資源簡介

(共39張PPT)
4.2 地理信息
技術的應用
課程標準：
通過探究有關自然地理問題，了解地理信息技術的應用。
1．了解遙感、全球導航衛星系統和地理信息系統的概念和工作原理。(地理實踐力)
2．了解地理信息技術在相關自然地理問題中的應用。(綜合思維、人地協調觀)
溢油污染影響模擬
地理信息技術可用來模擬溢油事故情景，有助于更客觀全面地分析與評價海洋保護區遭受溢油事故的污染風險。在渤海灣溢油污染模擬中，研究人員利用地理信息技術模擬了石油在12小時、24小時、36小時、48小時、60小時和72小時的時間內油污到達的地點和擴散線路，并推測出油污的影響范圍。
思考：1. 要獲取溢油污染影響的模擬結果，需要了解哪些地理信息
2. 如何監測石油污染的擴散情況
地理信息技術
Geographic Information Technology
指獲取、記錄、加工、管理和傳播地理信息的各種技術手段
全球導航衛星系統(GNSS)
遙感
(RS)
地理信息系統
(GIS)
一、全球導航衛星系統及其應用
1.概念
能在地球表面或近地空間的任何地點,提供全天候的三維坐標、速度、時間信息的導航定位系統。
三維坐標
運動速度
精確授時
為導航服務
美國
全球定位系統(GPS)
世界主要衛星定位系統
中國
北斗導航衛星系統(BDS)
俄羅斯
格洛納斯全球導航衛星系統(GLONASS)
歐盟
伽利略導航衛星系統(GALILEO)
2.種類
發展最早,比較完善,在世界范圍內使用廣泛
中國自行研制的全球衛星定位與通信系統,世界上第三個成熟的全球導航衛星系統
3.工作原理
空間部分
地面控制部分
不間斷地向地面監控系統發送各自與定位相關的參數和時間信息
監測和控制衛星上各種設備的工作及衛星的運行
顯示接受機所在點位的經緯度、高度、運動方向和速度等信息
用戶設備部分
北斗導航衛星系統是我國著眼于國家安全和社會經濟發展需要，自主建設、獨立運行的導航衛星系統，是為全球用戶提供全天候、全天時、高精度的定位、導航和授時服務的國家重要空間基礎設施。
北斗導航衛星系統由空間段、地面段和用戶段三部分組成。它融合了導航與通信能力，具有實時導航、快速定位、精確授時、位置報告和短報文通信服務五大功能。
2020年6月23日，我國北斗三號全球衛星導航系統最后一顆組網衛星在西昌衛星發射中心點火升空，30分鐘后衛星順利進入預定軌道，至此，我國提前半年完成北斗全球衛星導航系統星座部署。
探究活動1：北斗導航衛星系統及其應用
北斗導航衛星系統提供服務以來，已廣泛應用于交通運輸、海洋漁業、水文監測、氣象預報、測繪地理信息、森林防火、通信時統、電力調度、救災減災和應急搜救等領域，服務國家重要基礎設施，產生了顯著的經濟效益和社會效益。
北斗導航衛星系統運行示意圖
想一想：我國北斗導航衛星系統主要應用在哪些領域？
4.應用
(1)主要功能:定位、導航等。
全球導航衛星系統的主要功能是定位、導航等，這在森林普查與規劃、海洋調查與監測、氣象及地質災害的監測與救援等領域都有廣泛應用。
想一想：全球導航衛星系統的主要功能是什么？
綿陽市利用導航衛星系統進行地質災害監測
優點：測量的精度高，操作簡便，而且儀器體積小、便于攜帶，可全天候操作
應用領域：廣泛應用于測定森林面積、道路位置、森林火災地區位置，界定邊界線，估算木材含量，尋找水源等林業測量領域
意義：在得到調查樣地的詳細位置，充分了解森林資源多樣性的基礎上，可以適時做出調整，為林業發展做進一步規劃，能夠有效提高森林資源的管理效率
想一想：全球導航衛星系統在林業調查方面的優點、應用領域和意義是什么？
（2）.在林業調查方面的應用
應用領域：地殼運動、海平面變化、海洋氣象等方面的有效監測。
