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遥感技术发展趋势,人工智能遥感能融入学科教学!海淀将用它打造区级智慧教育应用场景

一、遥感技术发展趋势

近年来,随着空间技术和计算机技术的发展,遥感技术取得了巨大发展。新的传感器使遥感技术应用的领域进一步拓宽,监测精度不断提高;计算机的运算速度和容量不断提升,数据库技术和网络技术不断发展,人工智能应用为分析处理大量遥感数据创造了有利条件,未来世界范围内遥感信息科学呈现出以下几方面的发展趋势:

(1)进行地面、航空、航天的多个层次的遥感,建立综合对地观测数据获取系统。该系统是一个全天候、全方位的综合系统,将由航天、航空、地面观测台站等子系统组成,具有提供定位、定性、定量数据的综合性技术系统。这其中微波遥感技术是当前国际遥感技术发展的重点之一,其全天候性、穿透性和纹理特性是其他遥感方法不具备的,利用这些特性解决我国海况监测,恶劣气象条件下的灾害监测,冰雪覆盖区、云雾覆盖区、松散层掩盖区及国土资源勘查等问题,将有重大作用。此外,小卫星群计划将成为现代遥感的另一发展趋势。所谓小卫星,是指质量小于500kg的小型近地轨道卫星,其地面分辨率可达5m,甚至1m。由于其研制和发射成本低,近年来发展非常迅速。IKONOS-2是美国SpaceImaging公司于1999年9月成功发射了第一颗高分辨率商业小卫星,并已开始出售数据;Orbview-3,4卫星是美国Orbimage公司研制和即将发射的小型卫星,其空间分辨率为1m(全色)和4~8m(多波段),其中Orbview-4还是一个拥有200个波段高光谱传感器的卫星。高分辨率小型卫星具有较高的空间分辨率和高频率的、立体的观测能力,其数据将是近年来商业服务最为活跃的数据源,在大比例尺图件制作、GIS制图和DEM立体图形制作等方面,均能产生良好的应用效果。除此之外,机载和车载遥感平台,以及超低空无人机载平台等多平台的遥感技术与卫星遥感相结合,将使遥感应用呈现出一派五彩缤纷的景象。

为了满足上述要求,传感器向电磁波谱全波段覆盖,以及高分辨力、高灵敏度、高光谱方向发展。目前,传感器在近年来已有长足的发展,波谱域从最早的可见光(0.4~0.76μm)、近红外(0.76~1μm)、短波红外(1~3μm)、热红外(8~14μm)、微波(1mm~10m)、紫外发展,扩展到了电磁波谱的相当宽的波谱域。波段域从早期的黑白摄像、3波段、4波段、7波段(TM),直到现在利用的100~200个波段,利用傅立叶光谱分析技术可达到上千个以上的波段。波段宽度也从最初的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm(MSS)到5nm(成像光谱仪)。空间分辨率从15cm到1m,5m,20m,30m,80m,…,1km等,形成一个完整系列。时间分辨率从半小时、2天到30天形成不同时间分辨率的系列。高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容,既能对目标成像又可以测量目标物波谱特性的光学传感器。其特点是光谱分辨率高、波段连续性强。其传感器在0.4~2.5μm范围内可细分成几十个,甚至几百个波段,光谱分辨率将达到5~10nm。1999年美国发射的EOSTerra卫星上装载的中分辨率成像光谱仪具有36个波段,而最近几年可能发射的澳大利亚资源信息和环境卫星(ARIES)将有105个波段。人们希望通过高光谱遥感数据对矿物、岩石的类型,农作物、森林的种类,环境中各种污染物质的成分进行遥感定量分析,未来遥感技术发展趋势中,高光谱和超高光谱传感器的研制和应用将是重要方向。表1-2为目前已发射和即将发射的部分商用高分辨率卫星系统。

(2)以高速、大容量和高精度为目标,建设遥感与地理信息数据处理系统也成为未来遥感信息科学发展的主要趋势。目前,空间遥感技术不断发展,导致传感器空间分辨率、光谱分辨率的大幅提高,这些传感器投入运行的结果将使卫星影像的数据量和计算机处理运算量大幅增加。据初步统计,原来需要百万次级计算机解决的遥感影像识别问题,到20世纪90年代末期,发展为需要由10亿~170亿次计算机完成。因此,如果遥感数据在处理速度、精度和处理能力等方面的问题不解决,将造成大量的遥感数据积压,处于数据爆炸状态,无法发挥遥感技术所具有的宏观、快速和高精度、综合的优势。建立遥感地理数据处理信息系统,引进人工神经网络、小波变换、分形技术、模糊分类与专家系统等技术和理论,进行自动分类与模式识别是未来遥感信息科学的重要趋势。

表1-2已发射的部分商用高分辨率卫星

(3)“3S”技术的联合应用在未来将大大拓宽遥感技术的应用范围,占领更广阔的市场。“3S”技术是指地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)的合称。GIS是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机系统,GIS各种软件可以进行空间数据的插值、叠加、空间缓冲及建立模型等分析功能,实现动态监测、质量评估、适宜性评价和选点定址等功能。RS主要用于提供信息源、获取信息,利用RS观测范围广、获取信息量大、速度快、实时性好及动态性强等特点,可以节约大量的人力、物力、资金和时间,以较少的投入获取常规方法下难以获得的资料,并且这些资料受人为因素的影响较少,比较可靠。GPS主要用于实时定位,为遥感实况数据提供空间坐标,用于建立实况环境数据库及同时对遥感数据发挥校正、检核的作用。以上“3S”技术各具特色,在实际工作中单独使用时各自存在缺陷。如GPS可在瞬间产生目标定位坐标,却不能给出点的地理属性;RS可快速获取区域信息,但又受光谱波段限制,而且还有众多地物特征不可遥感;GIS具有较好的查询检索、空间分析计算和综合处理能力,但数据录入与获取始终是个瓶颈问题。未来,“3S”一体化集成系统将显示出更为广阔的应用前景,可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。

复习思考题

1.叙述遥感及遥感地质学的基本含义。

2.简述遥感技术的主要特点。

3.遥感依据不同的分类标准有哪些类型?

