際生活中也很難接觸到遙感應用方面的項目,這樣會導致學生覺得遙感課程“遙不可測”,具有一定的距離感和陌生感。另外,遙感課程在農業類院校中一般屬于專業基礎性學科,得不到足夠的重視,以及學時不多等原因都在一定程度上抑制了學生的學習興趣。
2.教材內容過于突出前沿科學,忽略了其應用性。現在的農業院校遙感教材已經采用國家農林類普通高等教育“十一五”、21世紀規劃教材,雖然教學內容進行了更新,基本上不存在以前的內容過于陳舊的問題,但仍然出現不少問題。主要存在教學內容過于突出其前沿科學以及發展趨勢,導致部分教學內容或過于深奧,或與農業類等相關專業的結合性不大,在農業院校等相關領域中幾乎應用不到;如“微波遙感原理”深奧難懂,在農業院校相關專業幾乎很少用到;又如“高光譜的影像分析”過于深奧,對于遙感課程學時很有限的農業院校本科生關聯系不多且過于深奧。現在國民生產的各領域中廣泛應用的遙感技術或結合性較強的教學內容,很少有教材提及或提及極少。如近年在災害監測中廣泛應用高分辨率的QUICKBIRD、WORLDVIEW衛星數據WORLDVIEW;又如在農業中應用較多的測定地物光譜儀的設備和我國“北京一號”小衛星在北京近郊農業監測中應用等內容卻無體現。脫離生產實踐與應用的前沿技術,就像是沒有方向的深海之舟,與農業類院校本科生的教學宗旨與教學目標背道而馳。
3.教學手段不夠豐富,學生參與不夠,缺乏學習熱情。農業院校遙感課程雖然普遍使用了多媒體教學技術,但仍是以教師講授為核心,缺乏形象教學必要的教學手段與輔助教學資料,很少有本科生參與教師的科研項目或大型的工程應用項目。由于時間等種種原因,也很少本科生參加課內外的遙感應用的體驗與交流報告,缺乏學習遙感課程的源動力與熱情。
4.現有的考試制度抑制了學生的創新。現有的考試制度以考試為主,側重卷面成績,試卷考核方式很難考驗學生對理論體系的系統性掌握、知識點的內在聯系以及實際技能的掌握程度與應用程度。農業院校的遙感實驗課程學時設置少,實驗個數少,實驗成績占課程成績的比重不大,一般隸屬于遙感課程理論教學的一部分,很少單獨開設,實踐環節教學得不到足夠的重視,且多側重實驗報告成績,忽視了實踐環節學生能力的表現。現有的課程成績構成缺乏討論、專題制作、文獻檢索、學習報告等多手段,在一定程度上抑制了學生參與的積極性和主觀能動性,導致學生自主學習的熱情不夠,缺乏創新的激情。
5.實踐學時偏少,缺乏針對農業院校的上機教材。遙感實踐課程少,難以培養學生的感性認識,動手能力的提高更是無從談起。目前,與遙感課程配套上機的教材多是針對高等院校測繪類專業,缺乏與農業院校遙感課程配套的上機實驗教材,市場上偶見農業院校專用教程,在內容的設置上與上機實驗數據或樣例數據方面卻與測繪類專業并無多大區別。農業院校類本科生感覺不到遙感實踐與專業的相關性或結合性,無法滿足農業院校專業學生的實踐教學的需求。
二、教學改革的基本內容與途徑
1.教學內容的完善與改革。(1)教學內容的設置應重點突出。在農林院校遙感課程學時很有限,而遙感技術體系本身內容非常龐雜,教學內容與學時的設置除了體現理論的系統性,一定要注重各部分內容的內在的邏輯聯系,突出主要內容和重要內容,必要時,應進行取舍。使學生對整個教學有一個比較宏觀、層次清晰的印象,能夠抓住遙感主要的原理和難點內容。農業院校的遙感課程主要內容包括航空像片與遙感相關的基本概念、地物的反射光譜特性、航空攝影測量的基礎知識、遙感圖像的像點誤差、航空攝影測量的內外業、衛星傳感器數據、遙感圖像的目視判讀與調繪、遙感數字圖像處理原理與操作技能,以及遙感技術的應用案例,尤其是在農業領域的應用實例。(2)根據應用情況對前沿性內容取舍。現在很多教學改革過于突出課程的前沿性內容,但受到學時的限制,很難與生產實踐或專業聯系起來,學生感覺很陌生、很抽象,教學效果甚不理想。農林院校的遙感課程學時一般都很有限,在突出課程內容的系統性和重點內容的前提下,對于前沿性的內容,可結合授課專業情況進行靈活調整。