高中地理 2.2《现代化技术在国土整治中的应用》素材 旧人教版选修2

用心 爱心 专心 1 第二单元第二单元 中国的国土整治与区域发展中国的国土整治与区域发展 2 22 2 现代化技术在国土整治中的应用现代化技术在国土整治中的应用 相关素材相关素材 传感器传感器 传感器是直接获得目标物信息的仪器 用以测量和记录目标物的电磁辐射强度和特性 是遥 感技术系统的重要组成部分 人的眼睛是一种卓越的 传感器 它具有一个可变焦距的透镜和一个自动调节的孔径 在 可见光范围内有很高的光谱分辨率 由于技术的进步和应用领域的不断开拓 在研制传感器 时 对其功能的要求比人眼有了很大提高 例如感应的波谱范围更宽 从紫外线到可见光 红外线 并延伸到微波 提高光谱分辨率和空间分辨率 要求在夜晚或恶劣天气情况下也能 使用 并有一定的穿透能力等等 传感器通常由收集器 探测器 信号处理器和输出设备组成 如下图所示 传感器的工作原理遥感目标物的电磁辐射由透镜 反射镜或天线等接收和集聚 然后送给探 测器 探测器是用来测量电磁辐射性质和强度的器件 有感光胶片 光电管 微波检测器等 其工作的波谱范围各不一样 它是传感器的重要组成部件 典型的信号处理器是放大器 经 过处理后的信号以影像胶片 扫描图形 磁带记录 波谱曲线等形式输出 几乎所有的传感 器均由上述几个部分组成 只是在不同的仪器中 在组合上稍有差异而已 传感器是根据特定用途而设计的 它的工作波段 工作方式及输出方式是各不相同的 有些传感器只是被动地探测目标物所反射或辐射的电磁波辐射 如摄影机 照相机 红外 扫描仪和多波段扫描仪等 称为被动式传感器 另一种是主动式传感器 如雷达 它本身发 射出电磁波 然后接收它的回波 根据记录方式 可分为非成像的和成像的两类传感器 非成像传感器是以数字或图形输出的 如野外光谱仪 红外辐射计等 而成像传感器则是以影像表示 如摄影机 扫描仪 成像雷 达等 在不同工作波段 适用的传感器是不一样的 如摄影机主要用于可见光范围 扫描仪的工作 波段较宽 可用于可见光及红外波段 而雷达则用于微波波段 遥感技术的应用遥感技术的应用 用心 爱心 专心 2 遥感技术的应用范围很广 下面简要介绍其在农业 林业 地质 矿产 水文和水资源 海 洋 环境监测等方面的应用 1 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 例如 美国利用卫星遥感资料对世界小麦产量进行估算 精度达 90 这种大面积的估产对于国际贸易 储运 加工等都有重要意义 在作物生长过 程中 可以利用遥感技术分析其长势 及时进行灌溉 施肥和收割等 当农作物受灾时 可 以实时监测 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 火灾是林业的大敌 利用航空红外遥感技术 不仅能发现已燃烧起来的烈火 而且可以探测到面积小于 0 1 0 3 平方米小火情 还能及时预报由于自燃尚未起火的隐伏火情 利用卫星遥感 一次就可探测 到上千平方千米范围内所发生的林火现象 遥感技术在我国扑灭大兴安岭特大林火中起了很 大的作用 遥感技术在土地资源和土壤调查中也获得普遍应用 2 地质 矿产方面的应用遥感技术为地质研究和勘查提供了先进的手段 可为矿产资源调 查提供重要依据与线索 为高寒 荒漠和热带雨林地区的地质工作提供有价值的资料 特别 是卫星遥感 为大区域甚至全球范围的地质研究创造了有利的条件 常规的地质勘查工作都从点 线观测着手 待汇集了大量的资料后才能描述一个地区的地质 特征 进而进行分析研究 利用遥感资料就可以首先从分析研究地区的遥感资料入手 然后 有重点地选择若干点进行野外观测与验证 这样 不仅大大减少了野外工作量 节省人力 物力 还加快了速度 提高了精度 这对区域地质填图是特别适宜的 在地质构造方面 由于遥感图像具有广阔的视域和逼真的影像 能真实地反映各种地质现象 间的关系 因此 利用遥感图像进行地质构造分析 常能发现地面常规工作不能发现的地质 构造 尤其是对于第四纪松散沉积物覆盖下的一些隐伏构造 