第一节　3S技术的集成及其应用

李扬地理频道，不用注册，不用挂点，直接下载资料，我们努力为您服务第一节3S技术的集成和应用从容说课本节内容主要关于RS、GPS、GIS的工作原理和具体应用的介绍。在教学中教师要应用教材达到课程标准的要求：首先结合实例，了解遥感（RS）在资源普查、环境和灾害监测中的应用。这是本节的重点，也是教学的难点。因此，对于遥感的工作原理主要定位到工作过程，重点应放在遥感的应用，尤其突出遥感在资源普查、环境和灾害评估等方面的巨大作用，适度介绍遥感图像的分类知识。举例说出全球定位系统（GPS）在定位导航中的应用也是重点和难点，教学中仅需给出概念和基本工作过程，重点放在结合某具体实例进行理解和掌握，例如汽车导航仪。运用有关资料，了解地理信息系统（GIS）在城市管理中的功能也是重点和难点。GIS应用广泛，结合某实例进行理解即可。数字地球是一个全新的信息概念，学生理解有一定困难。它与人们的生活和生产关系日益密切，所以也是重点和难点，因此，本节教学的重点与难点是RS、GPS和GIS等技术在资源、环境、人口、经济等领域的具体应用。教学过程中应注意创设情境，激发兴趣，开发资源，选择合适的实例来解释说明。本节内容共3课时。教学重点1.了解RS的工作过程以及在资源普查、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.理解数字地球的含义。教学难点1.了解RS的工作过程以及在资源普查、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.理解数字地球的含义。教具准备1.多媒体课件2.遥感图像3.电子地图课时安排共3课时第一课时遥感技术与应用第二课时全球定位系统与应用第三课时地理信息系统与应用三维目标一、知识与技能1.认识地理信息技术的基本含义、主要内容以及每种技术的主要功能和应用领域，从而认识地理信息技术的意义。2.培养学生应用地理信息技术获取地理信息的地理信息素养。二、过程与方法1.培养学生用地理科学思维去解决相关地理问题的意识和能力。2.通过具体的实践性学习、探究性学习掌握与地理信息技术相关的学习方法。三、情感态度与价值观1.培养对地理学科的信心。2.在合作探究中培养合作精神、科学精神与科学态度。教学过程第一课时课前准备请上网搜集有关遥感的信息，获取一些遥感的图片，进行交流。导入新课在区域的研究中不仅有定性的研究方法，还有定量的研究方法，其中地理信息技术在区域发展的研究中发挥着越来越重要的作用。下面先请同学看一段录像98抗洪。（播放录像：98抗洪）师（创设情境，激发探究）在刚才的录像中我们看到了洪水给长江中下游地区人民群众的生命财产带来了非常大的危害，了解灾情的范围和危害程度是救援灾后重建的重要依据。那么大家是否知道用什么方法可以比较详细迅速的了解洪水影响的范围与程度呢？这就是遥感技术。下面我们共同探究遥感技术的作用与原理。师请同学们阅读课本1998年洞庭湖和荆江地区飞机遥感图像，观察并思考这些图像在抗洪中发挥了什么作用？遥感的基本工作过程是什么？推进新课板书：一、遥感技术（一）概念与工作过程生（学生回答）略。师遥感概念中的关键词是“远距离”，即不直接接触地面物体，其次是感知，用一定的装备和技术获得地物的信息。不同的地面物体，性状不同，反射和辐射的电磁波也不同，这是遥感信息能够判读的基本工作原理。具体而言，遥感是指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出目标物的特征性质及其变化的综合性探测技术。根据遥感的定义，遥感系统包括：被测目标物的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。请同学们读课本图1.4，简要描述一下遥感的主要过程。生目标物能辐射和反射电磁波。这种电磁波被传感器探测到后传输到地面接收系统。地面通过电脑软硬件设备和有经验科学工作者的处理得到遥感图像和统计数字。师这就是遥感的工作过程，课本就是通过遥感过程获得长江部分地区遥感图像。遥感的作用是广泛的，利用不同时间两组遥感图片（课本图1.5和图1.6）可以清楚的显示出洪水的淹没区，为救灾提供了重要的参考依据。如果结合实地的调查分析还能计算出各地损失情况，为灾后重建提供帮助。因此，遥感对区域的研究最重要的就是能够对比分析不同时期地表物体的变化信息。