高中地理第一章地理环境与区域发展第二节地理信息技术在区域地理环境研究中的应用学案.docx

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高中地理第一章地理环境与区域发展第二节地理信息技术在区域地理环境研究中的应用学案

第二节　地理信息技术在区域地理环境研究中的应用

课程标准

1．结合实例，了解遥感（RS）在资源普查、环境和灾害监测中的应用。

2.举例说出全球定位系统（GPS）在定位导航中的应用。

3.运用有关资料，了解地理信息系统（GIS）在城市管理中的功能。

4.了解数字地球的含义。

学习目标

1．了解遥感的概念、主要环节，掌握遥感在资源普查、环境和自然灾害监测中的应用。

2.说明全球定位系统的三大组成部分、工作特点，掌握全球定位系统在定位导航中的应用。

3.了解地理信息系统的概念和简要程序。

4.运用有关资料，掌握地理信息系统在城市管理等领域中的应用。

5.理解“数字地球”的概念，并弄清“3S”之间的关系及其与“数字地球”的关系。

[基础知识梳理]

一、地理信息技术

1．概念：

获取、管理、分析和应用地理空间信息的现代技术的总称。

2．类型：

遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）。

3．应用领域：

领域

应用

区域地理

环境研究

资源调查、环境监测、自然灾害防御监测、国土资源管理、国土开发规划

大众化

应用

GPS汽车导航、空间信息网站、城市多媒体地理信息系统

二、遥感和全球定位系统

1．遥感（RS）

（1）概念：

人们在航空器或航天器上利用一定的技术装备，对地表物体进行远距离的感知。

（2）主要环节：

（3）原理：

地面物体的种类、性质、环境条件不同，其反射和辐射的电磁波也各不相同。

（4）特点：

精度高、质量高、效率高，节省人力、财力，探测范围大。

（5）应用：

资源调查、环境监测、自然灾害防御监测等领域。

2．全球定位系统（GPS）

（1）概念：

利用卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统。

（2）组成

（3）特点：

全能性、全球性、全天候、连续性和实时性。

（4）应用：

为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间；利用GPS为导航服务。

三、地理信息系统和数字地球

1．地理信息系统（GIS）

（1）概念：

专门处理地理空间数据的计算机系统。

（2）简要程序：

→

→

→

→

（3）应用：

可提供反映区域状况的各种空间信息，可对环境和自然灾害进行动态监测及评估预测，可应用于城市管理。

2．数字地球

（1）概念：

是指数字化的地球，即把整个地球信息进行数字化后，由计算机网络来管理的技术系统。

（2）作用：

将不同空间、时间的自然、人文的大量信息进行整合，进行立体的、动态的显示，为生产、研究活动提供实验条件和试验基地。

【思考】

1．在区域地理环境研究中，遥感与实地测绘的传统方法相比，具有哪些优势？

提示　遥感技术探测的范围大，获取信息的速度快，对地物的分辨率较高，不受地物阻隔的影响等。

2．全球定位系统在我们的生活、生产中能提供什么帮助？

提示　能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间，可以帮助人们进行野外考察、旅行和测量等。

3．如何理解“地理信息系统是地图的延伸”这句话？

提示　可以理解为地图是GIS的重要信息源，是GIS的基础；而GIS是地图的延伸和完善，除了具备地图的基本功能外，还有地图所没有的其他更多功能。

[预习效果自测]