反映得相当清晰 遥感技术在矿产资源调查方面的应用 主要是根据矿床成因类型 结合地球物理特征 寻找 成矿线索或缩小找矿范围 通过成矿条件的分析 提出矿产普查勘探的方向 指出矿区的发 展前景 例如 通过对吉林省陆地卫星图像的分析 曾发现铜矿的分布与线性构造密切相关 对开发这个地区的铜矿有重要意义 在工程地质勘测中 遥感技术主要用于大型堤坝 厂矿及其他建筑工程的选址和道路选线 以及由地震 暴雨等造成的灾害性地质过程的预测等方面 例如 山西大同某电厂选址 京 山铁路改线设计等 由于从遥感资料的分析中发现过去资料中没有反映的隐伏地质构造 通 过改变厂址与选择合理的铁路线路 在确保工程质量与安全方面起了重要作用 在水文地质 勘测中 则利用各种类型遥感资料 查明区域水文地质条件和富水地貌部位 识别含水层及 判断充水断层 例如 美国在夏威夷群岛 用红外遥感方法发现 200 多处地下水出露点 解 决了该岛所需淡水的水源问题 此外 利用遥感技术可进行火山活动的监测 地震活动的调查 沙丘移动的研究等 3 水文学和水资源研究方面的应用遥感技术既可观测水体本身的特征和变化 又能对其周 围的自然地理条件及人类活动的影响提供全面的信息 为深入研究自然环境与水文现象之间 的相互关系 进而揭露水在自然界的运动变化规律 创造了有利条件 而且 由于卫星遥感 对自然界环境动态监测远较常规方法全面 仔细 精确 且能获得全球自然环境动态变化的 大量数据与图像 这对于研究区域性的水文过程 乃至全球性的水循环 水量平衡等重大水 文课题更具有无可比拟的优越性 利用遥感技术不仅能确定地表江河 湖沼和冰雪的分布 面积 水量和水质 而且对勘测地 下水资源也是十分有效的 在青藏高原地区 经对遥感图像判读分析 不仅对已有湖泊的面 积 形状修正得更加准确 而且还新发现了 500 多个湖泊 我国利用陆地卫星资料分析计算 地表水资源的研究工作已先后在山西 浙江 内蒙古等地取得了进展 在水文情报方面 卫星遥感技术能提供长期的动态情报 帮助预报旱情 融雪径流和暴雨洪 水 监测洪水动向 调查洪水泛滥范围以及受涝面积和受灾程度等 4 海洋学研究中的应用遥感技术已被成功地应用于海面温度 盐度 海冰 波浪和潮汐等 海洋学各要素的监测 以及海岸带地质地貌调查 海涂资源调查 海岸线长度测算 海岸动 态变化监测 河流与海洋相互作用研究 海岸带资源开发研究等方面 此外 利用遥感技术 对海洋进行大面积的实时探查 为预报和侦察鱼群提供了巨大的可能性 用心 爱心 专心 3 5 环境监测方面的应用目前 环境污染已成为一些国家的突出问题 利用遥感技术可以快 速 大面积地监测水污染 大气污染和土地污染以及各种污染导致的破坏和影响 20 世纪 80 年代 我国就利用航空遥感进行了多次环境监测的应用试验 对沈阳 长春 大连 太原 青岛 天津等城市的环境质量和污染程度 进行本底分析和评价 包括城市热岛 烟雾扩散 水源污染 绿色植物覆盖指数以及交通量等的监测 都取得了重要成果 在海洋环保执法管 理中 遥感技术是一项非常有用的手段 6 地理研究中的应用遥感技术作为地理学研究现代化手段之一 不仅能迅速获得大量丰富 的第一手地理信息 而且能科学 准确 及时地提供分析成果 不仅能提供局部地区的信息 而且能获得全球的信息 这就为地理学从定性到定量 从静态到动态 从局部到整体 从过 程到模式的深入研究提供了条件 遥感资料是地理信息系统的重要资料来源 地理信息系统的有关概念信息是向人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识 是数据 消息中所包含的意义 它不随载体的物理形式的各种改变而改变 信息具有以下几方面特点 第一 信息的客观性 任何信息都是与客观事物紧密联系的 第二 信息的适用性 信息对 决策是十分重要的 建立地理信息系统的目的就是为生产 管理 决策服务的 第三 信息 的传输性 信息可以在信息发送者和接受者之间传输 既包括系统把有用信息送至终端设备 以及以一定形式提供给有关用户 