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Journal of Geomatics

 

   

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  • 基于InSAR技术的中国地表形变一张图研制

    张过;王舜瑶;陈振炜;秦绪文;徐子兴;刘峻宁;刘宇涛;周军元;苏逸平;

    地表形变危害巨大且深远,利用合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)技术监测地表形变虽已较为成熟,但是超大范围,甚至全国范围的地表形变快速提取仍充满挑战。为快速获取全国地表形变信息,设计了一种基于超算并行计算的广域地表形变快速提取优化方法,并对干涉集基线组合方法、广域相位解缠算法、大气效应改正方法等进行了改进和创新。基于该方法,采用10 157景哨兵1号数据,研制了中国全境2021年度40 m分辨率地表形变速率图,经验证形变速率精度为4.82 mm/a,有效覆盖度为94.6%,图幅间无明显接边差异。同时对国内典型地表形变区域进行了分析。研究为广域地表形变常态化快速提取提供了参考。

    2024年02期 v.49;No.230 1-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 4316K]
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技术研究

  • 多频Galileo精密单点定位瞬时模糊度固定性能评估

    田福娟;聂琳娟;周晓慧;

    随着Galileo卫星系统的全面建成,多频Galileo观测值提供了更低噪声和更长波长的观测值组合,从而为Galileo瞬时精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定(ambiguity resolution,AR)提供良好的条件。从三频无电离层组合观测模型出发,重点分析了Galileo各个频点观测值组合的噪声放大因子,并基于15个MGEX(multi-GNSS experiment)测站10天的观测数据评估了不同频率组合的Galileo瞬时PPP-AR定位精度。结果表明:在位置精度衰减因子(position dilution of precision,PDOP)较差时(PDOP=2.3),采用Galileo E1/E5a/E6频率的瞬时PPP-AR在东、北和天方向的均方根(root mean square,RMS)分别为0.16 m、0.19 m和0.45 m,与Galileo E1/E5a/E5b瞬时PPP-AR定位解相比,在3个方向分别提高了约40%、38%和32%。以上结果表明,采用Galileo E1/E5a/E6组合对瞬时PPP-AR的定位精度有较大提升,因此当用户的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)接收机能接收到Galileo E1/E5a/E6频点时,建议采用这三组频点进行定位。

    2024年02期 v.49;No.230 13-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 2348K]
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  • 单目视觉测量强夯夯沉量的误差分析

    高乔裕;金银龙;张宏阳;李飞羽;刘全;

    人工测量夯沉量的方式精度差、效率低且危险性高。针对这些问题,利用单目视觉方法实现了夯沉量的实时高效测量。为验证该方法的有效性,基于夯沉量解算模型,根据误差传播定律建立了夯沉量精度评价模型,并进行了误差敏感性分析,给出了提高夯沉量测量精度的方法和建议。结果表明,对测量精度影响最大的参数为相机俯仰角;特征点识别误差是测量结果误差的主要来源。工程实测结果表明,夯沉量解算均方误差为±28.46 mm,符合工程现场夯沉量测量误差的精度要求,具有推广价值。

    2024年02期 v.49;No.230 18-24页 [查看摘要][在线阅读][下载 2773K]
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  • 基于单目视觉的特征点测距与定位方法研究

    承达瑜;张新;孟小亮;宿文松;莫新好;任明龙;王腾;曾广鸿;

    在单目视觉测距系统中,摄像机安装偏差会造成摄像机云台俯仰角与模型俯仰角不一致,从而影响远距离单目测距和定位的精度。针对这一问题,提出了一种基于梯度下降法的俯仰角校正方法。该方法根据单目测距原理和参考点与摄像机的实际距离,构建出梯度下降法的目标函数;对目标函数进行一阶微分,求出目标函数的梯度;迭代计算出使目标函数值小于设定阈值的俯仰角,以此为单目测距模型最优俯仰角。在此基础上,依据单目视觉成像原理构建像素坐标与实际坐标间的函数关系,计算特征点的实际坐标。以球型摄像机为图像采集设备开展实验与应用,结果表明,测距结果的相对误差都在4%以内。这证明该方法能准确校正单目测距俯仰角,确保测距精度,且能有效确定特征点坐标。

