K12学习版高中地理 第三章 地理信息技术的应用 第3节 地理信息系统的应用 第4节 数字地球学案 中图版.docx

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第三、四节　地理信息系统的应用和数字地球

1．了解地理信息系统和数字地球的定义。

2．理解地理信息系统的功能和流程及地理信息系统解决的四类问题。

（重点）

3．掌握数字地球的核心思想和应用前景。

（难点）

[基础·初探]

教材整理1　地理信息系统的应用

阅读教材P90～P94，完成下列问题：

1．地理信息系统

（1）概念

依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统，简称GIS。

（2）功能

（3）工作流程

2．地理信息系统可以解决的四类基本问题

（1）与分布、位置有关的问题

查询“地点”和“状况”；查询符合一定条件的地物位置。

（2）趋势分析

通过某地物的时间变化过程，分析其发展趋势。

（3）模式问题

揭示各种地物之间的空间关系。

（4）模拟问题

利用已掌握的规律建立起一定模型，模拟具备某种条件时将出现的结果。

3．地理信息系统在城市管理中的应用

（1）城市信息管理与服务：

向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息。

（2）城市规划：

查询和统计，并用三维影像显示市貌，分析城市现状，有效管理城市地下管网。

（3）城市道路交通管理

①显示道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息。

②可以提供多类型的查询。

③及时发布交通信息。

（4）城市救灾防灾

①实时跟踪灾害的发生、发展过程。

②对灾害进行快速分析、评价和模拟。

③辅助开展灾后的应急和恢复工作。

（5）城市环境管理：

环境规划与决策、监测、评价、预测与模拟等。

正误判断：

（1）地理信息系统的实现，依赖于计算机系统，因此该系统只由计算机软、硬件构成。

（　　）

（2）地理信息系统的功能主要是处理地理空间数据。

（　　）

（3）地理信息系统专门化程度高，所以应用的领域十分狭窄。

（　　）

（4）地理信息系统的功能与地图是一样的。

（　　）

【提示】　

（1）×　地理信息系统由硬件、软件、数据、人员构成。

（2）√　地理信息系统主要功能是处理地理空间数据。

（3）×　地理信息系统不但能随时制作电子地图，还有详细的属性资料可供查询，并能进行多种空间分析、应用领域十分广泛。

（4）×　地理信息系统不仅供查询，并能进行多种空间分析，所以其功能比地图要全面的多。

教材整理2　数字地球

阅读教材P97～P101，完成下列问题：

1．数字地球

（1）含义：

对真实地球及相关现象的统一性的数字化重现与再认识。

（2）应用技术：

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。

（3）核心思想

①用数字化手段统一处理地球问题。

②最大限度地利用信息资源。

（4）基础

①全球网络

要求信息网络嵌入到每个人的日常生活中。

②分布式存储

信息分开存储到全球各地的计算机中。

高速宽带网络的建设及其传输速度，是建立数字地球的重要基础。

（5）最大特征与依据——虚拟现实技术。

（6）重要信息源：

高分辨率卫星影像。

2．数字地球的应用前景

（1）数字地球与可持续发展

模拟人类活动对生产和环境的影响，制定可持续发展的对策。

（2）数字地球与政府决策

①可为国家大型工程决策提供重要的参考数据。

②为政府对城市的管理提供依据。

（3）数字地球与百姓生活

通过数字地球可网上购物，接受远程教育，参加交互娱乐项目等。

正误判断：

（1）数字地球包括自然和人类的全部数据和信息。

（　　）

（2）数字地球的最大特征是虚拟现实技术。

（　　）

（3）数字地球的基础是全球网络与集中式存储。

（　　）

（4）数字地球的重要信息源是大容量数据存储技术。

（　　）

【提示】　

（1）×　数字地球包含了自然和人类的大多数数据和信息。

（2）√　数字地球的最大特征是虚拟现实技术。

（3）×　数字地球的基础是全球网络与分布式存储。

（4）×　数字地球重要信息源是高分辨率卫星影像。

[质疑·手记]

预习完成后，请将你的疑问记录，并与“小伙伴们”探讨交流：

疑问1：

解惑：

疑问2：

解惑：

疑问3：

解惑：

地理信息系统

[合作探究]