1．“环境减灾”卫星不能直接监测的自然灾害是（　　）

A．台风B．洪涝

C．地震D．森林病虫害

解析　地震灾害的发生具有突发性特征，目前地震的监测预报水平仍非常有限。

“环境减灾”卫星通过卫星图像对地震不能直接监测。

但是对台风、洪涝、森林病虫害都能直接监测。

所以本题选择C选项。

答案　C

读车载GPS导航监控原理示意图，完成2～3题。

2．图中M表示（　　）

A．制作GPS接收机B．分析交通状况

C．生成电子地图D．计算三维坐标

3．车载GPS通过公共电信网络传给交通监控中心的信息是（　　）

A．车载GPS所在道路的拥堵状况

B．车载GPS所在地的地理坐标

C．车载GPS所在车辆的违章信息

D．车载GPS规划的导航路线

解析　第2题，纸质地图信息数字化后录入地名、坐标信息，即生成电子地图，将该电子地图输入车载GPS，则可进行路线规划和导航。

第3题，车载GPS通过公共电信网络传给交通监控中心，反映其所在位置，即当地地理坐标。

答案　2.C　3.B

4．在未来的农业生产中，依托于地理信息技术，农民首先可定期获得农田作物长势的影像资料，再经过系统分析，最后把杀虫剂、化肥施用到最需要的农田，从而减少污染，提高产量，如下图所示。

这一过程中，依次使用的技术是（　　）

A．GPS—RS—GISB．RS—GPS—GIS

C．GIS—RS—GPSD．RS—GIS—GPS

解析　利用RS对农田进行定期的监测，然后将获得的资料利用GIS进行分析，从而利用GPS为有特定需要的农田制定出合理的施肥措施等。

答案　D

5．有关“数字地球”的叙述，正确的是（　　）

A．就是指“3S”技术的应用

B．一个由数据和信息组成的地球

C．主要反映现实问题，不能应用于可持续发展

D．可以方便地获取信息，模拟人类活动对环境产生的影响，制定可持续发展的对策

解析　数字地球是在“3S”技术的基础上，把大量信息进行整合并进行立体、动态地显示，便于应用和研究。

“数字黄河”是数字地球区域性的体现。

答案　D

探究点一　遥感技术在区域地理环境研究中的应用

【探究活动】　阅读材料，完成下列问题。

不同物体和物体的不同状态具有不同的电磁波特性，卫星传感器探测地表物体对电磁波的反射和物体自身发射的电磁波，然后按照一定的规律把电磁辐射转换成图像，经过处理，提取物体信息，完成远距离识别物体和物体的状态，这就是遥感工作的基本原理。

（1）根据以上文字材料，请你设计用遥感技术对我国滇池流域水质状况监测的方案，并提出治理的措施。

（2）请拟列出卫星遥感技术的三个应用领域及相关的课题名称。

序号

应用领域

课题名称

例

防灾减灾

长江流域洪水动态分析

①

②

答案　

（1）方案A：

获得滇池水质状况遥感影像资料（或建立滇池水质遥感监测预报系统）。

方案B：

对水质出现的异常状况进行分析，提出预报（或根据遥感信息对水质状况监测分析，提出防治措施）。

措施A：

防止工业“三废”（或农田废水/受污染河水/其他废弃物）直接排入湖中。

措施B：

保护滇池周边生态环境；对已污染水体进行（人工或生化方法）治理。

（2）

序号

应用领域

课题名称

例

防灾减灾

长江流域洪水动态分析

①

资源普查

野生藏羚羊种群数量及分布

②

环境监测

太湖的污染监测

【反思归纳】　遥感技术在区域地理环境研究中的应用

1．在资源普查中的应用

勘探矿产资源，调查生物资源、水资源等是遥感技术在资源普查中的重要应用领域，如下表所示：

应用领域

具体内容

备注

矿产资源

蕴藏矿产的地方有许多是地质断裂或环形构造带，较容易借助遥感技术“发现”矿产

人们只需要分析遥感图像就可以划定蕴藏矿产的大致区域

生物资源

通过遥感图像解译，用图像处理技术，提取植被的分布、类型、结构、健康状况、产量等数据

为农业、林业、城市绿化、环境保护等部门服务

2.在环境、灾害监测中的应用

随着遥感技术的发展，遥感将不仅为人们提供信息资源，改变人们的生产、生活与交往方式，而且在环境监测、灾害预警等方面发挥着巨大作用，有助于灾害的预防、环境的治理和保护。

