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环境遥感与生态制图

 

英文名称:Remote Sensing of Environment and Ecological Cartography

课程编号】ENV13809 所属模块】学科基础课
学分数】3 【适用专业】生态工程,环境工程,环境科学
学时数】48 开设学期】秋季
【已开设次数】7次 【建议选课人数】30-60,配备助教
授课教师姓名】刘瑞民,郝岩 授课教师职称】副教授
授课教师联系方式】 刘瑞民: Email:liurm@bnu.edu.cn 手机:13691556129 郝岩: haoyan@bnu.edu.cn  授课教师所属单位】 网上赌搏平台
【先修课要求】应具有环境科学、计算机等基础知识

一、课程简介

面向我国环境保护工作的实际需要,本课程将学习3S技术(地理信息系统(GIS)、遥感(RS)以及全球定位系统(GPS))及在环境保护、生态设计与制图中的应用。从而使学生掌握3S技术的基础知识,并且能够运用3S技术进行相关的环境保护以及生态设计和制图。在形式上,灵活多样地采取了课堂实践、专家讲座、野外实习等多种形式,目的在于加深学生对所学内容的理解,努力做到学以致用,同时激发学生的学习兴趣和主动参与精神,更好地掌握和运用所学习的知识。

二、课程目标

本课程主要旨在让学生掌握3S技术的理论基础、基本内容和未来发展趋势,并能够运用3S技术进行环境保护、生态设计和生态制图。

三、教学内容和学时分配

课程总共64学时,理论部分为32学时,上机操作32学时。课程讲授内容分为导论、环境信息系统篇和环境遥感篇等三部分。

导论、环境信息系统篇总共32学时。其中,导论的主要内容为基本概念介绍、主要软件介绍等。环境信息系统篇主要内容为GIS、GPS技术及其在环境保护和地图制图中的应用,包括地图投影和坐标系统、空间数据源、空间数据管理、空间数据分析、生态制图及发布。

环境遥感篇总共32学时,主要内容为RS技术及其在环境保护和生态设计与制图中的应用,包括环境遥感原理、环境遥感数字图像处理、环境遥感图像解译和环境遥感与生态制图四部分内容。

课程还将设有1个专题讲座、1个课程讨论和1个野外实习,使学生更加深入地理解基本理论、技术体系、原理方法、分析处理和应用,同时具有利用软件解决问题的能力。

(一)第一篇导论4学时(课堂讲授2学时+课程实践2学时)

主要内容:

?   基本概念介绍

?   发展历史及应用现状

?   发展前景及未来趋势

?   主要软件介绍

实践内容:

?   认识并熟悉GIS软件操作界面,具体操作包括:软件界面介绍、打开图层、关闭图层等

教学要求:

①初步了解地理信息系统、全球定位系统、遥感技术的基本概念,应用现状及发展前景,明确本课程的学习目的;

重点、难点:

地理空间概念的理解

其它教学环节:

相关软件操作界面熟悉与操作(2学时)

(二)第二篇环境信息系统篇28学时

(课堂讲授7学时+课程实践15学时+专家讲座2学时+野外实习4学时)

主要内容:

第一章地图投影和坐标系统(课堂讲授1学时,课堂实践2学时)

讲课内容:

?   基本概念介绍

?   地理坐标及投影坐标

?   高斯-克吕格投影

?   投影坐标转化

实践内容:

?   了解和认识投影,具体操作包括:通过select进行初步投影操作、通过import和modify进行投影操作、通过select进行高斯-克吕格操作

第二章数据结构(课堂讲授1学时,课堂实践2学时)

讲课内容:

?   空间实体及其描述

?   矢量数据结构及栅格数据结构

?   矢量-栅格一体数据结构

?   三维数据结构

实践内容:

?   了解数据结构,具体操作包括:矢量点线面转化、矢量栅格互相转化、栅格数据重采样和栅格数据投影等

第三章空间数据来源(课堂讲授2学时,课堂实践4学时)

讲课内容:

?   数据来源概述

?   数据采集流程

?   数据质量分析

实践内容:

?   了解数据源及配准过程以及面数字化操作,具体操作包括:地图配准,建立新图层,多边形数字化操作,多边形自动闭合操作等

?   掌握线数字化操作,具体操作包括:线数字化操作,snap相关操作,不同数据类型(点、线、面)图层的切换操作,数据编辑操作等

第四章空间数据管理(课堂讲授1学时,课堂实践2学时)