    2024年02期 v.49;No.230 25-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 2049K]
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  • 随机森林在低轨空间目标阻力系数确定问题中的应用

    刘涵月;夏胜夫;桑吉章;

    对绝大多数空间目标而言,由于观测条件和观测手段的限制,测轨数据稀疏且精度较低,传统轨道确定时一并解算的大气阻力系数精度稳定性很差。针对这一问题,提出一种基于随机森林的大气阻力系数预测模型。该模型主要利用某个目标的历史大气阻力系数、轨道数据、太阳地磁指数、大气密度等信息预测该目标未来一段时间内的大气阻力系数。仿真GRACE(gravityrecoveryandclimateexperiment)A卫星2002年的测轨数据,进行多个时间段的轨道确定与预报模拟实验。结果表明,相比于传统方法,利用所提模型预测大气阻力系数,再将其应用于轨道确定和预报,7天轨道预报最大误差降幅可达60%,有效抑制了最大误差,为稀疏测轨数据条件下改善空间目标轨道确定与预报精度提供了一种技术途径。

    2024年02期 v.49;No.230 33-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 1509K]
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  • SAR雷达色散效应抑制的自适应匹配滤波算法

    肖晖;尹畅;罗茜今;王博;

    星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具备强穿透性和不受光照限制等优势,针对在高频波段星载SAR和地面通信时受色散效应影响,产生的信号畸变、失真、幅度起伏和相位起伏问题,提出了一种基于自适应滤波的校正匹配滤波算法,分析了信号失真的特征,对脉冲波形进行校正。实验结果表明,该算法有效补偿了时间延迟和相位畸变,纠正了脉冲信号波形失真。

    2024年02期 v.49;No.230 38-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 2390K]
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  • 依不同纬度变量的常用曲率半径的直接展开式

    李晓勇;李厚朴;刘国辉;边少锋;

    通过计算机代数系统Mathematica推导出了以地心纬度、归化纬度为变量的卯酉圈曲率半径、子午圈曲率半径和平均曲率半径的直接表达式,该表达式适用于任何椭球参数,具有通用性。并将常规的基于第一偏心率e表示的公式改写为基于第三扁率n表示的公式,以2000国家大地坐标系(China Geodetic Coordinate System2000,CGCS2000)椭球为例分析了推导出的直接表达式的精确性和可靠性。经分析可得,常用曲率半径展开至e~6或n~3时,既能满足大地测量学要求的精度,也更为紧凑简练,一定程度上提高了地图投影的计算效率。

    2024年02期 v.49;No.230 45-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1533K]
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  • 基于深度学习的室内动态场景下视觉SLAM技术研究

    郑晓华;耿鑫雷;邓浩坤;

    视觉同步定位与建图(visual simultaneous localization and mapping,VSLAM)技术是近年来机器人和计算机视觉领域的重点研究方向之一,但当前的主流算法主要面向静态环境,当场景中存在运动的物体时,算法的定位精度和稳定性会受到很大影响。为了解决上述问题,提出了一种惯性测量单元(inertialmeasurementunit,IMU)积分与YOLOv4语义分割结合的VSLAM前端动态特征点剔除算法,通过YOLOv4网络对图像进行语义分割,识别图像中有运动可能的物体;再将IMU积分与语义分割结合,对目标检测框内有运动可能的特征点进行重投影误差的解算,识别并剔除环境中运动的特征点。在TUM Visual-Inertial Dataset上验证该算法,结果表明,在包含运动物体的室内场景下,该算法可以有效剔除环境中的运动物体,显著提升SLAM系统的定位精度和稳定性。