意義：建立全球定位系統連續運行觀測站，可以提供潮汐觀測站站址的周、月、年變化率，監測海平面實際變化，及時提供大氣中水汽含量變化信息，為海洋氣象預報服務，在線提供空間位置基準，為海岸帶和近海海洋調查服務。
裝有全球定位系統的“向陽紅09”母船
正在按預定地點投放“蛟龍號”
想一想：全球導航衛星系統在海洋觀測方面的應用領域和意義是什么？
利用衛星測高和衛星重力數據得到的紅海海水質量周年變化的振幅和相位 (2003-2011年)
（3）.在海洋觀測方面的應用
在氣象觀測領域，全球導航衛星系統技術發揮著越來越重要的作用。例如，使用全球定位系統研究大氣，特別是研究對流層的大氣特征。我國多個地區也已經全面開始應用北斗導航衛星系統，進行區域自動氣象站的建設，彌補了原有氣象站的不足。隨著技術的發展，全球導航衛星系統將成為新一代氣象觀測系統的主要部分，在天氣預報中發揮重要作用。
靜止氣象衛星地表高溫檢測圖
景區自動數字氣象站
（4）.在氣象觀測方面的應用
①.由于氣候是一個地區相對穩定的大氣狀況，具有周期性變化，影響我國的臺風也是如此，一般影響我國的臺風路徑有三條，一是生成后往西進入南海，往海南、廣東等地登陸；二是生成后往西北移動，經過臺灣，最后在福建、浙江登陸；三是生成后先往西北移動，然后轉向北、東北方向移動，往朝鮮半島、日本登陸。收集歷年不同季節的臺風移動路徑數據，提高預報的準確性。
②.通過先進的科技手段、氣象衛星，獲得遙感數據，并利用大型計算機模擬分析，推算得出臺風最可能的移動路徑。隨著歷史氣象數據的不斷豐富和計算機水平的不斷提高，對于臺風路徑的預報會越來越準確。臺風發生在太平洋高氣壓的南部邊緣，那里吹東風，于是使臺風向西行。
探究活動2：在天氣預報中，對臺風的位置與移動方向的預報是怎樣實現的？
(2)狹義：應用探測儀器，不與探測目標近距離接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示目標的特征和變化的綜合性探測技術。
二、遙感及其應用
1．概念：即“遙遠的感知”
(1)廣義：泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、聲波、地震波等的探測。
想一想：什么是遙感？
黃土高原九曲十八彎遙感影像
甘肅敦煌戈壁灘洪積扇遙感影像
傳感器可以接收地物體反射或輻射的電磁波信息，并以影像膠片或數據磁帶的形式記錄下來，傳送到地面接收站。地面接收站對遙感信息進行處理和判讀分析，并進行野外實地驗證，最后生成遙感影像，為資源勘探、動態監測和規劃決策服務。
遙感衛星接收不同地物反射信息示意圖
2.遙感的工作過程
信息獲取
用戶應用
信息記錄和傳輸
信息處理判讀分析
傳感器
圖像、數據
地面接收站
遙感的工作流程
想一想：遙感的核心是什么？
遙感的核心在于獲取信息的遙感技術設備，主要包括遙感平臺和傳感器。
密云衛星數據接收站
密云衛星接收站于1986年建成并開始運行，現擁有8座大口徑接收天線及配套的數據接收、記錄和數據傳輸設備，接收范圍覆蓋我國中部、東北地區及相鄰境外地區。
喀什衛星接收站于2008年建成并投入運行，現擁有5套12米和1套7.3米可搬移接收系統，以及配套的數據接收、記錄和數據傳輸設備，接收范圍覆蓋我國西部以及中亞鄰國等區域。
喀什衛星數據接收站
拓展案例：遙感衛星數據接收站
3．遙感影像
(1).概念：是各種傳感器所獲信息的產物，是遙感探測目標的信息載體，主要包括航空影像和衛星影像。
想一想:什么是遙感影像？
航空像片
衛星影像
組成：成千上萬的像元
像元：遙感影像上能夠詳細區分的最小單元，簡稱圖像分辨率
一個像元所表示的地表范圍越小，影像顯示地表信息細節的能力越強，分辨率就越高
