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测绘工程专业“ 雷达干涉测量” 课程教学探讨
来源:一起赢论文网     日期:2018-12-26     浏览数:94     【 字体:

 容的需要,本课程设置有3个实验(见表2)。通过6个学时的实践教学,使学生掌握雷达干涉测量的关键算法及实现,帮助学生更好地理解雷达干涉测量的基本理论,培养学生的工程实践技能。表1 “雷达干涉测量”课程课堂教学内容及学时安排进度 名称 主要内容 学时第一章 绪论 InSAR 基本概念,发展历程,应用领域 2第二章 雷达遥感基础 SAR 工作原理,SAR 信号特征,SAR 影像特征 4第三章 InSAR 基本原理 InSAR 与差分InSAR 系统模型,相干性,干涉相位误差分析,InSAR 数据处理流程与处理系统 4第四章 复影像配准 基于强度影像相关的复影像配准,基于相干性测度的复影像配准,影像重采样 4第五章 相位噪声滤波 干涉图去噪原理,基于相位的自适应滤波,基于功率谱的自适应滤波 2第六章 相位解缠 相位解缠的概念,一维相位解缠,二维相位解缠,枝切法,网络流法,解缠结果评价指标 4第七章 数字高程模型重建 基线精估计,相位高程转换,DEM 重建关键技术,质量控制 2第八章 地表形变监测 地震形变监测,地面沉降监测,滑坡形变监测,建筑物/构筑物形变监测 2第九章 发展前沿与展望 时序InSAR 技术、MAI技术、偏移量跟踪技术、极化InSAR 技术 2表2 “雷达干涉测量”课程实践教学内容及学时安排进度 实验名称 主要内容 学时实验一 SAR 影像配准 采用强度影像相关法确定主辅影像的变换系数 2实验二 干涉图滤波 实现干涉图的中值、均值和圆周期滤波 2实验三 一维相位解缠 逐行、逐列分别对干涉图进行相位解缠 23 教学建议3.1 编写适合测绘工程专业的教材作为一门具 有学科 交 叉 特点的 课程,“雷 达干涉测量”在各个学校开设的时间不 长,目前 还没 有一本或 者 一 套 完 整 的 适 合 测 绘 工 程 专 业 的 教 材。多数院校所使用的“雷达干涉测量”教材[8-10]编写于本世纪初,而雷达干涉测量本身则随着相关领域的发展而不 断 向 前 发 展,致 使 教 材 中 的 内 容 明 显 滞后,许多最新的技术 方法 和 知识,如目前 热门的 宽幅SAR、子孔径干涉、时序InSAR、极化InSAR 等,都未能及时编入教材。因此,为了 课程 教学 的系统 性和 完 整 性,便 于学生学习,当 务 之 急 是 编 写 一 本 或 一 套,以 “复 合型、宽口径、高素质”为原 则,适合 测绘工程 专业 特点的“雷达干涉测量”教材。新教 材应 剔 除陈旧 过时的内容,着重介绍雷达干涉测量的最新研究成果和发展动态,培养学生的 综 合素质 和创 新能力,真正反映现 今 雷 达 干 涉 测 量 的 基 本 原 理、方 法 与 内涵,保持教学内容的现势性,以利于承前启后,加速雷达干涉测量学科的发展。3.2 合理规划与安排相关先导课程“雷达干涉测量”课 程的 基 础先 导 课 程 主 要 包括高等数学和大学物理,此外还涉及误差理论与测量平差基础、数字图像处理、数字信号处理、遥感原理与应用、高级程序设 计 等课 程。然而,在 教 学过程中发现有学生对部分相关基础知 识理 解的不够深入,使得教师在教学过程中需要补讲部分先导课程的内容。例如,在 SAR 工作原理的教学过程中,针对学生的理解情况,任课教师通常需要补充脉冲压缩技术、合成孔径技术、雷达 成 像 原理 和实 现算法等微波遥感方面的知识;在SAR 影像配准的实践教学过程中,为了让学生能顺利的编写出影像配准参数求解程序,通常需要补充最小二乘平差和粗差探测等测量数据处理方面的知识,这些都在一定程度上影响了有限教 学 时 间内的 教 学进 度安 排。因此,对于选修本门课程的 学 生,应 事 先对 相关 先导课程进行合理规划,统 筹安 排,为 课 程学 习储 备足够的背景知识。同时,学生还可以根据任课教师提供的参考 书 目 在 课 前 进 行 自 学、课 后 进 行 扩 展 阅读,拓宽 自 己 的 知 识 面,培 养 自 主 学 习 的 能 动 性。此外,部分先导课程的 教学 形 式 也应 有所 改变,应更加突出学生动手能力的培养,提高学生解决实际问题的能力。3.3 多元化教学方法的使用目前,随着 学 校教 学设备 的 现 代 化,多 媒 体 教学逐步取代传统的板书教学。然而,尽管多媒体教学具有直观、生动、形象的特点,可以将课堂上文字叙述不变的内容用幻灯片或动画展示出来,但是如果教师过于依赖多媒体课件,仍然会出现教师在课堂上唱“独角戏”的现象,从而导 致 师生 互 动 不足,不能充分调动学生学习的积极性。