也包括信息在系统内各子系统之间的传输和交换 第四 信息的共享性 信息与实物不同 它可以传输给多个用户 为多个用户共享 而其本身并无 损失 信息的这些特点 使信息成为当代社会发展中的一项重要资源 数据是通过数字化或直接记录下来的可以被鉴别的符号 不仅数字是数据 而且文字 符号 和图像也是数据 数据是用以荷载信息的物理符号 在计算机化的地理信息系统中 数据的 格式往往和具体的计算机系统有关 随荷载它的物理设备的形式而改变 数据只有对实体行 为产生影响时才成为信息 例如 同样的数据 1 和 0 当用来表示某一种实体在某个 地域内存在与否时 它就提供了 有 用 1 表示 无 用 0 表示 的信息 在绘图矩阵 中表示绘线或不绘线时 它就提供抬笔落笔的信息等等 地理信息系统的建立 首先是收集 数据 然后对数据进行处理 即对数据进行运算 排序 转换 分类 增强等 其目的就是 为了得到数据中包含的信息 对同一数据 各人的解释可能不同 因而获得信息量的多少与 人的知识水平和经验有关 地理信息属于空间信息 它通过经纬网或公路网等建立的地理坐标来实现空间位置的识别 地理信息还具有多维结构的特征 即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构 而各个 专题型实体型之间的联系是通过属性码进行的 这就为地理系统各圈层之间的综合研究提供 了可能 也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供了方便 地理信息的时序特征 十分明显 因此可以按照时间尺度将地理信息划分为超短期的 如台风 地震 短期的 如江河洪水 秋季低温 中期的 如土地利用 作物估产 长期的 如城市化 水土流 失 超长期的 如地壳变动 气候变化 等 地理信息的这种动态变化的特征 一方面要 求地理信息的获取要及时 并定期更新 另一方面要从其自然的变化过程中研究其变化规律 从而做出地理事物的预测与预报 为科学决策提供依据 认识地理信息的区域性 多层次性 动态变化的特征 对建立地理信息系统 实现人口 资源 环境等的综合分析 管理 规划 和决策具有重要意义 地理信息系统从外部看表现为计算机软硬件系统 其内涵却是由计算机程序和地理数据组织 而成的地理空间信息模型 是一个逻辑缩小的 高度信息化的地理系统 信息的流动和信息 流动的结果 完全由计算机程序的运行和数据的交换来仿真 地理学家可以在 GIS 支持下提 取地理系统不同侧面 不同层次的空间和时间特征信息 也可以快速地模拟自然过程的演变 和思维过程 取得地理预测和实验的结果 选择优化方案 避免错误的决策 当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时 他面对的就不再是毫无意义的数据 而是 空间数据组成的客观世界的一个抽象模型 它比地图所表达的自然世界模型更为丰富和灵活 用户可以按应用的目的观测这个现实世界模型的各方面的内容 也可以提取这个模型所表达 现象的各种空间尺度指标 更为重要的是 它可以将自然发生或人为规划的过程加在这个数 据模型上 取得自然过程的分析和预测的信息 用于管理和决策 这就是地理信息系统深刻 的内涵 地理信息系统的一些应用功能地理信息系统的一些应用功能 用心 爱心 专心 4 1 资源清查资源清查是地理信息系统最基本的功能 这时系统的主要任务是将各种来源的 数据汇集在一起 并通过系统的统计和覆盖分析功能 按多种边界和属性条件 提供区域多 种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现 以土地利用类型为例 可以输出不 同土地利用类型的分布和面积 按不同高程带划分的土地利用类型 不同坡度区内的土地利 用现状 以及不同时期的土地利用变化等 为资源的合理利用 开发和科学管理提供依据 2 城乡规划城市与区域规划中要处理许多不同性质和不同特点的问题 它涉及资源 环境 人口 交通 经济 教育 文化和金融等多个地理变量和大量数据 地理信息系统的数据库 