阅读材料，探讨下列问题。

材料一　2016年7月27日在青岛市中区中山路与西安路交叉路口，下班途中一名骑电动车妇女在闯红灯时被侧面驶来的小汽车撞倒在地。

在汽车司机拨打急救电话后，不到5分钟，120急救车就到达现场，受伤妇女被迅速送到附近医院救治。

这都得益于青岛市启动的城市急救地理信息系统的建立。

材料二　智能交通地理信息系统，可通过图形的形式查询道路的通行状况，迅速定位事故点，调度抢修车辆，以及提供交通疏散的方案等，为提高道路的通行能力、缓解交通阻力、提高道路通行的安全系数、紧急事故的处理等提供强有力的技术保障。

智能交通GIS在国内外的交通管理部门得到了大量应用。

探讨：

城市急救地理信息系统在进行病人急救过程中可提供哪些服务？

【提示】　①快速锁定病人的位置；②搜寻距离病人最近的医院和救护车；③提供救护最佳行车路线，以赢得抢救时间等。

探讨：

地理信息系统在城市管理中除应用于道路交通外还有哪些方面的应用？

【提示】　信息管理与服务、城市规划、救灾防灾、环境管理。

探讨：

是否涉及人类生产生活的信息都可以用到地理信息系统？

【提示】　不是。

地理信息系统与一般信息系统的区别是地理信息系统所采集的信息是按地理空间分布特征来反映地理实体结构和动态变化规律的，因此，不反映地理空间分布特征的，一般不用地理信息系统。

[核心点击]

1．地理信息系统可以解决的基本问题

名称

原理

举例

与分布、位置有关的基本问题

解决与“地点”和“状况”有关的查询

①距离最近的一家快餐店在哪里；②北京市目前共有几家图书馆；③在指定区域内寻找适合一定条件的地物

趋势分析

了解某地物随时间变化的过程，分析该地物的发展趋势

①分析过去20年来某城市的人口增长趋势；②求两点之间最短、最快或景点最多的路径

模式问题

通过模式分析，揭示各种地物之间的空间关系

分析一个地区的地形、土壤与特定作物种植之间的关系

模拟问题

模拟某地如果具备某种条件时将出现的结果

温室效应造成了地球极地冰盖的融化，若海水上涨10cm将淹没全球哪些地区

2.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和规划

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

[体验评价]

1．2016年5月27日，加利福尼亚州圣巴巴拉地区的洛斯帕德雷斯国家森林公园爆发森林大火，整个城区烟尘弥漫，多达5000人被迫撤离。

消防部门出动了4架消防飞机和2架直升飞机灭火。

根据材料，完成

（1）～

（2）题。

（1）灭火飞机在选择飞行路线时，可以利用一种以采集、存储、管理、分析和描述________有关数据的空间信息系统（　　）

①地球表面　②地理分布　③大气状况　④宇宙环境

A．①②　　　　　　　　　　　B．③④

C．①④D．②③

（2）灭火飞机在飞行过程中，主管人员可以通过地理信息系统（　　）

①查询设备的位置　②选择最佳转移线路　③模拟设备状态　④了解天气信息

A．②③④B．①③④

C．①②④D．①②③

【解析】　第

（1）题，地理信息系统采集、存储、管理、分析和描述的数据是关于地球表面和地理分布的，与大气状况和宇宙环境无关。

第

（2）题，了解天气信息不是GIS提供的功能。

【答案】　

（1）A　

（2）D

2．阅读材料，完成下列问题。

材料　地理信息系统作为地理信息的自动处理与分析系统，其应用领域已非常广泛，涉及生产生活的各个领域。

地理信息系统是城市规划的重要工具。

GIS数据存储采用“分层”技术，即将地图中的不同要素，存储在不同的“层”中。

将不同的“层”要素进行重叠，就形成不同主题的地图。

GIS中，不同类型的地理空间信息储存在不同的图层上，叠加不同的图层可以分析不同要素间的相互关系。

（1）上图反映了我国目前大多数城市存在的交通拥堵现象。

若应用GIS解决城市交通拥堵问题，其发挥出的积极作用主要有__________________________

_______________________________________________________________。

（2）未来五年上海将计划形成“海、陆、空、铁、水五路并举的格局”，城市土地利用状况将发生一定的变化。

五年以后，如果你要了解上海市近五年以来土地使用性质、地块轮廓的变化，在GIS系统中，你可直接进行对比分析的图层是________；若将上海的城市人口分布图层与城市交通图层叠加，即可为城市的________选址提供参考。