因此,课程组在进行课程教学时,采取在每个知识点后引入相关文献资料,将以往的习题部分改为文献阅读与专题讨论,充分发挥学生的自主学习能力。通过将书本知识讲授与文献阅读相结合,既强化了学生动手独立第11期           温扬茂,等:测绘工程专业“雷达干涉测量”课程教学探讨·97·设了“雷达干涉测量”课程[3-5]。本文以武汉大学开设的“雷达干涉测量”课程为例,详细介绍该课程的课程特点和 教 学 内容。同时 根据 教学 过程中遇到 的 问 题,在 教 材 建 设、教 学 内 容、教 学 设计、教学形式和教学方法等方面进行探讨。1 课程特点武汉大学的“雷达干涉 测量”课程是测绘 学 院测绘工程 专 业 的 专 业 选 修 课 程,开 设 在 大 学 三 年级。该课程以雷达干涉 测量 的 新成 就和 新发展为着眼点,着重阐述雷达干 涉 测量的 基本 理论、关键技术与主要实现算法。通过该课程的学习,使学生整体了解雷达干涉测量的发展概况,掌握扎实的雷达干涉测量基础理论和基本技能,培养学生的创新思维和实践动手能力,能够在将来的岗位上从事雷达干涉测量数据处理与分析工作,并为进一步研究相关地球科学问题打下坚实的基础。“雷达干涉测量”是 一 门 具 有 明 显 学科 交 叉 特点的课程。雷达干涉测量本质上是一门应用技术,需要在各个领域的应用中体现其价值,其学科交叉性主要体现在:① 测绘 遥感 学科,其将 雷 达干涉 测量技术作为一项新的测绘遥感技术,以此来强化信息化测绘的学科内 容;② 雷达 技术学科,包 括 通讯工程、电子电气工程、雷达工程等专业,它们将雷达干涉测量作为一种外 延技术;③ 地球科学,如 地球物理、自然灾 害、水 文地质、地球环境 等学科,雷达干涉测量可为其提供一种经济的空 间对 地观 测新途径。因此,目前开设“雷达干涉测量”课程的学校既包含有传统测绘类院校,如武汉大学、中南大学、中国矿业大学等,也 包含 有北京 大学、国 防科技 大学、西南交通大学、北京师范大学、北京理工大学和北京航空航天大学等相关院校。“雷达干涉测量”课 程是 一 门 知 识 迅 速 发展 中的课程[1]。目前,雷达卫星的成像模式呈现多元化态势,如我国高分三号雷 达 卫星,它不 仅 包含 有 传统的条带、扫描 成像模 式,而 且还可 在 聚束、条带、扫描、波浪、全球观测、高低入射角等多种成像模式下自由切换,这些不同成像模式数据的干涉处理需要采用不同的处理技术。而且,传统雷达干涉测量技术在趋于成熟的同时,延伸发展出永久散射体干涉(PSI)、短基线集干涉(SBAS)、层析 SAR(Tomo-SAR)、分 布 式 干 涉 (SqueeSAR)、方 位 向 干 涉(MAI)、偏移量跟踪和极化InSAR 等新技术,这些新技术不断拓宽雷达干涉测量的应用领域。此外,雷达干涉测量技术的基础理论研究 还在 进一步 深入,建立了更为严密的函数模型和随机模型等。掌握这些最新雷达干涉测量技术发 展 动态 将大大 拓展学生视野,开拓学生 的思 路,使 学 生体 会到 雷达干涉测量应用的巨大前景和价值,从而以更高的积极性和热情投入到学习中。“雷达干涉测量”课 程是 一 门 实 践 性 很 强 的 课程,主要体现在雷达图 像的 可 见 性、雷 达 干涉 测 量数据处理过程的现势性、雷达干涉测量处理结果的解译、雷达干涉测量处理软件使用和面向特定领域的应用等方面。“雷达干涉测量”课程 无 论在 基 础算法,还是在软件工具 运用 上 都 重视 技能 训 练,强调理论联 系 实 际,在 实 践 中 加 深 对 理 论 知 识 的 理解,体现“学思结合、知行统一”[6]。为此,在教学过程中,为了让学生全方位接触雷达干涉测量的各个环节,在大板块的课堂 理论 教 学 结束之后,安 排有相应的实践课程,通过实践来加深对相关知识的理解,培养学生的实际动手能力,激发学生的求知欲。2 教学内容从基础性、综合性、应用性的角度出发,武汉大学测绘工程专业开设的“雷达干涉测量”课程 采用课堂教学为主、实践教学为辅的教学形式。原课程教学大纲安排有45学时,其中课堂教学36学时,实践教学9学时。为进一步深化本科教学改革,创新人才培养模式,提高本 科教 育 和 人才 培养 质量,按照“武汉大学2017年的本科人才培养方案修订的指导意见相关要求”,课程组对课程 教 学大 纲进行 了修订,新课程大纲将总学时调整为32学时,其中课堂教学26学时,实践教学6学时。