高中地理必修第一册·地理信息技术应用精讲讲义

高中地理必修第一册·地理信息技术应用精讲讲义

一、知识要点概述本章节属于第四章“自然地理实践的基本方法”第二节的内容，主要引导学生了解三大核心地理信息技术的基本概念、工作原理及其在自然地理研究中的广泛应用。【重要】【高频考点】课程标准要求通过探究有关自然地理问题，了解地理信息技术的应用。【基础】【核心素养】本节教学内容涵盖全球导航卫星系统及其应用、遥感及其应用、地理信息系统及其应用三大核心知识点，同时也包括对数字地球概念的初步认识。-11二、基础概念精讲（一）全球导航卫星系统及其应用1.概念界定全球导航卫星系统是指能在地球表面或近地空间的任何地点，提供全天候的三维坐标、速度、时间信息的导航定位系统。【基础】【重要】其核心功能是为用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息。-11全球导航卫星系统的最大特点是具备全天候工作的能力，不受阴雨、黑夜等天气和时间条件的限制。-122.主要类型目前全球主要的全球导航卫星系统包括四大系统。-11中国北斗卫星导航系统作为建设成熟、功能完备、性能优越的全球卫星导航系统，目前在轨运行卫星数量已达50颗，空间信号精度优于2米，全球定位精度优于10米，测速精度优于0.2米/秒，授时误差小于20纳秒。【重要】【热点】-21通过精密单点定位服务信号，可实现定位水平精度优于0.3米、垂直精度优于0.6米。-20北斗系统已深度融入国家经济社会发展大局，持续向各类用户提供高精度定位导航授时服务。-21美国全球定位系统是全球最早建成的卫星导航系统；俄罗斯格洛纳斯全球导航卫星系统和欧盟伽利略导航卫星系统也是重要的全球导航卫星系统。-123.组成与特点全球导航卫星系统主要由卫星星座、地面监控系统和信号接收系统三部分组成。-1其核心特点包括全球性、全天候、连续性和实时性。-1全球性意味着信号覆盖范围不受国界限制，在全球任何地点均可接收；全天候意味着不受天气条件和昼夜变化的影响，可以24小时不间断工作；连续性和实时性保证了位置信息的持续更新和即时获取。4.应用领域全球导航卫星系统已在以下领域得到广泛应用。-11-12森林普查与规划、海洋调查与监测、气象及地质灾害的监测与救援等。【基础】【高频考点】-11交通运输领域的车辆导航、船舶定位、航空交通管理等。大地测量与工程测量、航空摄影测量、野外勘测等。-11农业生产中精准农业的地理信息采集、农业机械的自动驾驶等。个人消费领域的位置服务、户外运动导航等。5.【易混点】全球导航卫星系统的“点”状服务特点全球导航卫星系统的工作对象是“一个点”或“多个点”，这明显区别于遥感技术和地理信息系统的工作对象——“面”。【重要】【易错点】-12因此在进行地理信息技术选取时，如果问题涉及的是特定地点的精确定位、位置追踪或路径导航，应当选择全球导航卫星系统。（二）遥感及其应用1.概念界定遥感即“遥远的感知”，分为广义和狭义两种理解。【重要】-12广义遥感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、声波、地震波等的探测。-12狭义遥感是指应用探测仪器，不与探测目标近距离接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示目标的特征和变化的综合性探测技术。-12传感器是遥感系统的核心设备，负责接收和记录目标物体的电磁辐射信息。传感器运载工具的飞行高度对遥感探测的范围、速度、周期、分辨率等影响很大，运载工具飞得越高，探测的范围越大，获得资料的速度越快、周期越短，但对地物的分辨率越低。