    2024年02期 v.49;No.230 51-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 2398K]
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  • 基于倾斜三维数据的建筑物分层方法

    张祖宇;孙时钟;温久民;张冠;高云龙;

    以单体建筑为对象的属性挂接方法已无法满足城市建筑立体空间多层差异的属性信息挂接需求。因此,提出一种基于倾斜三维数据的建筑物智能楼层提取方法,该方法利用现有二维建筑物矢量边界提取建筑物立面纹理,并在Mask R-CNN模型上增加一个特征增强结构——反向的特征金字塔(feature pyramid network,FPN),充分利用高低层特征信息,提升窗户识别检测率;同时,根据窗户排列规则进行规则化补全,然后进行层高计算、分割楼层。实验证明所提方法容错性较好,即使在窗户识别不全或有遮挡的情况下,经过简单的后处理也能实现楼层的分层。

    2024年02期 v.49;No.230 56-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2400K]
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  • 基于互信息熵和NetVLAD的视频关键帧提取方法

    康佳慧;纪松;范大昭;储光涵;李林林;

    针对现有关键帧提取方法时间复杂度高、漏检率大、忽略视频语义信息等问题,提出一种基于互信息熵和局部聚合描述符向量网络(vectoroflocalaggregateddescriptors net,NetVLAD)的视频关键帧提取方法。首先计算视频帧互信息熵,将视频划分为视频子集;然后通过NetVLAD进行视频帧的特征提取与聚类,根据最近邻匹配算法计算帧间距离,提取候选关键帧;最后通过感知哈希减少冗余度,得到关键帧集合。基于UAV-123数据集进行了实验分析,结果表明,该方法高鲁棒地提高了关键帧的提取效率,保证了高保真度的同时降低了关键帧的冗余。

    2024年02期 v.49;No.230 62-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2515K]
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  • 基于卷帘快门相机模型的高精度建图与视觉定位

    郭帅威;肖腾;邓非;

    使用卷帘快门相机进行移动测量时,由于逐行曝光的特点,影像上会产生果冻效应。而传统的建图与视觉定位方法大多假设影像是全局快门获取,直接处理卷帘快门影像很难得到高精度的结果。针对以上问题,构建基于插值的卷帘快门相机模型,并将其用于卷帘快门影像的高精度建图与视觉定位。建图时使用运动恢复结构算法,利用卷帘快门相机模型对影像特征点进行坐标插值,获取该点的位姿,继而得到对应的投影矩阵,再进行卷帘快门三角化和卷帘快门光束法平差优化,完成高精度建图。在视觉定位环节,利用PnP(perspective-n-point)算法获取影像定位初值,之后使用卷帘快门影像绝对位姿优化算法进行优化。实验结果表明,与传统方法相比,所提方法的建图与视觉定位精度更高。

    2024年02期 v.49;No.230 68-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2877K]
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  • 基于机载多基线PolInSAR的森林冠层高度反演

    罗洪斌;朱泊东;岳彩荣;王宁;