若在相應專業領域中很少應用的可略講或不講(如微波遙感、高光譜);若在相應專業領域實踐中有應用或應用較多的(如在農業和土壤學科應用較多的便攜式地物波譜儀),可側重于先進的儀器以及在科研或生產實踐中的作用與功能。這樣學生既不會感到深奧難懂,又會覺得該課程很貼合實際需求,這樣就可在有限的學時取得較好的教學效果。(3)實驗內容的調整。遙感課程實驗內容的設置應與基本理論、基本方法相呼應,突出其主要技能、實踐技能,平衡傳統方法與現代作業方法,采用的實驗器材或軟件應與當地生產部門基本保持一致,若有條件應盡量將實驗課單獨開設。遙感技術在實際作業中,數據源以及產品都是采用遙感數字圖像,因此,傳統的遙感課程實驗內容應根據行業發展情況適當地刪除過時的實驗,保留主要的遙感實驗外,應盡量根據授課對象的就業方向、科研情況以及學時情況選擇性地增加設置遙感數字圖像處理的實驗內容與課時數,如“熟悉ERDAS或ENVI遙感圖像處理軟件的基本操作”、“遙感數字圖像的增強處理”、“遙感數字圖像的幾何處理”、“遙感數字圖像的計算機自動分類”。
2.教學手段與教學方法的改革。(1)從興趣點或生產應用入手展開教學。由于遙感課程理論知識點多而雜,在教學內容的組織上可從學生感興趣的知識點入手,適當引用遙感在測繪、國土、農業等重要部門的一些視頻資料。闡述基本原理與基本方法時注重加強學生思維的引導,主要內容與重點內容可采用精講、細講,生產中不常用的原理與方法采取學生課外自主學習為主,遙感在實踐中應用可采取具體案例分析,這樣既可保證激發學生學習的興趣,在面上對遙感有全面的把握,又可在重點內容上有所深入。除了現代常用的多媒體教授的教學方法,可布置與課程內容相關且很有趣的課外小作業,如可通過讓學生在Google Earth上查找校舍或旅游目的地的方式對衛星遙感數據的認識。(2)制作遙感教學輔助材料。遙感教學輔助材料包括航空圖像與衛星遙感圖像樣片的制作、各類教學視頻的制作、試題庫與習題庫的制作、遙感精品課程在線網址的收集,完善各種網絡教學資源庫的建設等。將生澀難懂且方便用于直觀教學的遙感圖像的分類與遙感圖像的解譯標志等內容制作教學樣片,如可將全色圖像、紅外、彩紅外、多光譜等航空像片與各種常用的衛星遙感數據制作樣片,形象而直觀,易于理解與記憶。對于比較抽象、生活中接觸較少的知識點用于制作1~5分鐘的輔助視頻,如航空拍攝的過程、衛星遙感以及傳感器的工作原理等。將近年來遙感技術應用于現實生活中有影響力的重大事件的新聞視頻片段制作教學視頻資料,如“國土部:用衛星遙感圖片嚴查違法用地”、“我國‘北京一號’、‘小衛星’監測北京近郊農作物長勢”、“汶川地震前后遙感圖像前后對比”等新聞視頻片段。教學輔助材料在有些教學內容方面可發揮很大的教學作用與效果。(3)重視遙感技術應用案例分析。一般農業院校的遙感技術的應用所占學時極少,與專業結合性不夠。一般只是泛泛地提到或者一帶而過,沒有具體的案例或應用視頻,學生缺乏對遙感技術實際應用情況的了解。可根據授課對象與專業方向選擇教學輔助材料,根據授課對象及專業方向播放其相關內容,重點分析應用案例。如面向土管專業授課時可側重土地資源調查與土地執法的案例分析;面向農資專業時,可側重農作物長勢監測與估產、光譜反射率的野外測定與分析等案例分析,面向環境類專業,可側重環境監測與災害監測的案例分析。(4)實現教學手段的多元化,激發學生學習熱情。除了常用的多媒體教學與板書等教授方式外,還可適當采取學生教學的方式,加強與學生互動交流,提高學生自主學習的能力。利用課前與課間的時間或借助網絡平臺,與學生進行充分交流,及時掌握他們的興趣、學習難點以及就業意向等,因材施教。利用國家、省和校級精品課程建設的成果,建立網絡實踐教學平臺,實現網絡互動式教學,設置“課件下載”、“實驗報告上載”、“答疑”、“FTP”等功能。可借助與測量學等課程的重疊交叉知識,進行觸類旁通式的教學。通過小型專題報告的形式,促使學生課外收集文獻資料學習實踐應用性強、與專業結合緊密的內容,擇優以多媒體的形式課堂交流并點評,并作為學生課程考核的一部分,有意識地將教學內容與科研、就業與生產項目管理等結合起來,引導學生自主學習,激發學習的創造性。