如下表所示：

应用领域

具体内容

目的

环境监测

荒漠化、土壤盐渍化、海上冰山漂流、海洋生态、全球气候变化及其影响、植被变化、水体污染、大气污染等

有利于人们了解环境变化，使环境得到保护和改善

灾害监测

旱情、洪灾、滑坡、泥石流、农林病虫害、森林火灾等

有利于防灾减灾

3.农业、林业方面的应用

在农业方面，利用遥感技术可以识别各类农作物，计算其种植面积，并根据作物生长情况估计产量。

在林业方面，利用遥感技术可以清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。

如下图所示：

规律方法　遥感图像判读的方法

1.遥感图像直接判定法的技巧

利用遥感图像上的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图形等标志可直观识别遥感图像上的目标地物，例如：

我国黄土高原地区水土流失严重，沟谷纵横，地形切割十分破碎，在卫星图像上表现为大面积的浅灰色调细麻树枝状图案，据此可直接判读黄土地貌的分布。

2．解译遥感图像的方法——对比分析法

对比分析是指用不同波段、不同时间的卫星图像以及地面的已知资料进行对比，对比的目的在于互相补充、相互验证，从卫星图像上提取更多有用的信息，使判读结果更加准确可靠。

3.遥感图像判读不可缺少的方法——逻辑推理法

运用地学规律的相关分析和实际经验进行逻辑推理判定也是常用方法。

例如，从水系分布的格局，可推断出有关岩性及地貌类型等方面的信息，从植被类型可推断出土壤类型。

【即时巩固】

1．2014年3月8日凌晨，马来西亚航空公司的MH370航班与地面管制突然失联。

下图是MH370航班疑似坠机海域及在疑似坠机海域发现的疑似漂浮物。

读图完成

（1）～（3）题。

（1）我国利用卫星在疑似坠机海域寻找到疑似漂浮物，并传回了疑似漂浮物的卫星像片。

利用卫星寻找飞机残骸所使用的地理信息技术是（　　）

A．GISB．GPSC．RSD．GPRS

（2）若只考虑洋流和风向因素对疑似漂浮物位置的影响，则坠机地点最有可能位于疑似漂浮物所在海域的（　　）

A．东部B．西部

C．南部D．北部

解析　第

（1）题，地理信息系统主要对采集到的数据进行整理、分析，建立数据模型等，输入图层，便于利用；全球定位系统主要用于导航、定位；遥感技术主要用于信息的采集，通过地面不同物体反射的不同电磁波，进行数据采集和实时监控。