遥感（RemoteSensing）技术是20世纪60年代蓬勃发展起来的一门新兴的相对年轻的对地观测综合性探测技术，它是在航空摄影的基础上发展起来的。近几十年来，随着空间技术、电子技术和计算机技术的发展，遥感技术已成为一种先进、实用的综合探测手段，被广泛应用于农业、林业、地质、地理、海洋、水文、气象、环境监测、地球资源勘探及军事侦察等各个领域。遥感对区域地理的研究起着非常重要的作用，请大家对比传统区域研究方法与利用遥感进行区域研究方法的不同点。生略。（学生回答后教师讲解）师传统区域研究与遥感进行区域研究的不同点主要是遥感能够定量化、动态化和模式化。接下来我们了解一下遥感在各方面的广泛应用。板书：（二）典型应用【知识拓展】师请阅读课本P10中“遥感在农业方面的应用”和下面材料归纳遥感的应用。遥感技术已广泛渗透到国民经济的各个领域1.农、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，计算种植面积，并根据作物生长情况估计产量。美国的世界小麦估产精度达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，可以及时预报。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。我国云南腾冲地区的航空遥感试验，估算出该地区的森林面积和蓄积量。火灾是林业的大敌，世界各地每年发生森林火灾多达20万起。利用航空红外遥感技术，不仅能预报已经燃烧起来的烈火，而且可以探测到面积小于0.10.3平方米的小火情，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，一次就可探测到数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广泛应用。如伊朗通过分析卫星图像，找到了3%的可耕地。2.地质、矿产方面的应用为地质研究和勘查工作提供先进手段，可先分析研究遥感资料，再选择重点区进行野外观测与验证。完全不同于常规的地质勘查工作（从点、线观测着手，汇集大量资料，再描述一个地区的地质特征，最后进行分析研究）。在地质构造研究方面，遥感图像视域广，影像逼真，能真实反映各种地质现象间的关系。能发现地面常规工作不能发现的地质构造，尤其是第四纪松散深沉积物覆盖下的一些隐伏构造。在矿产资源调查方面，可提出矿产普查勘探的方向。例如通过对吉林省陆地卫星图像的分析，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，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，从遥感资料中发现了过去资料中没有反映的隐伏地质构造，及时改变了厂址和路线，确保了工程质量与安全。在水文地质勘测中，可利用各种类型的遥感资料，查明区域的水文地质条件，富水地貌部位，识别含水层及判断充水断层。如美国在夏威夷群岛，用红外遥感的方法发现了200多处地下水出露点，解决了该岛所需淡水的水源问题。利用遥感技术还可以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水资源调查、水文情报预报、区域水文研究等。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十分有效。例如，在青藏高原地区，经过对遥感图像的判读分析，不仅修正了已有湖泊的面积、形状，而且还新发现了500多个湖泊。水文情报的关键就在于能否及时获得各有关水文要素的动态信息。国外已利用遥感技术于旱情预报、融雪径流预报和暴雨洪水预报等方面。遥感技术还可以准确确定水流区及其变化，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。在区域水文研究方面，已广泛利用遥感图像绘制流域下垫面分类土，已确定流域的各种形状参数、自然地理参数和洪水预报模型参数等。4.海洋学研究中的应用海洋占地球表面积的71%，至今仍有1/3的洋区在相当大的程度上是未知区。遥感技术已成功应用于海面温度、盐度、海冰、海流、波浪和潮汐等海洋学各要素的测量，以及海岸带地质地貌调查、海涂资源调查、海岸线长度量算、海岸动态变化探测、河流与海洋相互作用研究、海岸带资源开发研究等。