【导学号：

73360138】

（3）如果你想利用假期去上海复旦大学参观学习，但你对上海市又不熟悉，你将如何利用GIS进行路径查询？

（4）地理信息系统能否对城市环境问题进行治理？

【解析】　第

（1）题，应结合产生城市交通拥堵的原因和解决城市交通拥堵的措施来进行分析回答。

第

（2）题，要了解上海近五年以来土地使用性质的变化、地块轮廓的变化，应对近五年来上海市每年的土地利用图层进行对比分析。

第（3）题，从GIS具有电子地图功能，可以从提供的路径查询中得到答案。

第（4）题，地理信息系统可为我们进行生态环境监测的决策提供依据，但是对环境问题的治理还需人们的实际行动。

【答案】　

（1）快速查询道路通行状况，迅速定位事故（拥堵）地点，提出交通疏散方案；为道路规划提供最佳路径分析；查询路况信息，为道路养护和应急抢修服务等。

（2）近五年以来上海市每年的土地利用图层　商业网点

（3）利用网络GIS调出复旦大学所在地区的地图，查出车站到复旦大学最合理的公交路线。

（4）不能。

地理信息系统可以为我们进行生态环境监测的决策提供依据，但是环境问题的治理还需要人们的实际行动。

数字地球

[合作探究]

阅读材料，探讨下列问题。

中央电视台“探索·发现”频道曾播出过《回到恐龙时代》的节目，节目中形象逼真地再现了各类恐龙及其生存环境。

探讨：

这体现了什么技术的应用？

【提示】　数字地球中的虚拟现实技术。

探讨：

“数字地球”在现实生活中已经广泛应用，试举例说明。

【提示】　可视电话、网络购物、电视会议、视频点播等。

[核心点击]

1．数字地球与各种应用技术的关系

2．数字地球的应用前景

（1）数字地球对人类的积极作用

数字地球在林业、农业、水利、矿产、交通、通信、教育、环境、人口、城市建设等几十个领域都能产生巨大的经济效益和社会效益。

我们选择几个领域来展望数字地球的应用，如下表：

应用前景

作用

具体表现

可持

续发展

数字地球的建立，使人类拥有了一个数字化的空间实验室，科学家通过这个实验室可以从全球角度研究可持续发展问题

科学家可方便地获得地形、森林、资源、气候、植被、土壤类型、矿产、土地利用变化等方面的信息，应用空间分析与虚拟现实技术，模拟人类活动对生产和环境的影响，制定可持续发展的对策

政府决策

数字地球可为国家大型工程决策提供重要的参考数据；为政府对城市的管理提供依据

①利用数字地球的技术可以为是否修建水库提供依据；②可以通过GIS分析犯罪模式和犯罪频率，合理分配警力资源

百姓生活

数字地球提供了前所未有的方便

①接受远程教育；②网上购物；③参加交互娱乐项目；④浏览风景名胜

（2）数字地球最基本的任务

数字地球最基本的任务是全面、及时地提供真实可信的数据，这就需要所有国家和地区的相互协作和共同努力。

[体验评价]

3．“数字校园”是“数字地球”的具体利用与体现，读数字校园的应用图，回答

（1）～（3）题。

（1）“数字校园”是指（　　）

A．对校园内所有信息资源的数字化

B．远程教育和网上学校

C．计算机辅助地理教学

D．建设虚拟学校

（2）“数字校园”的思想核心是（　　）

A．信息资源的数字化　　　B．建设网上学校

C．发展远程教育D．减轻师生的课业负担

（3）未来借助于“数字校园”技术，有关地理教学的变化的说法，不正确的是（　　）

A．不再使用地球仪，学生只要戴上显示头盔，就能看见太空中的地球

B．对于区域的学习，利用声音识别系统就能够得到关于行政区范围、动植物物种等信息

C．课堂上不需要老师，学生完全靠计算机自学

D．想要了解有关地区更多的信息，可通过“数据手套”，单击一下链接按钮，就能够看见

【解析】　第

（1）题，“数字校园”是利用网络、通信技术对校园内的信息资源进行全面的数字化，通过整理加工，使这些信息资源能够有序地运转，从而更好地为教学、科研、管理和生活服务。