第

（2）题，根据图中澳大利亚可知，疑似漂浮物位于印度洋海域，该海域位于西风带，盛行西北风，受西风漂流影响，故则坠机地点最有可能位于疑似漂浮物所在海域的西部。

答案　

（1）C　

（2）B

2．随着科学技术的发展，我国台风预报技术能力大幅提高，台风预报准确率逐年稳步提升。

下图为某次台风的卫星云图。

据此回答

（1）～

（2）题。

（1）气象卫星发回的卫星云图主要运用了（　　）

A．全球定位系统B．卫星遥感技术

C．地理信息系统D．数字地球虚拟技术

（2）目前主要是利用气象卫星对台风进行监测，通过分析多幅卫星的云层图片，可以获得（　　）

①台风中心位置　②台风的强度和速度　③台风所造成的降水强度　④台风的移动方向　⑤台风的登陆地区

A．①②③⑤B．②③④⑤

C．①③④⑤D．①②④⑤

解析　第

（1）题，气象云图是利用卫星遥感取得的气象数据得出的。

第

（2）题，从气象卫星云图上可以看出任何地方的天气状况，监测台风的位置、强度、移动方向和速度等，这为实时天气预报提供了依据，但不能获取台风所造成的降水强度的信息。

答案　

（1）B　

（2）D

探究点二　全球定位系统的应用

【探究活动】　阅读下面的三则材料，完成下列问题。

材料一　浓雾协助英法联军创造了“奇迹”。

1940年5月24日，德军以“闪电战”攻破马其诺防线，把40万英法联军包围在法国的敦刻尔克海滩上。

德军离港口仅16英里。

这时天气状况有利于英法联军撤退，从26日至31日都是大雾天气，浓厚的云雾笼罩在海峡上空，加上油库燃烧形成的黑烟，使德军战斗机找不到轰炸目标。

到4日上午，英法联军共撤出34.6万人。

有人说这是浓雾创造了奇迹。

材料二　据有关报道，第二次海湾战争中，伊拉克军方点燃巴格达周围浇灌石油的战壕来阻碍美军事行动，但美专家指出烟雾对美军使用的卫星制导导弹没有任何影响。

材料三　在第二次海湾战争中，许多美国飞行员在被击落后能得以生还，人们常常惊羡于美国人的神奇。

（1）材料一和材料二中同样是烟雾，为什么能阻滞德军的袭击，而不能对美国的轰炸产生影响？

（2）在材料三中美军是如何确定飞行员的位置并组织救援的？

答案　

（1）“二战”时的德军飞行员依靠人眼的视力发现目标，一旦有低层烟雾出现，人会看不清地面的物体。

而第二次海湾战争中，因为美军采用了全球定位系统（GPS），能提供精密的三维坐标、速度和时间，并且具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的特点，因而不受烟雾的影响。