2.1 课堂教学内容“雷达干涉测量”是一门现势性、发展性很强的课程,为了适应国内外雷达干涉测量技术的迅猛发展,在制定“雷达干涉测量”课程课堂 教 学 内 容时,着重论述基本概念、基 本理 论、基 本 知识 和基 本技能,以雷 达 干 涉 测 量 的 关 键 算 法 实 现 和 应 用 为 重点,并充 分 反 映 雷 达 干 涉 测 量 技 术 的 当 前 发 展 前沿。测绘工程专业“雷达干涉测量”课 程 的 课堂 教学内容见表1。2.2 实践教学内容在课程学时数有限的情况下,如何正确处理好课堂教学与实践教 学 的 关系 显得 非常 重要。在 课程的实践 教 学 中,应 以 培 养 学 生 的 综 合 素 质 为 目的,精心设计实验项目 和实验 方 案,改 变 传统 的 实验教学方法,转换主体,让学生“从做中学”,构建起新的实践教学模式[7]。根据测绘专业“雷达干涉测·87· 测 绘 工 程                     第27卷测绘工程专业“雷达干涉测量”课程教学探讨温扬茂1,2,3,许才军1,2,3,刘 洋1,2,3(1.武汉大学 测绘学院,湖北 武汉 430079;2.武汉大学 地球空间环境与大地测量教育部重点实验室,湖北 武汉 430079;3.地球空间信息技术协同创新中心,湖北 武汉 430079)摘 要:随着雷达干涉测量在越来越多的领域中发挥重要作用,国内多所院校相继开设“雷达干涉测量”课程。文中从信息化测绘背景下测绘工程专业人才培养的角度出发,以武汉大学开设的“雷达干涉测量”课程为例,介绍该课程的主要特点,并从课堂教学和实践教学两方面分析课程教学的内容和形式,最后针对该课程教学实践中发现的问题,提出相关建议,可为相关院校开展“雷达干涉测量”课程教学提供参考。关键词:测绘工程;雷达干涉测量;教学内容;教学方法中图分类号:G642   文献标识码:A   文章编号:1006-7949(2018)11-0077-04Discussion on the Course of Interferometric SAR forGeomatics EngineeringWEN Yangmao1,2,3,XU Caijun1,2,3,LIU Yang1,2,3(1.School of Geodesy and Geomatics,Wuhan University,Wuhan 430079,China;2.Key Laboratory of Geospace Environmentand Geodesy,Ministry of Education,Wuhan University,Wuhan 430079,China;3.Collaborative Innovation Center ofGeospatial Technology,Wuhan University,Wuhan 430079,China)Abstract:With the important role in more and more fields of Interferometric SAR,the course ofInterferometric SAR has been carried out in many colleges and universities.According to the perspective ofthe geomatics engineering talents training under Geoinformatic surveying system,this paper takes thecourse of Interferometric SAR in Wuhan University as an example to introduce the main features of thecourse.At the same time,the teaching contents and mode are analyzed from both classroom teaching andpractical teaching.Furthermore,some suggestions are proposed basing on problems occurred during thecourse teaching,which can provide a reference for the related colleges and universities to set up the course.Key words:geomatics engineering;interferometric SAR;teaching content;teaching method收稿日期:2017-10-26基金项目:武汉大学教学研究项目(JG201455);国家自然科学基金资助项目(41774011)第一作者简介:温扬茂(1982-),男,副教授,博士.  