讲课内容:

?   数据库概念介绍

?   数据模型介绍

?   空间数据库的设计与维护

实践内容:

?   掌握属性表的相关操作,具体操作包括:认识属性表、添加和删除字段、添加数据、属性表计算、属性表输出等

第五章空间数据分析(课堂讲授1学时,课堂实践3学时)

讲课内容:

?   空间分析概述

?   空间数据基本处理

?   缓冲区分析

实践内容:

?   掌握空间数据处理的6种操作,具体操作包括:clip、merge/append、dissolve、intersect、union、erase,及其他们的综合应用等

?   掌握不同情况下缓冲区的操作,具体操作包括:单环缓冲区操作、多环缓冲区操作、依据属性表缓冲区操作等

第六章地图制图及发布(课堂讲授1学时,课堂实践2学时)

讲课内容:

?   空间信息可视化

?   地图的符号

?   生态制图及发布

实践内容:

?   掌握数据显示方式及作图流程,具体操作包括:图层显示、颜色设置、地图制图初步、污染等级作图等

教学要求:

①熟悉掌握地图的基本知识,了解计算机制图的理论和技术;

②了解空间数据的特征、来源、获取,并对其质量进行分析评价;

③初步了解空间数据的管理方式以及空间数据库和空间数据库管理系统的相关内容;

④通过计算机软件,掌握生态制图过程中的各种空间数据分析方法;

重点、难点:

地图投影、数据结构、空间分析

其它教学环节:

课堂讨论:3S及其环境应用(2学时)

野外实习:北京超图公司参观及交流(4学时)

(三)第三篇环境遥感篇32学时

(课堂讲授12学时+课程实践18学时+教授讲座2学时)

主要内容

第一章遥感原理…… 2学时(课堂讲授2学时)

?   主要内容:遥感系统。遥感平台、遥感过程、传感器、遥感卫星地面站、遥感分类、遥感应用。遥感基本原理。遥感信息提取。遥感大气校正、大气窗口。地物波谱特征。遥感图像的时空分辨率。

?   教学要求:要求讲清楚地物波谱特征地物的光谱特征,光谱辐射原理。

?   课前学习要求:预习地物的光谱特性,光谱辐射原理。

?   重点、难点:地物的电磁波谱,地物的光谱特征曲线。

?   其它教学环节:

第二章遥感图像的辐射校正和几何纠正2学时(课堂讲授2学时)

?   主要内容:遥感图像的辐射校正和几何纠正。

?   教学要求:讲清楚辐射校正的原因,辐射校正的方法和用途。讲清楚几何纠正的原因,几何纠正的方法和用途。

?   课前学习要求:预习遥感图像的辐射校正和几何纠正的内容。

?   重点、难点:遥感图像的辐射校正和几何纠正。

第三章遥感图像的增强  2学时(课堂讲授2学时)

?   主要内容:遥感图像的增强,对比度变换,空间滤波,彩色变换,遥感图像数学计算。

?   教学要求:遥感图像的增强,对比度变换等的公式和计算方法。

?   课前学习要求:如何对遥感图像进行增强。

?   重点、难点:空间滤波概念的理解,彩色变换概念和方法的理解。

第四章遥感图像分类和信息提取  2学时(课堂讲授2学时)

?   主要内容:遥感图像的分类系统;遥感图像的分类方法;遥感图像信息提取方法。

?   教学要求:重点讲述遥感图像分类系统,讲述USGS的土地利用分类方法,中科院土地利用分类方法等。讲述遥感图像的监督分类方法和非监督分类方法的区别。

?   课前学习要求:遥感图像的分类系统。

?   重点、难点:遥感图像的监督分类与非监督分类的区别。

第五章遥感图像非监督分类2学时(课堂讲授2学时)

?   主要内容:遥感图像非监督分类的原理,动态聚类法和K-Means非监督分类。

?   教学要求:遥感图像非监督分类的基本原理需要讲清楚。

?   课前学习要求:遥感图像的非监督分类。

?   重点、难点:动态聚类分析法。

第六章遥感图像监督分类2学时(课堂讲授1学时)