第

（2）题，把学校建设成既面向校园，又面向社会的一个超越时间和空间的虚拟学校，使更多的人能够共享教育资源。

第（3）题，虽然数字校园技术能大大丰富课堂教学，但教学依然离不开教师的主导作用。

【答案】　

（1）A　

（2）A　（3）C

4．阅读下列资料，回答问题。

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。

GoogleEarthGoogleEarth提供

　起始界面　　　　的纽约帝国大厦

（1）GoogleEarth所需的数据是如何存储的？

这些最基本的空间数据是如何获得的？

【导学号：

73360139】

（2）在GoogleEarth中，可视化技术和虚拟现实技术有何区别？

（3）试举例说明“数字地球”在日常生活中的应用领域。

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

【解析】　GoogleEarth是一种数字地球的雏形，其大量的数据信息分散存储在全球不同数据库中。

材料中说明其信息来源于卫星照片、航空照片。

可视化技术是计算机中信息的可视化表达，而虚拟现实技术重在生成虚拟环境。

“数字地球”在生产、生活及可持续发展研究中应用非常广泛。

【答案】　

（1）分散在不同机构的数据库。

高分辨率卫星遥感技术。

（2）可视化技术：

将计算机中的抽象数据具体化，以文本、图形、图像、声音、动画、视频等各种形式表现出来，它是实现数字地球与人交互的窗口和工具。

虚拟现实技术：

可以生成虚拟环境；运用视觉、听觉、嗅觉、触觉感官与人体的自然技能感受逼真的虚拟环境，与虚拟世界进行交互，完成各种虚拟过程。

（3）网上旅游信息查询、远程教育研修等。

（4）模拟未来20年森林面积的变化、研究全球生态环境的变化趋势。

[课堂·小结]

对点训练1　地理信息系统

我国GIS从20世纪80年代初期开始起步，90年代进入快速发展阶段。

目前，GIS已经成为分析重大社会经济问题的强有力的工具。

据此完成1～3题。

1．地理信息系统处理的对象，与一般数据的区别主要在于（　　）

【导学号：

73360140】

A．强调空间位置　　　　　B．强调色彩搭配

C．强调时间因素D．强调地区轮廓

2．地理信息区别于其他信息的最本质特征在于它是（　　）

A．空间信息B．数据信息

C．图像信息D．综合信息

3．一套完整的地理信息系统，其查询、分析、模拟等操作主要基于（　　）

A．海量的数据B．优越的硬件支持

C．熟练的操作人员D．良好的显示设备

【解析】　第1题，地理信息系统是一种以采集、存储、管理、分析和描述地球表面与地理分布有关数据的空间信息系统。

第2题，地理信息系统是一种空间信息系统。

第3题，GIS建立在地理数据的基础之上。

【答案】　1.A　2.A　3.A

对点训练2　数字地球

数字地球其实就是信息化的地球，是一个完整的地球信息化的模型。

据此完成4～5题。

4．数字地球实现以后，科学家们可以（　　）

A．制定可持续发展的对策

B．控制全球气温升高

C．控制人口增长速度

D．控制全球贫富差距

5．数字地球应用于政府决策的领域有（　　）

【导学号：

73360141】

①国家大型工程决策　②城市管理　③疾病防控

④防灾减灾　⑤远程教育

A．①②④⑤B．①②③⑤

C．①②③④D．①③④⑤

【解析】　第4题，数字地球实现以后，通过全球信息共享，依靠计算机的虚拟现实技术，对地球上的各种空间信息数据综合分析处理，可制定可持续发展的对策。

第5题，数字地球可为政府决策提供依据，如大型工程建设、城市管理、疾病防控、防灾减灾等。

远程教育是对百姓生活的影响。

【答案】　4.A　5.C