    以美国航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)、欧洲航天局(European Space Agency,ESA)、加蓬航天局合作的AfriSAR项目中的Lopenp和Mondah为实验区,以L波段的多基线全极化无人驾驶飞行器合成孔径雷达(unmanned aerial vehicle synthetic aperture radar,UAVSAR)数据为数据源,分别采用高度偏差(height variance,VAR)方法、偏心率(eccentricity,ECC)方法和平均相干幅度与分离度乘积(product of average coherence magnitude and separation,PROD)方法、原点到拟合直线距离与分离度乘积(product of fitted line distance from origin and coherence separation,LINE)方法进行基线选择,并基于地面随机体散射模型(random volume on ground,RVoG)三阶段方法反演森林高度,以激光雷达获取的相对高度RH100对两个实验区的森林冠层高度反演结果进行验证。结果表明:在植被高度较小时,利用4种基线选择方法反演的森林冠层高度均比较合理,但森林高度较大时,ECC和VAR方法的低估较为严重;在Lopenp实验区中,采用VAR方法选择基线时,总体反演精度最低,R~2和均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为0.36、26.27 m;采用ECC方法选择基线时,总体反演精度优于VAR方法,R~2和RMSE分别为0.50、13.94m;LINE方法的R~2和RMSE分别为0.72、8.71 m,PROD方法的R~2和RMSE分别为0.72、8.55 m。4种基线选择方法中,PROD和LINE方法的总体反演精度明显优于ECC和VAR方法。Mondah实验区结果的规律与Lopenp实验区的一致,说明利用多基线极化合成孔径雷达干涉测量(polarimetricinterferometricsyntheticapertureradar,PolInSAR)技术反演森林冠层高度时,基线选择方法对反演结果有重要影响。

    2024年02期 v.49;No.230 74-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 2452K]
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  • 一种边缘辅助的卫星影像云修复卷积神经网络

    张雨姝;戴佩玉;

    遥感影像的云修复是改善影像质量、降低数据成本的一种重要手段。使用Landsat 8影像研究卷积神经网络在云修复中的应用,提出一种影像信息重建的新式网络结构——边缘辅助的门控卷积网络(edge-guided gated convolutional network,EGCN)。该网络以多时相数据作为含云影像上被遮挡信息的辅助数据,主干网络为多时空门控卷积网络(spatial-temporal based gated convolutional network,STGCN),在多尺度特征融合模块引入一种改进的非局部(non-local,NL)模块——门控非局部(gated non-local,GNL)来替代传统的卷积层,并以边缘特征提取网络(edge network,ENet)为分支,从边缘信息层面进行特征引导。实验结果表明,GNL模块和ENet的加入均有助于提升云修复效果。

    2024年02期 v.49;No.230 81-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2558K]
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  • 顾及碳排放的长江中游城市群建设用地生态效率空间关联研究

    黄欣;

    基于长江中游城市群28个城市的数据,以碳排放为非期望产出,利用超效率松弛变量测度模型计算该城市群2010—2016年的城镇建设用地生态效率,采用社会网络模型分析城市群内建设用地生态效率的空间关联及其影响机制。研究表明,该城市群整体建设用地生态效率水平较低,其网络结构呈南强北弱的格局,空间关联度有待加强。城市经济发展水平和人口规模的差异是其关联性的主要影响因素。因此,进一步提升中心城市人口集聚规模与经济发展水平,统一排放标准,加强城市间产业合作,通过提高城市群内建设用地生态效率的网络关系实现协同减排是城市组团绿色发展的重要途径。

    2024年02期 v.49;No.230 87-92页 [查看摘要][在线阅读][下载 2168K]
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  • 融合多源遥感影像的城市扩展识别与空间驱动分析

    杨昌兰;关雪峰;李静波;吴华意;

    鉴于当前较难获取最新高精度长时序遥感城市土地监测图,现有城市扩展空间驱动分析实践识别主要驱动因子时未检验因子集的全局解释性且较少关注空间溢出效应。以东莞为实验对象,集合Landsat影像和MODIS归一化植被指数(normalized differential vegetation index,NDVI)时序产品,构建深度学习分类器,获取高精度土地覆盖分类图,识别城市扩展,使用基于logistic回归的探索性回归识别解释东莞全局城市扩展的最优因子集,进而使用auto logistic回归测度空间溢出效应的影响并进行驱动分析。研究发现:(1)基于深度学习分类器,融合Landsat光谱、纹理和MODIS NDVI时序变化信息可获取高精度(Kappa>93%)土地覆盖分类图;(2)基于探索性回归可良好识别解释全局城市扩展的最优因子集,受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)>0.85;(3)2000—2020年,最优解释东莞全局城市扩展的主要空间驱动因子有城市规划方案、距建成区距离、空间加权城市密度、城市扩展的空间溢出效应,主要限制因子有高程、坡度、1 km2水体密度和土地可得性。