?   主要内容:遥感图像的监督分类原理,最大似然法,训练区的选择。

?   教学要求:遥感图像的监督分类原理,如何定义训练区。

?   课前学习要求:监督分类。

?   重点、难点:遥感图像的监督分类,如何定义训练区。

实践课一ENVI软件的安装   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:ENVI遥感图像软件安装,遥感图像的多波段合成,遥感图像的假彩色合成。

?   教学要求:先介绍遥感图像处理软件ENVI的主要功能。然后学习软件ENVI的安装。遥感图像单波段打开,多波段的假彩色合成。

?   课前学习要求:了解一下遥感图像处理软件ENVI。

实践课二遥感图像的剪切、分割、感兴趣区、标记   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:遥感图像的剪切、分割、感兴趣区、标记。

?   教学要求:掌握遥感图像的剪切、分割、感兴趣区。

?   课前学习要求:遥感图像的基本功能。

?   重点、难点:遥感图像感兴趣区。

实践课三遥感图像的密度分割、遥感图像增强   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:遥感图像的密度分割方法,遥感图像增强方法。

?   教学要求:掌握遥感图像的密度分割方法,遥感图像增强方法。

?   课前学习要求:密度分割的含义和意义。

?   重点、难点:密度分割的意义。

实践课四波段比计算、植被指数计算   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:植被指数计算,NDVI,GVI植被指数计算,理解植被指数的含义。

?   教学要求:掌握植被指数的计算方法。

?   课前学习要求:植被指数的含义。

?   重点、难点:植被指数公式输入软件的格式。

实践课五遥感图像的非监督分类   2学时(课堂讲授2学时)

?   主要内容:遥感图像的非监督分类方法,动态聚类方法,K-Means方法。

?   教学要求:掌握遥感图像的非监督分类方法,掌握动态聚类方法和K-Means方法。

?   课前学习要求:预习非监督分类方法。

?   重点、难点:非监督分类结果后的处理和理解。

实践课六遥感图像的监督分类   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:遥感图像的监督分类,最大似然法,最小距离法等方法的应用。

?   教学要求:掌握遥感图像的监督分类,训练区的选择,最大似然法的应用。

?   课前学习要求:遥感图像的监督分类。

?   重点、难点:训练区的选择和分类结果的调整。

实践课七生态制图   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:遥感图像监督分类结果制图。

?   教学要求:遥感图像分类结果的处理。遥感图像输出为矢量图。生态制图的制作,比例尺,图例的制作。

?   课前学习要求:生态制图的理解和应用。

?   重点、难点:遥感分类图输出为矢量图。

实践课八生态设计、景观制图与生态制图   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:生态公园设计与生态制图。

?   教学要求:掌握生态设计的基本原则,实现生态制图。

?   课前学习要求:生态制图。

?   重点、难点:生态公园设计与成图。

实践课九生态设计、景观制图与生态制图   2学时(课程实践2学时)

?   主要内容:场地设计、景观制图与生态制图。

?   教学要求:掌握生态设计的基本原则,实现生态制图。

?   课前学习要求:生态制图。

?   重点、难点:场地设计与成图。

其它教学环节:

教授讲座:环境遥感及环境应用(2学时)

四、教材与学习资源

参考书目:

l   《ArcGIS 10 地理信息系统教程—从初学到精通》,牟乃夏等著,北京:测绘出版社,2012

l   《ENVI遥感影像处理专题与实践》,赵文吉等编译,北京:中国环境科学出版社,2007

l   《环境地理信息系统》,王桥等著,北京:科学出版社,2004

l   《遥感导论》,梅安新等著,北京:高等教育出版社,2001

五、教学策略与方法建议

采用的教学方法为:课堂授课+教授讲座+课堂实践+野外实习。其中在课堂授课中采用情景教学方法。在课堂讲授过程中,每次课都假设需要解决一定的环境问题,让学生在解决问题的过程中学到知识并掌握技能。

六、考核方式

1.         平时成绩占40%,期末考试占60%

2.         平时成绩由课后作业与课堂成绩组成

3.         课后作业:共15次,平均1次/周

4.         课堂成绩:教师布置,学生制作PPT,讲解15分钟,教师点评并给出成绩

5.         考试采用百分制。