3.建立考試制度的改革,提高其學習的積極性。進行課程考試制度的改革,改進考核方法,建立考察學生全面素質的考核體系、建立科學的考察學生綜合知識、綜合素質、綜合能力的實踐考核體系,采取靈活多樣的考試方式。在課程考試構成增加小型專題報告制作、文獻檢索與總結等,理論環節可增加課堂互動環節(如提問、討論等)考核的比重;實踐環節可強化動手實踐與儀器操作的考核,淡化實驗報告等書面成績。通過建立考試制度的改革,促進學生積極學習。
三、教改效果分析
近年來遙感課程改革探索初步取得較為明顯的成效,具體表現在以下幾個方面。
1.學習態度的改變。學生對教學內容的興趣和注意力明顯提高,課堂互動變得更為積極,課外自主學習的激情提高,教學氛圍良好,“教與學”變成了一件較為愉快的教學活動,學生對遙感方向的學術報告與畢業論文選題感興趣的人數明顯增加。
2.學生對遙感教學的評價。每學期都對全部遙感課程進行教學評估,學生無記名網上評教,結果表明總體優良。說明學生對于教學內容與教學形式是認可與肯定的。
3.學生的收獲。國土資源管理、農業資源與環境等專業分別成立了興趣小組,在老師的指導下能夠獨立完成校級創新型實驗項目。學生的動手實踐能力明顯得到鍛煉與提高,有機會參與到多項遙感技術應用的工程項目,特別優秀的學生能在測繪遙感相關的事業單位就業。也有本科生在國內的學術期刊上公開發表遙感領域內的科研論文。
雖然筆者針對農業類院校的遙感課程實踐教學改革進行了探索與實踐,然而,許多問題有待進一步探討,諸如教學平臺的完善、教學形式的改進、產學研實習基地建立、專業實踐素材庫的建立等。面向未來,我們需要更好地根據社會需求,積極進行遙感教學課程改革,為社會培養出更多的遙感應用型的高級人才。
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一、現代測繪技術的應用
1、礦山測量
在礦山測量中,遙感技術的應用已經經歷了較長的時間,也積累了比較豐富的經驗。在對礦山環境進行測量時,遙感資料可以幫助測量到礦區最新的動態信息,為礦區的開發和保護提供決策支持,并對礦區環境進行有效監測,以保證礦區環境的安全。在礦山測量中,GPS技術也是常應用到的,GPS技術可以對礦區地表進行移動監測,被廣泛的應用與礦山測量工作的地面部分。GPS技術可以定位各種測量技術的方法,建立自動化、智能化的數據采集系統,從而找出適合礦山地質的測繪方法,促進礦山的可持續發展。
2、濕地應用
遙感技術可對濕地生物資源的分布及生長狀況進行全天候的監測,及時獲得濕地生物多層次的動態數據,實現對生物資源管理系統相關資源的及時更新。通過對這些最新的數據進行有效分析,可以得到濕地的最新變化,從而更好的掌握濕地的變化狀態,為濕地研究和應用濕地資源提供有效的信息。濕地里的資源都是比較稀少的,保證濕地資源的應用,是現代測繪技術在濕地應用方面應該注意的問題。利用遙感技術對濕地資源進行勘測,保證濕地資源的充分利用是現代測繪技術在濕地應用方面的最大貢獻。
3、水利工程監測
大江、大河的水位監測需要高新技術的支持,遙感技術的應用正適應了高新技術的發展需要。實施遙感技術可以對大江、大河的水位進行有效監測,預測洪水災害發生的最大面積和對沿岸帶來的最大損失,為相關部門提供了準確可靠的數據,從而使相關部門可以進行有效的預防,避免重大災害事故的發生。而RS和GIS的集成應用則能夠預報洪水淹沒范圍及干旱災情范圍,為抗洪、防災提供及時有效的信息,以將災害事故的損失降到最低。利用GIS的分析決策功能,還可以幫助選擇準確的水庫大壩選址,為開發利用水資源提供有效的幫助。目前,現代測繪技術在水利工程方面的應用已全面展開。