    2024年02期 v.49;No.230 93-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 2451K]
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  • 基于县(市、区)的京津冀城市群生态与经济协调发展研究

    黄经南;惠雨;杨石琳;赖思云;沈英杰;

    中国城市群的飞跃式发展带来空前经济繁荣的同时也引起了发展与保护的严重矛盾,如何协调城市群生态与经济的关系成为关注热点。但目前针对中国城市群协调发展的研究多局限于省(区、市)级单元,较少关注县(市、区)尺度。因此以中国三大城市群之一的京津冀城市群为例,构建生态与经济协调发展评价指标体系,对2000年、2005年、2010年、2015年、2018年的县(市、区)协调水平进行评价。结果表明:(1)城市群经济差异极大且不平衡的趋势加重,经济较为发达的地区主要集中于京津和河北省地级市市辖区,呈现以京津为核心的聚集团状结构和以多个地级市市辖区为散点的点状结构;(2)城市群整体生态水平“先恶化后优化”,高生态水平县(市、区)前期主要集中于城市群北部,后向南扩张;低生态水平县(市、区)主要位于城市群中东部京津地区和河北省地级市市辖区,在研究中后期数量逐渐减少;(3)协调度失衡情况严重且未能得到改善,靠近京津中心和冀地级市市辖区的县(市、区)协调水平普遍较高。针对以上问题,提出构建区域协调发展共同体、建立“大中心多组团”的空间结构、合理布局产业分工、强化生态发展模式和生态补偿模式等建议。

    2024年02期 v.49;No.230 100-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 2216K]
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  • 利用非负矩阵分解识别县域人群活动时空特征

    詹庆明;李轩;樊智宇;

    对地区的人群活动时空特征进行识别,有利于认识地区空间结构特质,但现有研究对县域及以下层面的关注相对不足,且用于表征县域尺度人群活动的手机信令数据呈现一定的稀疏性,欠缺系统的数据处理方法。为此,以广东省新兴县为例,选取2020年工作日和周末两个特征日的手机信令数据构建时空矩阵,利用非负矩阵分解方法提取隐含的活动模式特征;并基于这些特征,通过k-means聚类算法得出各类功能区在县域的空间分布。研究表明,新兴县周末的夜间经济繁荣、人群活动模式丰富,中心城区的人群活动强度高,但同周边村镇的联系弱;县域内以居住功能为主导,不存在显著的功能分区。研究结果说明了利用非负矩阵分解方法可有效提取稀疏时空矩阵中的模式特征,可为县域国土空间规划编制提供科学的支持和帮助。

    2024年02期 v.49;No.230 108-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 2945K]
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  • 交通与经济联系视角下粤港澳大湾区网络结构与协同机制探究

    颜雪;廖创场;赵志刚;马丁;

    在交通与经济联系视角下,以2019年和2020年为时间截面,基于社会网络理论分析粤港澳大湾区城市空间结构与联系网络特征,探究未来大湾区的发展方向与协同模式,以期对大湾区发展规划提供几点建议。结果表明:(1)粤港澳大湾区存在明显的“东强西弱”空间分异格局,广州、深圳、佛山为湾区城市主要联系方向,形成“广州-佛山”“深圳-东莞”交通极点和“佛山-广州-东莞-深圳-香港”经济联系主线;(2)粤港澳大湾区已形成较为明显的以广州、深圳、香港为核心的多中心化网络结构,高位序城市节点表现出较强的虹吸效应,城市间双向联系呈现一定的对称性,但整体网络集聚趋势尚不明显;(3)粤港澳大湾区正逐步形成以湾区中轴为核心的圈层结构,并通过多个凝聚子群形成以点带面的协同发展格局。