管理有利于将这些数据信息归并到统一系统中 最后进行城市与区域多目标的开发和规划 包括城镇总体规划 城市建设用地适宜性评价 环境质量评价 道路交通规划 公共设施配 置 以及城市环境的动态监测等 这些规划功能的实现 是以地理信息系统的空间搜索方法 多种信息的叠加处理和一系列分析软件加以保证的 我国大城市数量居于世界前列 根据 加快中心城市的规划建设 加强城市建设决策科学化 的要求 利用地理信息系统作为城 市规划 管理和分析的工具 具有十分重要的意义 3 灾害监测借助遥感数据的搜集 利用地理信息系统 可以有效地用于森林火灾的预测预 报 洪水灾情监测和洪水淹没损失的估算 为救灾抢险和防洪决策提供及时准确的信息 例 如 据我国大兴安岭地区的研究 通过普查分析森林火灾实况 统计分析十几万个气象数据 从中筛选出气温 风速 降水 湿度等气象要素 以及春秋两季植被生长情况和积雪覆盖程 度等 14 个因子 用模糊数学方法建立数学模型 建立了微机信息系统的多因子的综合指标 森林火险预报方法 预报火险等级的准确率可达 73 以上 4 环境管理环境管理涉及人类社会活动和经济活动的一切领域 一个大中型城市每年搜集 和监测的环境数据可能多达 100 万个 一个地方的环境管理信息系统的功能有 为环境管理 部门提供数据和信息存储方法 基础数据库系统 提供环境管理的数据统计 报表和图形 编制方法 建立环境污染的若干模型 为环境管理决策提供支持 提供环保部门办公软件 提供信息传输的方法和手段等 5 宏观决策地理信息系统利用拥有的数据库 通过一系列决策模型的构建和比较分析 为 国家宏观决策提供依据 例如系统支持下的土地承载力的研究 可以解决土地资源与人口容 量的规划 我国在三峡地区研究中 通过利用地理信息系统和计算机辅助制图的方法 建立 环境监测系统 为三峡宏观决策提供了建库前后环境变化的数量 速度和演变趋势等可靠的 数据 全球定位系统的组成全球定位系统的组成 全球定位系统 以下简称 GPS 包括三大部分 它们分别是空间卫星星座 地面监控系统和 用户信号接受机 GPS 卫星星座由 21 颗工作卫星和 3 颗轨道备用卫星组成 这 24 颗卫星均匀地分布在 6 个轨 道平面内 相邻两个轨道平面的夹角是 60 位于地平线上的卫星颗数随时间和地点的变化 而变化 不过 对于地面观测者来说 最少可见到 4 颗 因为要解算观测站点的三维坐标 必须观测到 4 颗以上 GPS 卫星 每颗 GPS 卫星的重量是 1 500 千克 设计寿命是 7 5 年 上 面装有无线收发两用机 铯原子钟 计算机 太阳能翼等设备 在 GPS 系统中 GPS 卫星主 要有三方面作用 1 用 19 厘米和 24 厘米两个波长的无线载波向广大用户连续不断地发送 导航定位信号 2 在卫星飞跃注入站上空时 接受由地面注入站用 10 厘米波长发送的导航 电文和其他有关信息 然后 通过 GPS 信号电路 适时地发送给广大用户 3 接受地面主 控站通过注入站发送到卫星的调度命令 适时地改正运行偏差或启用备用时钟 地面监控系统一般由主控站 注入站和监测站组成 它的作用一方面是监测和控制卫星上各 种设备的工作状况和卫星的轨道运行状况 然后向卫星发送运行参数和轨道参数 确定卫星 的位置 另一方面就是监测各颗卫星的时间 保证各颗卫星处于同一时间标准 GPS 时间 系统 GPS 信号接受机由硬件 软件和 GPS 数据的后处理软件包三部分组成 它能够跟踪卫星运动 对接受的 GPS 信号进行变换 放大和处理 测算 GPS 信号从卫星到接受天线之间的传播时间 解译出导航电文 适时地算出用户所在的三维位置 甚至三维速度和时间 全球定位系统的应用全球定位系统的应用 用心 爱心 专心 5 1 大地控制测量在 GPS 技术发展之前 人们主要用传统的经纬仪 测距仪及全站仪进行大 地测量 费时 费力 GPS 发展起来之后 人们用 GPS 建立全球 全国及区域性的高精度地 面控制网 拟合大地水准面 进行大地测量 精度高 速度快 费用省 2 航空摄影测量摄影测量是利用摄影所得的相片