4.简述我国遥感技术发展概况。

二、什么是专家系统?遥感图像解译的专家系统组成部分中,哪部分是专家系统的...

遥感图像解译专家系统是模式识别与人工智能技术相结合的产物,它是用于模式识别方法获取地物多种特征,为专家系统解译遥感图像提供数据,同时应用人工智能技术,运用遥感图像解译专家的经验与方法模拟遥感图像目视解译的思维过程进行遥感图像解译的系统。

人工智能遥感能融入学科教学!海淀将用它打造区级智慧教育应用场景

2024-06-07 10:35·现代教育报近日,海淀区人工智能遥感技术赋能学科教学研讨会在北京市第二十中学举办,九个不同学科教师将人工智能遥感技术融入课堂展开讲授,一节观摩课展示了师生如何在项目式学习中运用新技术解决日常生活实际问题。会上,海淀区教育科学研究院还与为此次活动提供遥感技术支持的二十一世纪空间技术应用股份有限公司签署了战略合作协议,双方将共同打造基于遥感数据的区级智慧教育应用场景。

人工智能遥感技术只能在地理学科中应用吗?答案是远不止这一学科。在当天的展示课中,北京二十中语文、数学、英语、物理、化学、生物、地理、历史和政治九个不同学科教师将人工智能遥感技术融入课堂,以生动有趣的内容和教法展现了不一样课堂场景。

语文课利用现代遥感技术和数字化手段,“穿越”到《红楼梦》大观园几个标志性景区进行深入探索,通过高清影像、3D建模及相关技术,让学生身临其境地感受其中的建筑布局、室外环境与室内陈设,进而分析地理环境如何与人物性格相互映衬;英语课以向外国交换生推介北京绿地,享受绿色森林城市为背景和任务驱动,利用遥感技术探索北京的公园绿地,标记绿地的位置、用途及周边交通等,让学生感悟北京城市变化的同时,鼓励他们践行生态文明理念;化学课通过遥感技术发现震前大气成分异常现象,利用遥感技术探究某地震前1至6月大气不同成分变化趋势,分析其中可能存在的化学反应,得出大气成分异常与地震存在关联的结论,提出利用遥感技术监测化学信号预测地震的方法……

在另外一节观摩课上,高一年级学生分组展示了他们开展项目式学习的成果和收获。在前期的实践中,学生们在老师的指导下,按照市中心、近郊、副中心、远郊分成四个小组,以“从市中心到郊区,你选择住在哪里?”为主题开展了调研实践。他们在进行家庭采访的基础之上,根据实际需求收集资料,在遥感影像技术的辅助下,综合分析了房价、交通、医疗、休闲娱乐、教育、居住环境、政府政策以及未来发展前景等因素,从而提出本小组的基本思路和选房方案。

据了解,在深化课程教学改革的背景下,北京二十中充积极探索数字化技术在教学内容、教学方法、教学环境以及教学评价等各环节的应用,以数字技术更好地赋能教学质量提升。会上,该校常务副校长张万祥以“遥感技术赋能课堂教学”为主题介绍了学校的实践与思考。他从技术赋能教学方式转变,丰富教学内容、提高学生学习兴趣、培养学生综合能力和促进信息化教育等方面阐述了遥感技术的教学应用价值,总结了学校以遥感技术赋能学科教学的具体实践。

海淀区地理教研员李慧敏对此次活动进行了点评。李慧敏认为,结合实际问题将遥感技术融入课堂,并能从学生的视角出发,利于学生综合素质的发展,教学理念新颖、视野开阔。

“展示课的课堂形式生动、内容丰富,让人能感到师生在活动过程中的成长,并提出了人工智能技术对各学科学习所发挥的作用,在跨学科、超学科的学习中提升学生综合素养。”她同时也指出,技术融于课堂应以思维活动为中心、以活动任务为载体,让学生在具有真实性、探究性、挑战性的活动中自主观察、提问、体会、寻找答案,并将这种方式延伸到学生的课下学习,促进学生更好地发展。

会上,海淀区教育科学研究院与二十一世纪空间技术应用股份有限公司签署了战略合作协议,双方将共同打造基于遥感数据的区级智慧教育应用场景,以试点校为基地,建设海淀区遥感技术应用学校集群。海淀教科院副院长宋官雅表示,此次活动具有创新性、开拓性和里程碑意义,科技企业对教育助力体现了一种社会责任担当。遥感技术融入教育教学创造了一种宽松的育人环境,把现实生活中的真问题引入学校和学生学习中,能够激发人的学习热情,让真实的学习发生。将人工智能遥感技术融入课堂教学能够实现因材施教,让每一位学生依据兴趣爱好投入学习。海淀区以北京二十中学为试点单位,打造人工智能技术应用学校集群,遥感技术一定会大有用武之地。以试点校为基地,建设海淀区遥感技术应用学校集群,进一步利用好海淀区内的高新企业资源,共同为海淀教育的发展贡献力量。


(文/本报记者赵艳国;学校供图)

发布人:toucunchai1 发布时间:2024-11-08