-112.工作流程遥感工作的完整流程包括信息获取、信息处理、判读分析三个主要环节。-12信息获取指传感器对地表物体的电磁波信息进行接收和记录；信息处理指对原始遥感数据进行校正、增强、变换等加工处理；判读分析指专业人员根据遥感影像的特征进行解译分析，提取所需的地理信息。3.基本分类按传感器的运输工具分类，遥感可分为航天遥感和航空遥感两大类别。-11航天遥感以人造卫星为运载平台，覆盖范围广、速度快、周期短；航空遥感以飞机、无人机等为运载平台，分辨率高、灵活性好。-1按电磁波的工作区域分类，遥感可分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等。-11按被探测的目标对象领域分类，遥感可分为农业遥感、林业遥感、海洋遥感、地质遥感、环境遥感等。-114.遥感影像特点遥感影像是各种传感器所获信息的产物，是遥感探测目标的信息载体。【基础】-11黑白影像根据物体的灰度差异呈现地物特征，一般建筑物颜色较浅，草地和森林颜色较深。-11彩色影像包含真彩色影像和假彩色影像两种类型。真彩色影像上地物颜色能真实反映实际地物颜色特征，符合人的视觉习惯；假彩色影像是将图像上地物颜色转变为与实际地物不一致的色彩，可以提高特定目标物的辨识度。-11像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元。像元越小，影像显示地表信息细节的能力越强，分辨率就越高。-115.主要优点遥感技术具有探测范围大、获取信息速度快、周期短、信息量大、受地面条件限制少等显著优势。【基础】【重要】-12具体来说，单幅遥感影像的覆盖范围可达数百平方公里，远超人工实地调查的面积；遥感卫星可以对同一区域实现重复观测，获取时间序列资料；遥感系统可以探测从紫外到微波的多个电磁波段，提供丰富的地物信息；遥感不受地形、交通等地面条件的限制，尤其适用于沙漠、高山、极地等难以到达的区域。6.应用领域遥感技术已经广泛应用于自然地理研究的诸多领域及环境和灾害监测。【重要】【高频考点】-11在地貌、气候、水文、土壤和植被的调查和监测中发挥着重要作用。-11【基础】通过多期遥感影像对比，可以监测冰川退缩、河道变迁、海岸侵蚀、植被覆盖变化等自然地理过程。在环境和灾害监测方面能够快速准确地获取区域的环境和灾害信息，及时发现环境和灾害的变化，预测将要出现的问题。-11在洪涝灾害中，遥感可以实时获取淹没范围；在森林火灾中，遥感可以快速发现火点位置；在台风监测中，气象卫星可以提供连续的台风路径和强度信息。【跨学科链接】遥感在荒漠化治理中的应用巴彦淖尔市科技局报道，上海交通大学内蒙古研究院陈睿山教授团队研发的“基于遥感云平台的地物时序变化监测方法”，在科尔沁和浑善达克沙地进行示范应用。该成果综合运用卫星遥感、无人机、地面监测、人工智能和数字孪生等先进技术，构建起“天—空—地”一体化监测与治理平台，形成监测、评估、预警、分析与辅助决策的治理闭环，为治沙工程装上了“智慧大脑”。-26传统治沙依赖人工巡查和经验判断，耗时耗力，而新方法通过样本点与相似度阈值自动识别地物变化，将数周的人工解译压缩至毫秒级，实现了从“肉眼辨色”到“算法识变”的跨越。【拓展延伸】-26系统实现荒漠化治理全方位实时监测，准确率达95%以上、分钟级更新；环境风险预测准确率超过85%、全流程数字化管理使治沙效率提升30%。-26该项目团队的研究成果在国际顶级期刊《自然》发表评论文章，被同期社论高度评价。-26【跨学科链接】全球首个“地质星座”清华大学深圳国际研究生院近日宣布，将联合多家科研单位共同建设国际首个地质资源环境遥感卫星星座——“地质星座”。