（1）专业与年级要求

本实验主要面向地理信息科学专业、地理科学专业、自然地理与资源环境专业、人文地理与城乡规划专业或相关专业本科生。

（2）基本知识和能力要求

学生需已修过地理信息科学导论或GIS概论、遥感概论等地理信息科学专业基础课程，具备地理信息科学、自然地理学等基础知识。

“十四五”以来，我国可再生能源装机实现跨越式增长，风电光伏总装机已历史性超过火电。《可再生能源发展“十五五”规划》明确提出以“沙戈荒”地区为重点深入推进“三北”风电光伏基地建设，“十五五”时期将新增装机3.7亿千瓦以上。截至2026年9月底，全国“沙戈荒”大基地合计建成规模已超1.57亿千瓦，规模化、集约化开发模式显著提高了整体开发效率、降低了度电成本。光伏场站是为大规模开发利用太阳能资源所建的地面设施，其选址的科学性与合理性直接关系到项目投资回报与长期运营收益。我国西北荒漠区太阳能资源丰富、未利用土地广阔、地价低廉，是建设大型光伏电站的理想区域，但场址在光照资源、地形条件、电网接入距离、土地成本等方面差异显著，选址决策的优劣直接影响年发电量、等效利用小时数和送出线路投资等核心经济指标。荒漠光伏科学选址，将有利于提升清洁能源设施的建设效益与运营经济性，也将为国土空间规划与能源投资决策提供科学支持。

图1 2019年中国西北五省光伏园区分布情况

图2腾格里沙漠光伏基地

选址分析是地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）空间分析的重要应用领域之一，需要综合运用地理学、计算科学与专业领域知识。选址分析在国土空间规划、国防建设和国民经济建设等领域发挥着不可或缺的作用。空天地网一体化协同观测与三维技术可以更加系统、直观、全视角地展示选址影响因素和分析决策过程，因此空天地网一体化的土地资源与环境智能遥感分析成为时空大数据时代GIS与遥感应用的发展方向之一。本实验以西北典型荒漠区为实验区，研发空天地网一体化的土地资源与环境智能遥感支持的荒漠光伏选址三维虚拟仿真实验，提升学生应用地理思维与遥感、GIS工具解决国民经济和社会发展生产实践问题的综合分析能力。

考虑到荒漠区的高危极端环境、实地选址的高成本与高消耗、定址后不可逆操作等问题，开展空天地网一体化的土地资源与环境智能遥感支持的荒漠光伏选址三维虚拟仿真实验十分必要。主要体现在：

荒漠光伏拟建区通常位于干旱缺水、风沙频繁、高温强辐射的无人区或半无人区，选址难度大。为了科学选址，需要综合调查区域光照资源、土地覆盖、土壤水盐、植被状况、风沙活动与工程约束等诸多条件。然而，荒漠环境导致了观测条件的高危极端性，开展空天地网一体化协同观测与实地选址综合实验的难度大、危险性高、可操作性低。三维虚拟仿真实验具有交互性强、内容丰富、极具沉浸感和模拟性等特点，为荒漠区的光伏选址提供了有效的实验手段，克服了高危极端环境给选址实验带来的挑战。

荒漠光伏选址实地踏勘范围大，选址成本高、消耗大。实地选址需要通过多时相遥感影像解译、地面光谱实测、土壤水盐采样、植被样方调查与辐照观测，计算不同方案下的光照资源量、可用面积、土方工程量与发电潜力，不仅工作量大、成本高，且对人力和物力的消耗巨大。以三维虚拟仿真的形式来进行荒漠光伏选址能够显著降低实验教学成本，卫星影像、无人机航摄、观测仪器与分析模型等都可通过虚拟技术实现，能较好地解决数据来源、仪器设备与场地对实体选址实验的制约，大大节省实验所需的人力、物力和财力投入。

光伏场站定址后难以重新规划选址，属于不可逆操作。确定光伏场址并建成投运后，运营期长达二十年以上，还需对选择的布局进行长期生态评估，这个过程需要有足够长的时间，而且实验有不可逆的操作特点。三维虚拟仿真实验以情境体验式的教学方法，生动形象地引导学生学习荒漠光伏选址涉及的知识点，可以方便快捷地进行多次选址实验，克服了选址不可逆与生态响应长周期的技术难题。

面向问题培养综合分析能力，建设高阶虚拟仿真实验资源。坚持知识、能力和素质有机融合，面向选址问题复杂性和选址技术应用的实际需求，以荒漠光伏选址真实案例为驱动，全要素、全视角地设计探究型荒漠光伏选址三维虚拟仿真实验。实验涉及内容广，能有效提高学生全面感知和分析客观空间环境的能力，培养学生解决复杂问题的综合分析能力。

以真实数据与前沿方法驱动课程内容创新。本实验由长期从事遥感与新能源经济效应研究的教师团队设计，以荒漠光伏选址为案例，以实验区多时相遥感影像与植被样方观测等来源明确、可核查的数据为基础，融合教师团队在荒漠地表参数反演与光伏经济效应评估方面的最新研究进展，还原西北荒漠区光伏场站选址的真实场景；实验所用规范依据《光伏发电站设计规范》（GB 50797-2026）设定，将国土空间安全理念贯穿实验全过程，培养学生科学思维，增强学生创新运用知识的能力。

由易到难地设计循序渐进实验，适度提高实验学习挑战难度。按照“能实不虚、虚实结合”原则，采用计算机仿真、虚拟现实和三维场景建模与数字地形分析等技术，支撑学生循序渐进开展空天地网一体化协同数据采集、地理分析与三维场景构建、选址评价与安置规划、生态影响预测与综合研判等实验内容。动态评价和反馈实验结果，引导学生自主学习、科学思考、探索研究，增强学习的获得感和成就感。

本实验依托虚拟仿真技术，通过虚拟与现实、理论与实践的深度融合，引导学生自主学习荒漠光伏选址中的空天地网一体化协同观测、多元观测数据获取与集合、地理分析、光伏选址规划、经济效应评估等专业知识和技能，培养学生的科学思维和双创能力。

一是巩固地理空间数据采集的基础知识。通过仿真荒漠生态与现有光伏电站监测全过程，引导学生认知天基、空基、地基观测设备的作业流程、仪器设备及协同关系，学习观测节点网络化接入、多源数据汇聚、空天地协同调度、数据采集与预处理、重采样及特征构建的原理和方法，训练空天地一体化遥感监测数据获取与处理的实践技能。

二是掌握地理分析与三维场景构建的基本技能。引导学生掌握土地覆盖分类、多因子分级赋值、加权叠加与适宜性分区等地理分析方法，学习三维选址场景的构建流程与参数设置，让学生自主体验学习相关参数设置对三维场景构建结果的影响。

三是培养荒漠光伏选址规划与经济效应评估的能力。学习光伏选址规划与项目经济评价的原理，结合光照、遥感指数、接入点与道路距离等数据，运用层次分析法、指数评估与成本—效益分析等方法，围绕年发电量、送出线路等关键经济指标开展经济效应评估，并基于评估结果优化光伏选址规划与阵列布置方案，培养学生面向产业一线解决工程经济问题的综合分析能力。