遥感专业研究生创新能力提升

秦凯 张华 闫世勇

摘  要：创新能力培养是研究生教育的关键，对国家创新体系的构建发挥着重要的作用。由于中国矿业大学测绘学科的工科背景，摄影测量与遥感专业的研究生选题多偏重使用已有广泛使用的卫星遥感数据解决某一工程技术性的问题，原始创新不足。缺少地面观测第一手资料的支持、学术交流不足，已经成为制约中国矿业大学遥感专业研究生创新能力提升的主要因素。为此，依托我国唯一的矿区环境遥感协同观测试验场，更新了课堂教学内容，提出了“走出去+引进来”的学术交流模式。

关键词：遥感;研究生;创新能力

中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）18-0030-03

Abstract： The cultivation of innovation ability is the key to graduate education and plays an important role in the construction of national innovation system. Due to the engineering background of the surveying and mapping discipline of China University of Mining and Technology， the postgraduate selection of photogrammetry and remote sensing majors focuses on the use of widely used satellite remote sensing data to solve a certain engineering technical problem， and the original innovation is insufficient. The lack of support for first-hand information on ground observation and insufficient academic exchanges have become the main factors restricting the improvement of the innovation ability of postgraduate students in China's mining universities. To this end， relying on China's only mining area remote sensing collaborative observation test site， updated the classroom teaching content， and the "going out + introducing" academic exchange modelhas been proposed.

Keywords： remote sensing; graduate student; innovation ability

研究生教育是我国高层次专业人才培养的重要途径。提高研究生的创新能力，对国家创新体系的构建发挥着重要的作用[1-2]。遥感是一门通过非接触传感器获取目标的时空数据以提取全球覆盖的多尺度时空信息的科学与技术。摄影测量与遥感（以下简称“遥感”）作为测绘科学与技术的二级学科，是通过传感器系统进行记录和测量，对数据进行分析和表示，获得关于地球及其环境和其他自然物体和过程的可靠信息的一门科学与技术[3]。中国矿业大学（以下简称“中国矿大”）的测绘科学与技术学科是国家重点（培育）学科、教育部学科评估A-学科。但是，由于测绘学科的工科背景，遥感专业的研究生选题多偏重使用已有广泛使用的卫星遥感数据解决某一工程技术性的问题，原始创新不足。尤其是硕士研究生，发表高水平学术论文的偏少。

地基观测是对地观测与遥感技术的重要组成，是卫星遥感反演验证的重要依据。对比美国马里兰大学、美国普渡大学、德国宇航中心以及国内的武汉大学、中科院等遥感专业研究生的优秀培养单位可知，掌握地面遥感观测的第一手观测资料是研究生开展原始创新研究、发表高水平学术论文的关键。此外，遥感专业作为国际前沿领域发展迅速，尤其是随着我国的高分系列卫星的发射和数据发布，遥感领域的研究和应用将迎来空前的发展。由于中國矿大所处徐州市的地理位置的限制，与武汉大学、中科院等国内一流的遥感专业研究生培养单位相比，在本校接触领域学术大师的机会相对较少，单纯依靠校内报告的学术交流模式，一定程度上制约了研究生创新能力的培养。因此，缺少地面观测第一手资料的支持、学术交流不足，已经成为制约中国矿大遥感专业研究生创新能力提升的主要因素，亟待研究相应的对策。

中国矿大在江苏省高校优势学科建设工程项目的支持下，从2012年开始在南湖校区内建设了专门面向矿区环境遥感监测的协同观测综合试验场（The Mining Area Environment Synergic observatTion pRoving grOund，MAESTRO）。本文作者所在团队依托该实验场的设备和观测数据优势，探索了遥感专业研究生创新能力提升的途径。