想一想：讀圖4-2-7，你能得出什么規律？
(2).圖像分辨率
（3）.類型：黑白影像、彩色影像（真彩色影像和假彩色影像）
(4).判讀
想一想：讀圖4-2-8，分析如何判讀不同類型的遙感影像。
備注：假彩色影像中不 同地物的色彩并不是固定的，需要根據實際情況進行地物判讀
黑白影像 真彩色影像 假彩色影像
湖泊、河流 顏色較深 與實際地物顏色一致 灰和藍色
一般建筑物 灰白色 藍灰色
草地、森林、莊稼 顏色較深 通常為紅色
遙感的應用目前，遙感已經廣泛應用于自然地理研究的諸多領域，在地貌、氣候、水文、土壤和植被的調查和監測中都發揮著重要作用。例如，識別不同的地貌類型，觀測全球氣候變化，監測海水運動與變化，識別植被類型與分布結構，監測災害并預警等，都少不了遙感技術的應用。
4．遙感的應用
①.自然地理研究的應用領域
想一想：遙感在自然地理研究什么領域中進行應用？
在環境和災害監測方面，遙感技術能夠快速準確地獲取區域的環境和災害信息，及時發現環境和災害的變化，預測將要出現的問題。由遙感技術獲得的環境和災害動態觀測數據，通過地理信息系統的快速分析和處理，能夠為決策部門提供科學依據。
2012年6月19日全國秸稈焚燒衛星遙感監測圖
2008年5月14日四川北川縣城遙感影像圖
②.環境和災害監測方面
想一想：遙感在環境和災害監測什么領域中進行應用？
遙感主要應用于水資源調查、水土流失調查、冰雪檢測、海岸帶及淺海地形調查等。遙感不僅能確定地表江河、湖沼和冰雪的分布、面積、水量和水質，還能勘查淺層地下水資源。
1998年7月27-31日洞庭湖及荊江地區飛機遙感圖像
1998年8月28日洞庭湖及荊江地區衛星遙感圖像
③.水文與水資源研究方面
想一想：遙感在水文與水資源研究什么領域中進行應用？
遙感能為水文研究提供長期動態情報，幫助預報和監測早情、融雪、徑流、洪水。例如，衛星遙感可以實時監測洪水的動向，調查洪水泛濫范圍，迅速確定洪澇面積和受災程度。
2017年5月17日到5月20日大興安嶺那吉林場發生火災。遙感衛星影像上分時分地顯示了起火點的位置。由于火的高溫屬性，即便在有云霧遮擋的情況下，運用遙感技術，我們依然能夠發現起火點的情況。
問題1：遙感衛星影像在監測地理事物方面有哪些優勢？
問題2：大興安嶺那吉林場火災遙感衛星影像對于及時了解、控制和撲滅大火有哪些幫助？
探究活動3：遙感在那吉林場火災中發揮的作用
遙感技術測量精度高，操作簡便；獲取信息量大；監測的范圍大；獲取信息的速度快，更新速度快，動態實時；可全天候操作，受地面條件限制少等
通過遙感影像能夠快速準確地獲取著火區域的環境和災害信息，動態實時監測火災的變化，預測火災將要蔓延的趨勢和方位。同時，遙感影像獲得的環境和災害監測數據，通過地理信息系統的快速分析和處理，能夠為決策部門提供科學依據。
1．概念
地理信息系統是依靠計算機實現地理信息的收集、處理、儲存、分析和應用的系統。地理信息系統為地理信息資源的共享提供了最便捷的技術支持。
三、地理信息系統及其應用
利用地理信息系統可以儲存龐大的空間數據，不但能隨時制作電子地圖，還有詳細的屬性資料可供查詢，并能進行多種空間分析，以此來模擬區域內的資源、人口等要素的空間規律和發展趨勢。這是地理信息系統區別于其他信息系統的一個重要標志。
地理信息系統的工作原理
2.功能
信息源
地圖、遙感圖像、野外考察、室內實驗、社會經濟統計等獲得的數據
數據處理
數據處理:建立空間模型和數據模型
數據庫
地物空間特征和屬性的各項數據的結合，構成某一主題的圖層，如地貌圖層、土壤圖層、土地利用圖層等
空間分析
按一定規劃對所研究的局部進行空間分析，也可以對與局部及其相鄰的部分，以至整個區域進行綜合分析
數據表達