4、農業發展
在農業中,GPS的應用相當廣泛,此技術可對農田信息進行空間定位,利用RS技術還可以獲取農田里作物生長環境、生長狀況等,建立起資源信息管理系統,幫助相關部門找出更加是適合土壤的農作物,從而提高農作物的產量。利用GIS技術對農田的自然條件、農作物的生長狀況等進行有效分析,爭取最大限度的優化農業資源與生產要素的合理分配,以保證可以獲取最高產量和最大經濟效益,與此同時,還可以保證農田的生態環境和農業自然資源的有效利用,減少浪費,以實現農業的現代化和可持續發展。
二、現代測繪技術的發展
1、GPS的發展
GPS的全稱是全球定位系統,是美國最先開始研制的,并于1994年完全建成,廣泛的應用于海、陸、空三個方面。隨著時代的進步和經濟的發展,GPS技術有了飛躍式的發展,不斷的進行改進和完善,其應用領域也在不斷的開拓,各種GPS的接收機變得越來越小,更方便在野外進行操作。現在,GPS技術已經廣泛的應用到了國民經濟的各個部門,并逐漸深入到人們的日常生活當中。GPS技術的問世,是測繪技術發展的一個重要的里程碑,已經成為現代測繪技術應用的重要手段,其未來潛力更是難以估測。與常規的地面測量相比,GIS技術更能適應自然條件,對監測的選擇也更為靈活,而且能夠持續的進行全天候的作業,其搜集數據的精確度也是達到了頂峰。
2、遙感技術
遙感技術在現代測繪技術中占有重要地位,被廣泛的應用到各種環境測繪中去,其中衛星遙感和航空遙感應用比較廣泛,這對于發展地形圖測繪及航空作業有著重要的作用。遙感技術的應用對于信息資源的獲取有著極高的價值,在加強國防的情況下,遙感技術在國防方面的應用便顯得尤為重要。各個國家之間的競爭都需要更先進的技術以加強國防,保證國土的安全,遙感技術的應用,可以利用衛星探測技術對外國進行監控,以更好的制定防御策略。
3、GIS的發展
地理信息系統的發展歷史是比較短暫的,但其對世界的影響卻是巨大的。當前,地理信息系統正被廣泛的應用到地理勘測中去,對空間地理進行整理和分類,對相關的信息進行采集和處理分析,以更好的了解地質結構,建立更合理的地表建筑,保證地理資源的合理利用。地理信息系統的發展對于現代測繪技術的應用和發展意義重大,已經成為現代測繪技術的重要技術支撐,對現代測繪技術的發展起著不可估量的作用。
三、現代測繪技術發展對國民經濟的影響
1、建立數字化的監測系統
隨著“數字晉中”的建設,3S被廣泛的應用到了國民經濟中,施行了地理空間信息資源的開發利用和更新共享。建立完善的信息管理系統必將對地理空間信息進行有效的整理和分類,以保證現代測繪技術在各個方面的合理應用,實現區域信息資源的有效整合。
2、促進國民經濟的發展,提高人民的生活水平
現代測繪技術的應用和發展,影響是廣泛而巨大的,尤其是RS技術的應用,在各種環境測繪中,RS技術的應用最為廣泛和普遍,RS技術為國防事業的發展做出了突出的貢獻,維護了國家的安定和社會的穩定,是3S技術中最具有應用意義的技術。
現代測繪技術的發展和應用,必將給國民經濟的各個方面帶來方便的操作和應用,使3S技術廣泛應用,人們在生活中便可根據由現代測繪技術建立的監測系統對所要進行的事情進行準確估量,保證問題的順利解決。3S技術的廣發應用必能促進國民經濟的快速發展,實現數字化時展,為人們提供方便有效的系統資源,提高人們的生活水平。
結束語:
經濟的發展,帶動了各種科學技術的發明,現代測繪技術便是經濟快速發展的產物,它的出現,為經濟的快速發展帶來了更多的便捷。通過對現代測繪技術的應用和發展的分析,也越發的肯定國民經濟的發展離不開測繪技術的進步。現代測繪技術的廣泛應用給國民經濟的發展和人民生活水平的提高帶來了福音。加強對現代測繪技術的研究,找出可以進一步提高現代測繪技術應用能力的有效途徑,以保證其能夠更好的為國家和人民服務。
參考文獻:
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摘要:本文探討了現代測繪技術的發展現狀,并介紹了在礦山測量、濕地、水利工程和精準農業四個方面的應用。關鍵詞:測繪;應用;發展
隨著現代測繪技術的出現,無論在學科理論,或在技術體系,以及應用范圍上都取得了重大的發展,甚至可以說是重大的變革,從而也將徹底地改變傳統測繪的生產方式。現代測繪產業以“3S”技術為特征,現代測繪技術已經成為人類研究地球及自然環境,解釋某些自然現象,解決人類社會可持續發展等重大問題的重要工具。一、現代測繪技術的發展概況(一)GPS的發展全球定位系統(GPS)是美國從20世紀70年代開始研制,于1994年全面建成的利用導航衛星進行測時和測距,具有在海、陸、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。1996年2月,美國總統令宣布GPS為軍民兩用系統,標準定位服務對民用開放,2000年5月,美國總統令SA關閉,價格不貴的民用GPS接收機能將其水平定位精度從不低于100m提高到15~20m,民用GPS的具備了真正的實用價值。隨著全球定位系統的不斷改進,硬、軟件的不斷完善,GPS的應用領域正在不斷地開拓,目前,各種類型的GPS接收機體積越來越小,重量越來越輕,便于野外觀測。GPS已遍及國民經濟各種部門,并開始逐步深入人們的日常生活。GPS和GLONASS兼容的全球導航定位系統接收機已經問世。GPS作為一項引起傳統測繪觀念重大變革的技術,已經成為大地測量的主要技術手段,也是最具潛力的全能型技術。GPS定位技術與常規地面測量定位相比,除具有對測站選擇更靈活、更適應不利條件、全天候連續作業外。還具有比任何地面常規技術供數量更多、精度更高的數據信息。(二)遙感技術的發展遙感包括衛星遙感和航空遙感,航空遙感作為地形圖測繪的重要手段已在實踐中得到了廣泛的應用,衛星遙感用于測圖也正在研究之中并取得一些意義重大的成果,基于遙感資料建立數字地面模型進而應用于測繪工作已獲得了較多的應用。自20世紀初菜特兄弟發明人類歷史上第一架飛機起,航空遙感就開始了它在軍事上的應用,從1972年第一顆地球資源衛星發射升空以來,美國、法國、俄羅斯、歐空局、日本、印度、中國等國家都相繼發射了眾多對地觀測衛星。遙感信息獲取技術已從可見光發展到紅外、微波:從單波段發展到多波段、多角度、多極化;從空間維擴展到時空維;從低分辨率發展到高分辨率甚至超高分辨率。遙感平臺有地球同步軌道衛星、太陽同步衛星、太空飛船、航天飛機、探空火箭,并且還有高、中、低空飛機、升空氣球和無人飛機等:傳感器有框幅式光學相機,縫隙、全景相機、光機掃描儀、光電掃描儀、CCD線陣、面陣掃描儀、微波散射計、雷達測高儀、激光掃描儀和合成孔徑雷達等,它們幾乎覆蓋了可透過大氣窗口的所有電磁波段。(三)GIS的發展地理信息系統作為多個學科、多種技術交叉融合的產物,至今只有40多年的歷史。地理信息系統起源于20世紀60年代加拿大和美國學者的在土地和交通方面的地理信息研究。1998年1月31日美國前副總統戈爾在加利福尼亞科學中心的一次講演,在該講演中戈爾正式提出數字地球的概念。地理信息系統作為對空間地理分布有關的數據進行采集、處理、管理、分析的計算機技術系統,其發展和應用對測繪科學的發展意義重大,是現代測繪技術的重大技術支撐。二、現代測繪技術的應用現代測繪技術作為一門新的信息科學在經濟和社會可持續發展的諸多領域正發揮著愈來愈大的作用。在這里主要介紹現代測繪技術在礦山測量方面、濕地方面、水利工程方面和精準農業方面的應用情況。