遥感技术对海洋大面积的实时探查，为预报和侦察鱼群提供了巨大的可能性。美国加利福尼亚渔业公司利用遥感信息，直接发现和监视海洋鱼群的洄游路线，用于指导渔业生产。5.环境监测方面的应用利用遥感技术可以快速、大面积监测水污染、大气污染和土地污染以及各种污染导致的破坏和影响。在监测城市热岛、烟雾扩散、水源污染、绿色植物覆盖指数、交通量等活动中，起到了重要作用。国家海洋局在监测渤海湾海面石油污染时，发现某国商船在大沽锚地违章排污，及时作了处理，在国内外产生了较大影响。（让一个学生回答，其他同学补充，然后教师小结。）课堂小结今天我们学习了遥感这一新兴探测手段在区域地理环境研究中的应用，它已广泛渗透到国民经济的各个领域。接受它，使用它，研究它，它就会成为人类的好帮手。第二课时课前准备有条件的同学可以准备GPS，同时搜集相关GPS的各种信息，到课堂上交流。师（创设情境，出示漫画）大家从漫画中看到了什么？你能解释这一现象吗？（先请对GPS有了解的同学作简要介绍。）生（学生讨论后回答）略。推进新课师在车载IT设备中最受驾车人关注的是GPS。那么全球定位系统到底是什么？它有什么用途呢？板书：二、全球定位系统（一）概念与工作过程师GPS技术是利用多卫星系统对地面某一固定点进行地理坐标位置精确测定的技术系统。GPS系统主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。GPS的空间星座部分由24颗均匀分布在6个轨道平面内的卫星组成；GPS的地面监控部分负责卫星的监控和卫星星历的计算。GPS的用户设备主要由接收机硬件和处理软件组成。用户通过用户设备接收GPS卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。24颗GPS卫星在离地面12000千米的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。那么，为什么需要4颗卫星来确定地面某点的位置呢？由于卫星的位置精确，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X、Y、Z）。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。（设置探究问题帮助对GPS的理解。这一问题比较难，如果学生理解有困难，只作简单了解亦可）师汽车导航系统可以为驾驶员提供哪些便利的服务？在汽车导航中，信息在卫星、汽车和服务中心之间如何传递？请同学们独立的思考，并画出自己头脑中信息传递的图像。板书：（二）典型应用师自GPS对民间开放以来，各种产品、应用层出不穷，GPS已经深入国民生产、日常生活的方方面面。例如，车载GPS可以为汽车的主人提供就餐的最近路线，还可以智能的考虑汽车主人的爱好，如果其喜爱意大利餐，则GPS就会为其首先显示去最近意大利餐馆的路线。请同学阅读下面材料了解GPS的主要应用。GPS的主要应用GPS技术给测绘界带来了一场革命。利用载波相位差分技术（RTK），在实时处理两个观测站的载波相位的基础上，可以达到厘米级的精度。与传统的手工测量手段相比，GPS技术有着巨大的优势：测量精度高；操作简便，仪器体积小，便于携带;全天候操作;观测点之间无须通视;测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节。当前，GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域。出租车、租车服务、物流配送等行业利用GPS技术对车辆进行跟踪、调度管理，合理分布车辆，以最快的速度响应用户的乘车或运送请求，降低能源消耗，节省运行成本。GPS在车辆导航方面发挥了重要的角色，在城市中建立数字化交通电台，实时发布城市交通信息，车载设备通过GPS进行精确定位，结合电子地图以及实时的交通状况，自动匹配最优路径，并实行车辆的自主导航。民航运输通过GPS接收设备，使驾驶员着陆时能准确对准跑道，同时还能使飞机紧凑排列，提高机场利用率，引导飞机安全进离机场。利用GPS定位技术，可对火警、救护、警察进行应急调遣，提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故、交通堵塞等紧急事件的响应效率。特种车辆（如运钞车）等，可对突发事件进行报警、定