【拓展延伸】-“地质星座”是一张覆盖全球的太空监测网络，由部署于不同轨道的高光谱、合成孔径雷达、地球物理三大卫星系统组成，将传统遥感从“平面拍照”升级为“高精度立体测量”，为地质资源调查与地质灾害预警提供全要素、全天候、立体化的遥感数据支撑。-7.遥感影像图的判读方法在判读遥感影像图时，关注色调差异是核心方法。-42平原地区色调均一，常有水系形成的花纹、耕地形成的色斑以及不同色调的城镇等特征。-42山地以山脊为界形成阴阳坡，阳坡色调较浅，阴坡色调较深。山势越高，阴阳坡的色调差异越大。-42沙丘在各波段均呈浅色调，水系稀少，只有较大的主干河道得以显示，缺少细小支流。-42黄土在各波段均呈均匀的浅色调，影像呈现密集型树枝状水系所组成的花纹图案。-42（三）地理信息系统及其应用1.概念界定地理信息系统是依靠计算机实现地理信息的收集、处理、储存、分析和应用的系统。【基础】【重要】-11它是地图的延伸，主要功能是进行空间数据的分析和处理。-41地理信息系统在计算机系统的支持下，对整个或部分地球表层空间的地理数据进行处理、分析、显示和描述。【重要】-422.系统构成地理信息系统主要由硬件、软件、数据、人员、模型和方法六个部分组成。-11其中，数据是地理信息系统的基础和核心，包括空间数据和属性数据两大类；软件是地理信息系统的灵魂，负责数据的输入、存储、分析、输出等功能；硬件包括计算机主机、输入设备、输出设备等；人员是地理信息系统的使用者和管理者；模型和方法是地理信息系统实现空间分析功能的技术保障。3.工作流程地理信息系统的工作流程包括信息输入、信息处理、空间分析、信息输出等主要环节。-11信息输入将地理数据从不同来源导入系统；信息处理对原始数据进行格式转换、投影变换、误差校正等预处理；空间分析是地理信息系统的核心功能，包括缓冲区分析、叠加分析、网络分析等；信息输出以地图、报表、统计图表等形式呈现分析结果。4.核心功能地理信息系统的功能遍及数据采集、数据分析、决策应用的全部过程。【基础】【重要】-12位置分析通过空间查询和条件检索，快速确定特定地理对象的位置。-12趋势研究利用多时相数据对比分析，揭示地理现象的发展变化规律。-12模式研究通过空间统计分析，发现地理要素的分布模式和空间关联。-12模拟分析结合模型和算法，对地理过程进行计算机模拟和预测。-125.应用领域地理信息系统在城市管理、灾害评估、资源规划等领域发挥着重要作用。【高频考点】在城市管理中，借助地理信息系统对各类空间信息的存储、分析和处理功能，结合全球卫星导航系统的定位、导航功能，可为市民衣食住行等日常生活搭建信息平台，提供便利。-1在城市规划和建设管理中，地理信息系统依托其强大的数据管理、图层分析、制图等功能，为政府、企业等提供全方位的应用服务。-1在灾害管理中，利用地理数据及地理信息系统的空间分析功能，可进行自然灾害动态监测、预报预警，快速确定受灾范围及受灾情况，为制定减灾预案、评估灾害损失和指导灾后恢复重建等提供依据。-1【跨学科链接】实景三维技术赋能城市治理江苏省基础地理信息中心的多项实景三维应用入选2025年实景三维江苏创新应用典型案例。【拓展延伸】-31南通市的“以实景筑安全”案例通过构建城市安全共治多层级数据体系，结合物联感知设备及人工智能识别算法等，通过多维指标联动研判，打造“实景三维+动态感知”的全流程治理闭环新生态，实现地下管线风险推演及城市内涝应急处置监管能力，隐患处置响应效率提升超40%。-31赣榆区的“地质灾害智能防控”案例搭建集数据管理、智能预警、应急推演于一体的地质灾害三维风险预警系统，通过灾害模拟、预案推演、救援路径规划等三维可视化分析功能，为地质灾害风险模拟评估、灾前常态化监测监管、灾后应急抢险及重建等工作提供有力支撑。