(一)礦山測量方面遙感技術在礦山測量中的應用已經歷了較長的時間,并積累了豐富的經驗。應用遙感資料,可獲取礦區實時、動態、綜合的信息源,對礦區環境進行監測,為礦區環境保護提供決策支持。遙感資料用于找礦、礦區地質條件研究、煤層頂底板研究等方面都已得到應用,所有這些,都說明遙感技術應用于礦山測量是礦山測量實現其現代任務的重要保證。利用GPS技術進行礦區地表移動監測、水文觀測孔高程監測、礦區控制網建立或復測、改造等。其應用于礦山測量工作的地面部分已成為現代礦山測量的一項重要支撐技術。以礦區資源環境信息系統為平臺,以各種測量技術為數據獲取的途徑,可以建立集數據采集、處理、管理、分析、輸出于一體的自動化、智能化的技術系統,作為礦山可持續發展的決策支持系統。(二)濕地方面利用遙感技術對濕地生物資源的分布、生長狀況及其變化進行估測。利用遙感技術多層次、多時相的動態監測功能獲得及時可靠的數據,通過地理信息系統技術進行相關數據的實時更新,并對這些數據進行空間分析,可得到濕地的動態變化情況。應用遙感和地理信息系統技術,獲取濕地生態環境質量分析評價所需要的數據,借助GPS技術進行水質采樣調查、植被樣方調查、土壤采樣等常規野外調查。根據濕地信息系統的功能,可將其劃分為兩大類:查詢服務型信息系統和決策支持型地信息系統。(三)水利工程方面遙感技術能夠實時地對大江、大河和湖水水位進行監測,可實時監測洪水災害面積。RS和GIS集成能及早預報洪水淹沒范圍和干旱災情范圍,為防災、抗災提供準確信息。在水利樞紐工程竣工后,需對水庫大壩、大型橋梁等進行連續的、精密的監測。現代測繪技術提供了連續、實時的安全運行監控手段。利用全數字攝影測量或數字測圖技術建立數字地面模型,應用GIS的分析決策功能,可以方便快速地進行水庫大壩選址、庫容計算、引水渠修建、受益范圍等設計工作,為開發利用水資源提供科學依據。目前,大中城市都有由數字測圖技術或全數字攝影測量技術建立的城市數字地形圖,給排水管線的規劃、設計可在數字地形圖上進行。(四)精準農業方面精確農業中,利用GPS技術對采集的農田信息進行空間定位;利用RS技術獲取農田小區內作物生長環境、生長狀況和空間變異的大量時空變化信息;利用GIS技術建立農田土地管理、自然條件、作物產量的空間分布等的空間數據庫;對作物苗情、墑情的發生發展趨勢進行分析模擬,為分析農田內自然條件、資源有效利用狀況、作物產量的時空差異性和實施調控提供處方信息。GPS、RS、GIS技術及自動化控制技術為支撐的精確農業將促進現代農業的發展。它能夠收集土地利用現狀、植被分布、農作物的生長情況、農作物的災情分布、土壤肥力等多種信息,將信息技術與農藝、農機有機地結合起來,最大限度地優化各項農業資源與生產要素的合理分配,獲取高產量和最大經濟效益,同時又能有效地保護生態環境和農業自然資源,有利于農業的可持續發展。
三、結語以“3S”一體化或集成為主導的空間信息技術體系已逐漸成為測繪學或地球信息學新的技術體系和工作模式,其先進性、時效性明顯。現代測繪技術將朝著高科技、自動化、實時化和數字化方向發展。
[關鍵詞]攝影測量 遙感技術 發展 問題
[中圖分類號] P217 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2015)-7-199-1
近些年來,人們迎來了信息時代,人類社會也逐漸步入到全方位的信息時代中,新興很多科學技術,并得到了迅速發展,被人們廣泛應用到人類生活之中。攝影測量經過數字攝影測量階段、解析攝影測量階段以及模擬攝影測量階段這三個階段。在攝影測量技術發展期間,從遙感數據源到遙感平臺、遙感器、遙感數據處理、遙感理論基礎探討等,都產生了很大變化。下面,筆者就對攝影測量與遙感當前發展中面臨的問題進行分析。
1攝影測量與遙感發展中存在的問題
1.1遙感技術發展存在的問題
當前形勢下,遙感技術主要被應用到環境保護、城市規劃、土地利用、荒漠化監測、災害監測、環境預報、海洋監測、天氣預報等行業和領域中,遙感技術為社會發展帶來了很大的經濟效益。特別是航天遙感技術的提出和發展,航天遙感技術對衛星遙感進行充分利用,進而獲取各種需要的信息,可以說,航天遙感技術是當前最為有效的方法。