雷达干涉测量(Interferometric SAR,InSAR)是正在发展中的极具潜力的大地测量技术,它能够全天候、全天时获取高精度、连续覆盖的地面高程、地表形变及其物性变化信息[1]。近30年来,雷达干涉测量技术已在地形测绘、全球环境 变化(冰 川消融、冻土退化、冰川漂移、极地冰层变化等)、灾害监测评估(地震地壳形 变、火山运 动、山体滑坡、区域地面沉降等)、能源资源勘查(油 气田 开 采、矿 产 资源开采、二氧化碳地下存储、地下水抽采等)等相关领域得到广泛应用,取得一系列重要成果。雷达干涉测量作为独特的基于面观测的 空 间大 地测 量新技术,可有效补充已有的基于点观测的低空间分辨率大地测量技术,如全球卫星导航系统(GNSS)、甚长基线干涉(VLBI)和精密水准等,是一种经济的空间对地观测新手段[2]。随着雷达干涉测量的应用越来越广泛,为培养厚基础、宽口径、强能 力和高 素 质的测绘 工程 专 业人才,武汉大学、中南大学、中国矿业大学等国内高问题的能力,同时也锻炼了其表达和演讲能力[11]。同时,由于“雷达干涉测量”课程是实践性很强的一门学科,但是学生缺 少 相关的 实际 经验,导致对某些内容难以理解,为 此,课程在 完成 理论教 学后,安排有相应的实验 内 容,将理 论教 学 与实 践 活动相结合,进一步启发、激 励 和培养学 生 的学习 兴趣。最终,在“雷达干 涉测 量”课程 实施过程中,课程组形成了集“课堂讲授、自主学 习、创 新 性实验”于一体的 教 学 模 式,以 期 全 面 培 养 学 生 的 创 新 性思维。4 结束语当前全球雷达干涉卫星发展迅猛,尤其是中国的雷达干涉卫星的迅速发展,雷达干涉测量在众多领域发挥着越来越 重要 的作用。本文 简 要介绍 了武汉大学“雷达干涉测量”课程的课程特点和 教 学内容,给出了测绘工程专业开展该课程教学的一些建议,可为相关院校开设该课程提供有益参考。为了适应现代测绘教育改革的需要,培养出适应经济和社会发展需要的“高品质、国际 化、创 新型”高级测绘专业人才,“雷达干涉测量”课程教学仍需要不断改革创新,紧跟行业和时代发展的步伐。参考文献:[1] 许才军,何平,温扬茂,等.InSAR 技术及应用研究进展[J].测绘地理信息,2015,40(2):1-9.[2] 刘国详.合成孔径雷达遥感新技术—InSAR 介绍[J].四川测绘,2004,27(6):92-95.[3] 许才军.测绘工程专业课程创新体系初探[J].测绘通报,2007(11):74-77.[4] 邓才华,朱建军,戴吾蛟,等.高级测绘工程 人 才 培养模式的探索[J].矿山测量,2014(5):101-104.[5] 王守刚,厉东伟,王铭,等.测绘工程专业创 新 型 人才培养模式的实践与探索—以中国矿业大学环境与测绘学院为例[J].测绘通报,2016(8):131-134.[6] 彭秀英,万剑华.地理信息科学专业“地图学”课程教学内容研究与实践[J].测绘通报,2014(3):128-130.[7] 赵军华,李笑娜,田华.测绘工程专业“地籍测量学”课程教学改革探讨[J].测绘通报,2011(6):90-94.[8] 舒宁.雷达影像干涉测量原理[M].武汉:武汉大学出版社,2002.[9] 王超,张红,刘智.星载合成孔径雷达干涉测量[M].北京:科学出版社,2002.[10]廖明生,林晖.雷达干涉测量—原理与 信 号 处 理 基 础[M].北京:测绘出版社,2003.[11]许才军,大地形变测量学之教学改革[J].测绘科学,2014,39(7):163-165.[责任编辑:张德福](上接第70页)参考文献:[1] 何海清.低空摄影测量航带重构及数据处理方法研究[J].测绘学报,2014,43(4):440-440.[2] CHEN X B.A Summary of Change Detection Tech-niques of Remote Sensing Imagery[J].Geomatics &Spatial Information Technology,2012.[3] DI G A,JANSEN L J M.Land Cover ClassificationSystem (LCCS):classification concepts and user man-ual[J].FAO,Rome,1998.[4] 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