-31这些实景三维应用建设已形成多点突破、全域推广的良好态势，推动自然资源管理从二维平面向三维空间精细治理升级，赋能城市运行从被动处置向主动预判、协同共治转型。-31漳州市“中心城区三维辅助决策平台”已完成中心城区40平方公里三维精细化建模、24个重要片区720°全景采集，同步生产基础地理实体数据、构建12平方公里核心区高精度模型，全面融合市政管线、地形地貌等动态信息，形成一张“可看、可查、可管”的“活”态城市数字底板。-32【跨学科链接】图层叠加分析的教学实践以校园积水调查为案例，通过图层叠加分析方法，可以融合地理学、生物学、信息学等学科知识，从关注现实问题到介入观察、空间思考，最后提出解决方案。【拓展延伸】-50通过叠加不同要素的地图信息（如落叶堆积分布图、排水井盖分布图、地表下渗能力图等），可以深入分析积水原因并提出针对性措施。-50这种跨学科实践活动有助于学生掌握图层叠加方法，培养发现并探究离散要素之间隐藏关系的能力。-506.叠置分析的应用叠置分析是地理信息系统的核心分析方法之一。【思维方法】【高频考点】地理信息系统图层叠加示意图的判读，首先要明确图中是由哪些专题图层组成的；其次要明确不同的专题图层反映的地理事物之间的空间联系；最后要明确图层叠加之后反映的地理要素特征。-42三、关键技术辨析（一）三大地理信息技术的核心区别遥感技术的工作对象是“面”，主要功能是“看”，即对地表物体进行远距离探测和成像。-41【重要】【易混点】全球导航卫星系统的工作对象是“点”，主要功能是“在哪里”，即提供精确的空间位置信息。-41【重要】【易混点】地理信息系统的工作对象是“面”，主要功能是“想”，即对地理数据进行存储、分析、处理和决策支持。-41【重要】【易混点】（二）技术选取的判断方法1.“点”与“面”判断法如果需要解决的是“点”的问题，例如确定某个地点的精确坐标、跟踪某个移动目标的位置，应选择全球导航卫星系统。【重要】【思维方法】-1如果需要解决的是“面”的问题，例如获取大范围的地表信息（遥感），或对空间数据进行综合分析（地理信息系统），应选择遥感技术或地理信息系统。-1【重要】【思维方法】2.“想”与“看”区分法对事物的发展变化进行预测、评估，需要计算、思考，即“想”，凡是需要进行空间数据分析和预测的应选择地理信息系统。【重要】【思维方法】-41遥感技术是人的视力的延伸，主要功能是收集信息，尤其对于大范围、大面积的、人工不易观测的地物信息的获取，即“看”。只“看”不用“想”的问题应选用遥感技术。-413.关键词判断法遥感技术的关键词包括“获取”“监测”“拍摄”“成像”等。【重要】【思维方法】-41全球导航卫星系统的关键词包括“定位”“导航”“精确”“精密”“精准”“坐标”等。-41地理信息系统的关键词包括“分析”“处理”“查询”“预测”“评估”“模拟”“规划”等。-41四、经典应用举例（一）在防灾减灾中的应用遥感技术可以实时监测洪涝、台风等灾害的形成过程，进行准确的预报、预警，同时能够快速识别地震等突发性自然灾害的影响范围，并为灾情统计、灾害救援等工作提供强有力的支持。【高频考点】-1全球导航卫星系统在灾害救援中发挥着重要作用，利用信号接收设备进行精确定位，帮助用户发出求救信号，及时报告位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间。-1地理信息系统利用地理数据，进行自然灾害动态监测、预报预警，快速确定受灾范围及受灾情况，为制定减灾预案、评估灾害损失和指导灾后恢复重建等提供依据。-1【拓展延伸】滑坡预警监测中的技术集成小东应用北斗卫星导航系统等地理信息技术设计了一套滑坡预警监测系统。