目前,在遙感技術的應用上,還存在一些問題:譬如說過分重視對表面現象的反饋,忽視了內里的規律分析、定量分析等。同時,遙感技術應用中還存在過分單一的問題,這在一定程度上影響了遙感技術作用的發揮,多種遙感技術的一體化綜合應用有助于獲取更加準確的數據資料,提高測量質量。比如說:遙感技術應用到水質的監測中時,進行數據分析多為定性分析,很少進行定量分析;且監測精度不高,存在明顯的經驗、半經驗算法;另外,在監測的數據參數上,主要為透明度、渾濁度、懸浮沉積物、葉綠素等,參數過少,而且監測的波段范圍也不大,主要集中在可見光和近紅外波段范圍。
1.2攝影測量發展存在的問題
我國的攝影測量發展經歷了漫長的歷程,伴隨著我國自動控制技術以及計算機技術的不斷發展,在二十世紀末期,完成了全數字的自動測圖軟件研發和應用,由此,數字攝影測量技術得以迅速發展,數字攝影測量被普遍應用到測量工作之中。在進入到二十一世紀以后,科學技術的不斷提升為攝影測量提供了幫助,使攝影測量也步入到數字化時代中。在數字攝影測量中,傳統的圖像處理從光學儀器上搬到了計算機上,實現了對傳感器空間方位的校正、地形起伏引起像點位移的糾正以及圖像鑲嵌等功能。目前,在攝影測量圖像的處理方面,還存在圖像匹配、不依賴DEM的正射糾正等問題。譬如說:在圖像匹配上,在地形圖上取影像與地形圖上對應同名點作為糾正控制點,這種方法的精度不高,當前在圖像的匹配上依然主要依賴人工方式,而數字化的圖像匹配還有待進一步研究和發展。
另外,攝影測量技術中得數字正射影像圖(DOM)存在嚴重的圖像質量問題,外界環境的諸多因素都會直接影響到圖像的質量,影響攝影測量的精度。譬如:清晰度差、紋理不清晰、重要地物缺失等。實踐經驗表明:原始影像質量、DEM數據質量、攝影處理條件、拼接線、第三方軟件等都會對DOM質量產生影響。
2推動攝影測量與遙感技術發展的策略
近些年,在數據分析、信息服務、獲取和處理數據的過程中,攝影測量與遙感技術都得到了良好發展,獲取數據的裝備也得到了迅速發展,從本質上提升了數據處理系統的自動化程度。
2.1遙感自動定位技術的發展和應用
在攝影測量與遙感技術發展過程中,遙感自動定位技術具有十分重要的地位,不僅能夠對影響目標實際位置進行準確確定,更可以對影響屬性進行準確解譯。將GPS的空中三角測量作為前提和基礎,對慣性導航系統進行充分利用,由此形成了航空影響傳感器,航空影響傳感器將定點攝影成像實現,并且保證定點攝影成像的高精度。在衛星遙感這一前提和基礎下,精度可以實現米級,遙感自動定位技術能夠實現實時數據更新和實時測圖等作業的流程,進而將野外像控測量工作量減少。
2.2在三維模型表面重建中應用攝影測量
在工程勘察、人體重建、人臉重建、醫學重建、文物保護、工業測量以及土建筑重建等方面都均已普遍應用三維物體重建技術。三維物體重建技術通過手持量測的數碼相機實施操作,進而能夠得到多度重疊以及短基線的圖片,通過立體匹配的渠道獲取模型點的數據。利用短基線多影響的數字攝影測量快速三維的重建技術,能夠從本質上將攝影測量無法兼顧遠景和變形問題進行解決,在實施的過程中,通過采取量測數碼相機手持拍攝這一種方式方法,使測量技術更加快速和簡單,并且擁有高度自動化。
2.3構建完善的遙感監測指標體系
為推動遙感技術定量化分析的應用于發展,必須建立起完善的遙控監測指標體系。比如說:在大氣環境的遙感監測中,借助這一指標體系進行后續的定量化分析,掌握大氣環境的變化情況,實現大氣環境監測的集成化發展。一是時間與空間數據的互為彌補和整合,便于相關人員掌握大氣環境;二是互為約束的遙感反演技術。隨著遙感技術和攝影測量技術應用日益廣泛,其不斷融合先進技術,為人類發展帶來更先進的監測技術,推動社會經濟發展和人類進步,而構建監測指標體系則是當前迫切需要解決的一個問題,需要各部門、單位的聯動,全力推動遙感技術的發展,實現遙感技術的變革。
3結語