（2）美军用GPS技术。

因为当时多国部队是跨国界、跨地区作战，对地理环境相当陌生，仅依靠地图的作用是有限的，正是因为有了手持型GPS接收机的帮助，才使许多美国士兵得以生还。

【反思归纳】　全球定位系统的应用

依据全球定位系统所具有的特征，其广泛应用于以下领域：

【即时巩固】

智能手机一般具备拍照、网页浏览、地图查询、定位导航等功能。

下图是某智能手机的GPS功能显示图。

读图完成

（1）～（3）题。

（1）手机GPS功能的出现，说明（　　）

A．GPS技术已成为人们日常生活的必备工具

B．GPS技术可以扩大人们的出行范围

C．随着GPS技术的普及，民用GPS技术发展很快

D．有手机信号就能进行GPS定位导航

（2）手机GPS能够实现的功能有（　　）

①网络实时监视　②所处位置获取　③失窃汽车查找　④行车路线追踪

A．①②B．③④C．①③D．②④

（3）在下列选项中，可以利用全球定位系统监测的是（　　）

A．山体位移B．地震震级

C．震源深度D．地震烈度

解析　第

（1）题，手机GPS功能的出现，说明随着GPS技术的普及，民用GPS技术发展很快。

第

（2）题，GPS的功能主要是定位导航，手机GPS可以获取所处的位置，可以进行行车路线追踪。

第（3）题，GPS可以测量山体的微小移动。

答案　

（1）C　

（2）D　（3）A

探究点三　地理信息系统的应用

【探究活动】　读下面材料，回答问题。

材料一　甲图为一幅具有林木、河流和住房的景观图，乙图是根据该图而建立的空间数据模型。

材料二　某城市部分地区经过数字化处理的交通线、功能分区、地价图。

（1）材料一中两图形对地物的表示有什么差异？

与地图相比，地理信息系统有哪些优点？

（2）材料二中，若布局合理，则该城市盛行风最不可能为________；若在该区域新建物流中心，最宜选择在________。

地理信息系统在城市管理中有哪些作用？

答案　

（1）差异：

①储存信息的形式不同。

地理信息系统通过建立数据模型，以数据库的形式储存地理空间数据，而地图以图纸的形式保存地理信息。

②查询的方式不同。

地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新，而地图则通过肉眼进行判读，获得地理信息。

GIS获取的信息更有针对性，速度也更快。

③地理信息系统可以将不同来源、不同比例尺、不同投影的地图数据进行综合，并进行空间分析；而地图有许多方面做不到。

优点：

①信息量大，使用方便；②功能强大、完备；③能够进行动态监测和评估预测。

（2）西南风　丁地　作用：

地理信息系统在城市交通、土地利用、城市规划等方面都具有强大的管理功能。

【反思归纳】　地理信息系统（GIS）的应用

1．在灾害监测中的应用

应用地理信息系统，并借助于遥感技术，可有效地监测和预报洪涝灾害、森林火灾等。

2．在区域地理环境研究中的应用

3.在城市管理中的应用

应用

主要功能

城市信息管理与服务

主要向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息

城市规划

进行城市与区域多目标的开发与规划

城市道路交通管理

显示有关道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息

城市抗灾减灾

实时跟踪灾害发生、发展过程，对灾害进行快速分析、评价和模拟，辅助开展灾后的应急和恢复工作

城市环境管理

环境规划与决策、监测、评价、预测与模拟

城区公共卫生

提供预警和决策支持

4.地理信息系统可以解决的四类基本问题

（1）与分布、位置有关的基本问题

①查询“地点”和“状况”。

②查询符合一定条件的地物的分布、位置。

（2）趋势分析

（3）模式问题

（4）模拟问题

规律方法　GIS图层叠加示意图的判读方法

（1）首先要明确GIS图层是由许多的专题地图组成的，这些专题地图是由许多的具有空间属性的数据在计算机中生成的，它们分别反映了某种专题地理事物的空间分布特征。

如图中的叠加图层分别是水系分布图、土地利用类型分布图、居民点分布图、地形图和土壤分布图。

（2）其次要明确不同的专题地图反映的地理事物之间的空间联系。

如从水系图中可以找到河流的上游地带，而河流的上游往往是山地，在地形图中则常表现为等高线较为密集，有一定的坡度等特征。

（3）再次要明确图层叠加之后会形成一个可以反映多个地理要素分布特征的新地图，在这幅新地图中的某个位置上，我们就可以综合考虑各个要素进行人类生产、生活活动场所的选择评价。

【即时巩固】

1．下图示意我国某区域地理信息系统（GIS）部分图层，该区域人口密度由甲到乙呈递减趋势。

下列判断正确的是（　　）

A．甲到乙气候适宜度变好

B．甲到乙地形起伏度变大

C．甲到乙植被覆盖率变小

D．甲到乙水文指数值变大

解析　该区域人口密度由甲到乙呈递减趋势，说明甲地气候较好，乙地气候较差；甲地地形起伏较小，乙地起伏较大，甲地开发程度高，植被覆盖率较小，乙地开发程度低，植被覆盖率较大；甲到乙水文指数值变小。

答案　B

2．下面属于地理信息系统的应用领域的是（　　）

①防灾减灾　②交通管理　③城市规划　④医疗服务　⑤学生管理

A．①②③④⑤B．①②③④

C．②③④⑤D．①②④⑤

解析　地理信息系统的应用领域广泛，凡是用到地图或需要处理地理空间数据的领域，都可以借助GIS。

学生管理需要的是教师、学校等方面的工作，与地理空间数据无关。

答案　B

探究点四　地理信息技术与数字地球

【探究活动】　未来“智慧城市”生活的愿景是：

走在街头，通过“无线智能叫车服务”就能立刻把出租车叫到身边；想租房买房，只需用智能手机的摄像头对着小区，详细的租售信息立即显示在四维地图上；“智慧医疗”——让人们在家也可以通过远程网络和传感系统轻松地看病；“智慧家居”———家里安装一个大屏幕，想购物或订机票，动动手指头就能完成；“智慧导航”——除了带路，还能播报天气、路况等。

（1）材料中的“智慧城市”主要应用了哪些地理信息技术？

（2）“智慧城市”还有哪些功能？

答案　

（1）全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等各种技术的综合应用，是“数字地球”的一部分。

（2）实施城市智能管理、警务工作的智能管理等。

【反思归纳】　数字地球与各关键技术之间的关系

规律方法　“3S”技术的判断

1．根据“点”与“面”判断GPS

GPS的主要功能是定位和导航。

它的最大特点是工作对象是一个“点”或“多个点”，明显区别于RS和GIS技术的工作对象——“面”。

在“3S”技术中选取适当手段时，要看其工作对象是“点”还是“面”，如果是“点”则选用GPS，如果是“面”则选用RS或GIS。

2.根据“想”与“看”区分RS、GIS

GIS是地图的延伸，主要功能是进行空间数据的分析和处理。

对“事象”的发展变化进行预测、评估，需要计算、思考，即“想”；凡是需要“想”的选GIS。

RS是人的视力的延伸，主要功能是收集信息，即“看”，只“看”不用“想”的选用RS。

【即时巩固】

结合下面材料，回答下列问题。

材料　GoogleEarth是一款由Google公司开发的虚拟地球仪文件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。