一、中国矿大MAESTRO概况

煤炭在我国一次能源的生产和消费中一直占有极其重要的地位，是我国可持续发展战略实施的重要能源保证。煤炭的开发利用引起了量大面广的土壤污损、水体退缩、植被退化、大气污染、生态破坏等一系列地表与大气环境问题[4-7]，对矿区及相邻区域的生态环境造成了严重影响。大规模的煤炭开采与利用引起了矿区及矿业城市严重的环境损伤。综合利用天空地多源对地观测开展遥感监测评估，将为环境保护提供数据和方法支撑。

国际上，煤炭能源开发利用的环境效应已成为重点关注领域，欧盟第七框架计划、地球观测组织（Group on Earth Observations， GEO）、美国能源部等机构均在开展该方面的研究。煤矿区环境破坏遥感监测因其特殊性和复杂性，常规遥感物理、模型和方法不足以支撑。为了开展矿区环境遥感方法、模型与技术体系研究与教学，需要建设一个用于对地观测科学基础研究、技术试验和验证的，地物要素丰富、测试设备齐全的科研试验场所。中国矿大MAESTRO试验场的主要功能有三个：一是遥感物理真实性检验，二是星/空形变监测几何标定，三是地上下传感网同步协同。

（一）MAESTRO特点

MAESTRO强调多尺度、多手段、多模式、多学科协同的“四多”原则，旨在面向国内外开放，形成矿区遥感特色的国际联合试验基地。

1. 多尺度

通过跟踪最新的高分卫星系统，对于目前卫星数据的中分辨率和高分辨等不同空間分辨率的影像，建立一套地面的几何校正系统，建立适合矿区遥感的辐射校正系统，解决无连续的地面几何检校场。通过使用我校无人机，建立地面检校场。对于混合像元问题，研究地面光谱来进行卫星影像的混合像元分解。建立地面实测的光谱知识库，为矿区环境研究提供精细的光谱曲线。

2. 多手段

通过跟踪最新的高分卫星系统，对于目前卫星数据的中分辨率和高分辨等不同空间分辨率的影像，建立一套地面的几何校正系统，建立适合矿区针对遥感数据非实时性，建立一套传感器网络的实验场，搭建最新的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN），实时监测场地的各种温度、湿度、污染物的添加量、气象参数等信息，周期性的监测各种实验区地物的光谱曲线，进行各种反演模型的研究。

3. 多尺度

研究多光谱、宽视场、航向立体成像、地面三维建模和传感器检测等多种模式，有效采集矿区各种地物的光谱数据，布置可以进行航空航天数据几何校正的地面模型，搭建地面激光三维扫描数据的各种矿区地物模型，设立实时监控矿区地面各种指标的传感器模式等。

4. 多学科协同

以测绘科学与技术一级学科（含大地测量学、地图制图学与地理信息系统、摄影测量与遥感）为主体、结合土地资源管理学、环境科学与工程（环境科学、环境工程）、信息与通信工程、控制科学与控制、计算机科学与技术、化学工程与技术等学科，发挥各学科优势，建立矿区环境的多学科协同研究试验场。

（二）MAESTRO建设现状

MAESTRO 将采取“固定性地面场地+常态性基础设施+项目性实验观测”的模式，分三期有序建设。目前，已经在中国矿大南湖校区完成了MAESTRO一期建设。建成了30米的通量观测塔，搭载大孔径闪烁仪、涡度相关系统、净辐射仪、空气温湿度传感器、红外辐射计、土壤温湿度传感器、土壤热通量板等观测仪器，长期开展辐射通量、潜热通量、感热通量、土壤热通量、碳通量等的连续观测。建成了大气遥感观测站，装备有太阳光度计、颗粒物粒径谱仪、黑炭分析仪、MAX-DOAS差分吸收光谱仪、气象站等仪器，可24小时连续监测当地的大气污染和气象参数，其气溶胶光学特性观测数据直接加入国际气溶胶监测网（AERONET：Aerosol RObtic NETwork，http：//aeronet.gsfc.na

sa.gov/）。建成了土壤作物光谱实验田，包括四块大小分别为12.0*11.8m2、11.8*11.8m2、11.8*11.6m2和11.6*11.6m2的实验场地，2013年10月至2014年6月期间，先后完成了冬小麦播种、重金属添加、光谱采集、样品检测等实验工作。