綜上,雖然如今的攝影測量與遙感技術發展速度相對來說比較快,并且已經被應用到測繪工作中,逐漸實現了智能化發展和數字化發展。我國攝影測量與遙感存在設備種類單一以及生產效率低下等問題,這些問題和信息產業發展相違背,不能達到國際的標準水平。因此,我們要集中優勢力量,開展跨學科合作。
參考文獻
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近幾年來,隨著國家級國土、農、林及地理國情普查工作的相聚開展,航天、航空、無人機遙感技術日益被人們所認識,相關企事業單位對攝影測量與遙感相關技術的人才需求日益擴大。然而,遙感技術方法體系較為復雜,涉及數學、計算機、信息科學、物理學、地理學等多種學科,在國內開辦有攝影測量與遙感專業的高效并不多,在校時間較短的高職高專院校開辦此專業的院校就更為少見。一方面是社會對此專業人才的急需,另一方面則難以有效培養高質量的、能夠快速從事攝影測量與遙感基礎工作的學生,解決這一矛盾的關鍵是如何制定門檻較低,直接面向行業應用需求的專業人才培養方案和教學課程體系。
根據高職教育培養高素質技能型人才的目標,高職攝影測量與遙感技術專業培養掌握攝影測量與遙感技術專業必需的基礎理論和基本技能,能夠從事攝影測量與遙感相關應用領域的高級技術應用性專門人才。近幾年來,針對高職院校攝影測量與遙感技術的人才培養方案和專業教學計劃也得到了一些教育學者們的研究。例如,[1]和[2]分別在對比了學科型專科與高職專科,本科與高職高專的區別的基礎上,提出了平衡理論與實踐教學的攝影測量與遙感技術專業人才培養模式與專業課程體系。[3]探討了高職攝影測量與遙感技術專業實訓教學課程開發的一些問題。國內開辦有攝影測量與遙感技術專業的幾所高職院校也各有側重設置了專業論文與實踐性課程[4-5]。這里與云南國土資源職業學院攝影測量與遙感技術專業為例,探討新時期攝影測量與遙感技術專業的課程體系設置,為其他學校相關專業課程體系的建設提供可借鑒的設計思路。
1 培養目標與就業面向
攝影測量與遙感技術專業面向資源勘查與測繪行業,培養德、智、體、美全面發展,具備良好的職業道德和科學文化素養,掌握必備的攝影測量與遙感理論、方法和技術基本知識,具有像片控制測量、像片調繪、空三加密、影像立體測圖、遙感數據處理、遙感數據解譯與分析等熟練的專業能力,能夠勝任航空攝影測量內業成圖、內業加密、外業調繪、外業控制測量、遙感數據處理與制圖等專業崗位的高技能應用型人才。學生畢業后,可在能在地質、城市、礦山、資源、環境、電力、水利、交通、農業、林業等領域從事4D數據產品生產、地理國情要素采集方面的專業技術及管理工作。
2 專業理論課程
經過專業定位與崗位群論證、對校企合作企業及其他相關企事業單位的進行調研,列出主要工作任務,確定典型工作任務,分析完成典型工作任務必須具備的職業能力,將行動領域轉化為學習領域,劃分出4門專業核心課程。
在已經開發出4門專業學習領域課程的基礎上,專業學習領域課程教師和專業基礎學習領域課程教師共同對所服務的典型工作任務進行匯總分析,找出共同需要的基礎能力和基礎知識。與更接近工作崗位真實工作任務的專業學習領域課程不同,專業基礎學習領域課程服務于鍛煉基礎能力、學習基礎知識的學習性任務。為此,設計了5門專業基礎課程。
3 專業實訓課程
除設置上述理實一體課程外,還設置了《攝影測量與控制測量綜合實訓》、《多源異構遙感數據處理綜合實訓》、《遙感圖像調繪與解譯綜合實習》、《頂崗實習》四門純實踐課程。
4 專業選修課
在完成專業課程學習的基礎上,根據攝影測量與遙感應用技術其它相關工作所需要的能力,目前開發了12門專業選修課,即《三維地形建模與仿真》、《GIS空間分析技術》、《近景攝影測量技術》、《城市遙感》《地質遙感》、《土地信息系統》、《虛擬現實技術》、《多源異構空間數據整合與處理》、《空間數據庫技術》、《圖形圖像處理》、《三維實體建模技術》、《專業英語》。