GoogleEarth使用了公共领域的图片、受许可的航空照相图片、KeyHole间谍卫星的图片和很多其他卫星所拍摄的城镇照片。

（1）根据你的理解，GoogleEarth涉及到哪些关键性技术？

（2）试举例说明“数字地球”在日常生活中的应用领域。

（3）数字地球除了在日常生活中的应用外，还在可持续发展研究中发挥作用，试举例说明。

解析　GoogleEarth是一种网络化的数字地球形式，它的建立需要地理信息技术和其他相关科学技术的支撑。

数字地球的应用前景主要是三大领域：

可持续发展、政府决策、百姓生活。

可持续发展方面主要体现在快捷获取大容量信息和模拟实验，为我们研究全球可持续发展提供有利条件。

答案　

（1）信息高速公路与高速网络技术、高分辨率卫星遥感技术、空间信息技术与空间数据基础设施、大容量数据处理与存贮技术、可视化和虚拟现实技术以及3S技术等。

（2）网上旅游信息查询，远程教育研修等。

（3）模拟未来20年森林面积的变化，研究全球生态环境变化趋势。

知识结构

晨背索引

1．遥感、全球定位系统、地理信息系统、数字地球的概念。

2．遥感类型、主要环节、优点。

3．全球定位系统的组成及应用领域。

4．地理信息系统的工作原理和应用领域。

5．“3S”技术与数字地球的发展趋势。

1．下图展现了某一时刻地球晨昏线的分布，获得此图资料的地理信息技术是（　　）

A．RSB．计算机虚拟

C．GPSD．空间测量

答案　A

读“‘北斗’定位系统示意图”，完成2～3题。

2．我国“北斗”系统主要属于下面哪一类现代技术（　　）

A．GPSB．RS

C．计算机网络D．移动3G网络

3．该系统适用的领域有（　　）

①铁路运输　②渔业生产　③勘探　④森林防火

A．①④B．②③C．①②③D．①②③④

解析　第2题，“北斗”系统属于全球定位系统。

第3题，该系统已在测绘、电信、水利、公路交通、铁路运输、渔业生产、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。

答案　2.A　3.D

4．读“黄河口及其附近地区的卫星影像图”（图中左下角为拍摄日期），回答下列问题。

（1）材料中黄河口及其附近地区的卫星影像图主要是通过____________技术获取的，入海口处陆地影像颜色深浅不一，这表明_____________________________。

（2）从三张影像图中看出，黄河三角洲面积的变化特点是____________________。

分析造成其变化的直接原因。

解析　第

（1）题，通过对同一地点不同时段遥感图像的对比分析，可以动态监测环境问题的发生，预测其发展变化趋势。

第

（2）题，对比分析黄河三角洲三幅图的差异，即可获知三角洲面积变化的特点；变化原因从沉积物来源和工程建设方面回答。

答案　

（1）RS（或遥感）　刚形成的陆地厚薄不均

（2）先扩大，后缩小　扩大的原因是中游段的输沙量在增加；缩小的原因是黄河入海水量减少，输沙能力减弱。

课后作业

一、选择题

下图为3S（RS、GPS、GIS）技术的相互关系示意图。

读图回答1～2题。

1．如果①、③表示反馈影像信息的处理结果，②、⑥表示提供影像的功能，④、⑤表示提供定位信息功能。

关于甲、乙、丙的说法正确的是（　　）

①甲是GIS　②乙是RS　③丙是GIS　④甲是GPS

A．①②B．③④C．①③D．②④

2．下列有关3S技术运用的叙述，正确的是（　　）

①运用RS可以确定110巡逻车的位置　②运用RS可以获取水灾淹没区域的动态信息　③运用GPS可以确定运钞车位置　④运用GIS可以获取森林火场遥感信息

A．①②B．②③C．③④D．①④

解析　第1题，①、③表示反馈影像信息的处理结果，说明甲是GIS；②、⑥表示提供影像的功能，说明乙为RS；④、⑤表示提供定位信息功能，说明丙是GPS。

正确答案是A。

第2题，运用GPS可以确定110巡逻车的位置；运用RS可以获取森林火场遥感信息。

答案　1