    2024年02期 v.49;No.230 114-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 2345K]
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  • 一种基于轨迹数据的红绿灯位置检测方法

    赵肄江;方辰昱;廖祝华;

    红绿灯位置是道路上行人和车辆的交会点,极大影响着道路结构和交通运行,在城市路网中起着重要的枢纽作用。针对目前红绿灯位置检测方法准确率不够高、覆盖面区域不完整等问题,提出了一种基于轨迹数据的交通灯位置检测方法。该方法基于聚类-合并-分类-合并的四级模型,首先从清理过的轨迹数据中提取隐含的车辆行驶特征,再采用具有噪声的基于密度的聚类(density-based spatial clustering of applications with noise,DBSCAN)方法得到转向和停驻两类聚类中心,对这两类聚类中心进行合并,获得红绿灯位置的候选位置;根据候选位置一定范围内的轨迹点提取该区域的车流行驶特征,然后采用梯度提升决策树(gradient boosting decision tree,GBDT)算法进行分类,最后将候选位置的正样本融合,以检测红绿灯位置。采用成都市浮动车GPS轨迹数据进行实验,检测结果的F1分数为0.947,效果优于常规的机器学习方法。实验结果表明,基于GPS轨迹数据,采用提出的四层模型能有效检测出红绿灯的位置,该模型可被用于城市大范围红绿灯位置信息的快速获取和更新。

    2024年02期 v.49;No.230 122-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 2377K]
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  • 地理信息低代码开发平台的编排设计和实现方法

    翁杰;任福;刘鹏;程瑛;李栩滨;江河;胡君;丁婕玉;

    描述了一种基于浏览器/服务器(browser/server,B/S)架构的地理信息低代码开发平台的可视化编排设计和实现方法,为组件库、界面层编排、逻辑层编排和数据层编排设计了完善的行为规则。通过该方法实现平台的编排能力,采用拖拽组件和配置参数、逻辑编排、数据编排等方式实现领域地理信息应用软件开发,并用实例证明了该方法能够大幅提高地理信息应用软件开发效率、减少开发成本。

    2024年02期 v.49;No.230 131-134页 [查看摘要][在线阅读][下载 1693K]
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教学研究

  • 前沿科研和课程思政驱动的城市遥感教学改革与实践

    邵振峰;徐小迪;吴文福;胡滨;

    遥感技术属于发达国家对中国采取核心技术封锁和核心元器件禁运的“卡脖子”领域。基于遥感技术发展与城市应用需求,介绍了城市遥感课程教学改革的思路和具体内容,提出了城市遥感课程“以课堂教学为主体、以专题研究为主线,以原理介绍、案例分析、思政案例介绍为教学环节,以分行业需求分析和针对性练习为辅助”的“二三二”教学模式,并对该模式的实施情况进行了介绍。试点教学表明,该模式有效增强了学生学习的主动性,在引导学生构建完善的城市遥感知识体系和激发本科生探索兴趣方面效果良好。“二三二”教学模式有可能是一种适合中国国情的高校城市遥感课堂教学模式,值得进一步尝试和推广。

    2024年02期 v.49;No.230 135-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1362K]
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  • 地理空间信息工程专业人才培养模式创新实践

    陈占龙;吴亮;万波;

    随着大数据与人工智能时代的到来,发展智能教育,应对新技术浪潮,培养新时代所需的专业人才已成为高校的重要任务。以中国地质大学(武汉)地理空间信息工程(geospatial information engineering,GIE)专业为例,结合专业特色和优势,基于新时代教育的新理念、新机构、新模式探索了GIE专业人才培养模式。围绕创新的“三融合”人才培养理念,开展了跨学科教学平台、专业课程结构、新型教学模式3个方面的人才培养体系设计探索。实践表明,该模式取得了显著的成果,对同类院校设置培养方案具有一定参考意义。

    2024年02期 v.49;No.230 139-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1690K]
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