二、基于MAESTRO的研究生创新能力提升实践

（一）研究生课堂教学内容更新

遥感是一门快速发展的技术，卫星传感器、反演算法以及学科交叉研究的发展日新月异，及时更新课堂教学内容，对于提升遥感专业研究生的创新能力至关重要。MAESTRO作为我国唯一的矿区环境遥感协同观测科研试验场，一期工程主要涵盖了大气环境遥感、热红外遥感与地表能量平衡、土壤污染遥感三个方面的研究内容，均属于国内外的研究热点和前沿领域。基于依托MAESTRO试验场开展的创新研究成果，针对硕士课程《对地观测与遥感技术》、《定量遥感》，博士课程《遥感科学与技术新进展》的教学需求，具体更新内容如表1所示。更新后的课程内容应用于2014级后的研究生教学，取得了较好的教学效果。

（二）研究生课堂教学内容更新

遥感专业研究生的研究课题多集中在遥感影像分类、定量遥感反演、遥感应用分析研究等方向，无论是使用的卫星遥感数据还是要解决的环境灾害领域的应用课题，均需要与国内外的学术同行进行紧密的交流和密切的合作。由于中国矿大所在的徐州市非直辖或省会城市且同城高校较少，相比北京、上海、武汉、南京等地区的高校的遥感专业研究生，外地专家来徐开设的学术报告相对较少，限制了研究生的学术视野、制约了研究生创新能力的发展。

为此，本文作者所在团队提出了“走出去+引进来”相结合的学术交流模式，以导师课题为纽带，依托中国矿大南湖校区的MAESTRO协同观测实验场的设备与数据优势，吸引校外专家、研究生来校客座研究，同时，鼓励研究生带着校内观测数据到国内外一流的遥感机构开展开放性合作研究。具体而言，以作者承担的欧洲空间局的哨兵五号先导卫星地面验证项目“Validation of Trace Gas and Aerosol Products of TROPOMI/S5P over Eastern China”为纽带，依托南湖校区的大型观测实验场中的大气遥感观测站的设备与数据资源，与德国宇航中心、意大利大气与气候研究所、香港理工大学、中科院遥感与数字地球研究所进行广泛的交流合作。以举办学术论坛、参加国内外学术会议、邀请校外专家研究生来校客座研究、建立网上讨论群等多种形式，实践“走出去+引进来”的多元化学术交流模式。例如，研究生王璐瑶与意大利大气与气候研究所Francesca Costabile博士建立了Skype网络交流小组，研究生韩旭与中科院遥感与数字地球研究所“百人计划”研究员胡斯勒图的课题组建立了定期交流机制。

三、结束语

加强创新能力的培养是确保研究生教育质量的核心任务。中国矿大的遥感专业研究生具有典型的工科背景，选题以工程应用为主，原始创新不足。作者依托大型校内科研试验场的设备与数据优势，将最新的研究成果引入到研究生课堂教学中来，并探索了多元化学术交流模式，为遥感专业研究生创新能力的提升提供了实践案例。未来，将进一步在培养大纲修订、论文选题等各个环节注重创新能力的培养。

参考文献：

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[2]杨荣敏，马革兰，王海君.新形势下高校研究生科研创新能力的培养研究[J].教育教学论坛，2017（11）：244-245.

[3]克里斯蒂安，唐粮.摄影测量与遥感之发展趋势和展望[J].地理信息世界，2011，09（2）：7-11.

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[5]雷少刚，肖浩宇，郄晨龙，等.开采沉陷对关键土壤物理性质影响的相似模拟实验研究[J].煤炭学报，2017（2）：300-307.

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