將系統處理、分析的結果，形成可供研究、規劃和決策人員使用的產品
3.地理信息系統的工作原理
作為地理信息的自動處理與分析系統，地理信息系統的功能遍及數據采集、數據分析、決策應用的全部過程。地理信息系統一般可以解決以下問題：位置分析、趨勢研究、模式研究、模擬分析。
4.地理信息系統的應用
地理信息系統數據庫圖層示意圖
解決與“位置”有關的問題。例如，分析可可西里藏羚羊的空間分布情況。
藏羚羊跟蹤展現效果圖
提供對不同種群的藏羚羊的遷徙路徑和不同時期不同種群的藏羚羊分布的分析功能
(1).位置分析
包括空間趨勢和隨時間的演變趨勢，如分析降雨對云南滇池流域土壤侵蝕敏感性的情況。
降雨侵蝕力敏感性空間分布趨勢圖
（2）.趨勢研究
結果表明，1999年滇池流域的降雨侵蝕力敏感性以高度敏感所占面積最大。2008年、2014年滇池流域的降雨侵蝕力敏感性主要為輕度和中度敏感。
從空間分布上看，滇池流域北部的降雨侵蝕力大于滇池流域南部的降雨侵蝕力，空間差異顯著。降雨侵蝕力為中度、高度和極度敏感的區域主要分布在滇池流域的北部，不敏感和輕度敏感主要分布在滇池流域的南部。
特定區域地理事物的分布及其組合都有一定的規律，通過模式分析，可以揭示各種地物之間的空間關系。通過對有關信息進行分析、加工，建立反映區域內各種因素相互關系，揭示區域結構、特征和發展規律的模型。
降雨侵蝕力敏感性空間分布趨勢圖
（3）.模式研究
將雨量站圖層與行政區圖層進行疊加，可以獲得雨量站在行政區的分布信息。
雨量站圖
行政區圖
疊加后的圖層
利用地理信息系統，將已掌握的地理規律用數學方法表達出來，即建立模型，來模擬其中某種因素的變化，以及產生的結果。例如，建立洪水預測模型，就可以根據降水量、降水強度、降水持續時間，預測洪水發生的時間和可能淹沒的范圍。
利用地理信息系統模擬發生洪水后可能淹沒的范圍
（4）.模擬分析
利用三維模擬發生洪水后可能淹沒范圍
知識梳理：地理信息技術的應用
GNSS
RS
GIS
遠距離獲取地物信息
（是什么？有什么？）
實時定位、導航
（在哪里？）
分析、處理、表達
（為什么？有何聯系？
怎么做？怎么辦？）
地理
數據
決策應用
指導實踐
大腦
眼睛
讀課本129頁-130頁的案例研究：地理信息技術在四川九寨溝防震減災應對中的應用。分析在九寨溝地震中，地理信息技術都發揮了哪些主要功能？
【參考】
全球導航衛星系統能確定裝有全球導航衛星系統的失蹤車輛具體位置，在有效調度救災車輛等方面發揮了定位、導航功能；
遙感發揮了獲取信息，監測預報自然災害功能；
地理信息系統對地震災害進行預報預警、動態監測 、災害發生成因與規律分析、災害損失調查、災情評估，為制定減災預案和指導災后重建工作等方面提供依據，發揮了地理信息系統綜合處理和空間數據分析、定性和定量分析的功能。
【案例探究】地理信息技術的應用用
1．可以利用北斗導航衛星系統監測的是(　　)
A．山體位移 B．臺風移動
C．洪澇災害 D．地震強度
2．北斗導航衛星系統的用途有(　　)
①為用戶提供實時的空間位置　②為交通運輸的調度指揮提供移動數據　③服務于資源勘查、動態監測和有關部門的規劃決策　④為用戶提供各種分類信息的查詢
A．①② B．③④ C．①④ D．②④
2020年7月31日，北斗導航衛星系統正式開通。據此完成1～2題。
3．有關地貌觀察的順序說法正確的是(　　)
A．選擇視野狹窄處便于精確觀察
B．從微觀到宏觀，從點到面
C．觀察和描述從大的地貌逐漸到小的地貌
D．先描述植被、土壤，再描述地貌
某地理野外實習小組在實習底圖上，預設可供選擇的線路方案如下圖，準備用于圖示區域地形類型的考察。

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