北斗卫星导航系统在该预警系统中发挥的作用是采集地表形变数据，即通过获取监测点的位置和高度的变化数据来预测滑坡的发生。-41（二）在城市管理中的应用在城市管理中，借助地理信息系统对各类空间信息的储存、分析和处理功能，结合全球卫星导航系统的定位、导航功能，可为市民衣食住行等日常生活搭建信息平台，提供便利。-1【高频考点】在城市规划和建设管理中，地理信息系统依托其强大的数据管理、图层分析、制图等功能，为政府、企业等提供全方位的应用服务。-1（三）在环境监测与资源管理中的应用自然资源深圳市卫星应用技术中心构建多维度遥感生态监测体系，重点开展红树林遥感监测，支撑国际红树林中心建设；拓展至陆域综合调查、湿地监测、海洋环境监测、耕地保护等领域，推动生态保护“主动预防”。-25五、典型例题解析例1读某日四川气象干旱监测图。（1）要持续监测该地区的旱情，需要运用的地理信息技术为（）A．全球卫星导航系统B．地理信息系统C．遥感技术D．数字地球【解析】此题考查遥感技术在灾害监测中的应用。干旱是一种范围广阔的自然灾害，需要通过遥感技术获取大范围的地表信息来进行监测。遥感技术能够持续定期获取地表状况的影像数据，通过对比分析可以发现干旱的发展过程和影响范围。全球卫星导航系统主要用于点位定位，地理信息系统主要用于数据分析，数字地球是地理信息系统的概念性延伸。正确答案为C。（2）该气象干旱监测图的绘制主要是依赖（）A．全球卫星导航系统B．地理信息系统C．遥感技术D．数字地球【解析】此题考查地理信息系统在数据可视化方面的应用。气象干旱监测图需要对多种来源的数据进行综合分析处理才能呈现出来，这一过程需要依靠地理信息系统的空间分析功能完成。遥感技术提供了原始数据，但图像的绘制和输出需要地理信息系统来实现。正确答案为B。-41例2简述遥感、全球导航卫星系统和地理信息系统在森林火灾救援中各自可以发挥什么作用。【参考答案】遥感的作用：利用气象卫星或资源卫星获取火灾区域的影像，快速发现火点位置，监测火势蔓延方向和范围，评估火灾过火面积和损失程度，为救援决策提供宏观信息。全球导航卫星系统的作用：为消防车辆和救援人员提供精确的导航指引，确保最快到达火灾现场；记录救援路线和位置信息，方便指挥部调度；对火场周边的重要设施进行精确定位。地理信息系统的作用：整合遥感影像、地形图、道路交通图、居民点分布图等多源数据，进行综合分析；预测火势蔓延路径，规划最佳救援路线和撤离方案；评估火灾可能造成的损失程度；建立火灾数据库，为今后防火工作提供参考。六、学习策略指导1.运用对比学习法——将遥感技术、全球导航卫星系统、地理信息系统三者的定义、工作对象、主要功能和适用场景进行列表对比，找出差异和联系。【思维方法】2.结合案例强化记忆——通过具体的实际应用案例理解各种地理信息技术的功能特点，避免死记硬背，做到学以致用。【思维方法】3.练习技术选择题——在复习备考中，多做有关地理信息技术选取的判断练习题，熟练运用“点与面判断法”“想与看区分法”“关键词判断法”等技巧。【思维方法】4.了解北斗系统的最新进展——关注中国北斗卫星导航系统的建设进展和应用拓展，这是国家重大科技成就，也是考试命题的热点素材。【热点】5.关注学科融合应用——地理信息技术与人工智能、大数据、物联网等新兴技术的深度融合是目前的发展趋势，这类综合应用的题目在考试中出现的频率正在增加。【拓展延伸】6.提升综合思维素养——在解决实际问题时，需要综合考虑多种地理信息技术的协同配合，培养综合分析实际情境的能力。【核心素养】【思维方法】七、知识体系构建【思维导图要点】遥感技术：航天遥感与航空遥感的分类——遥感影像的判读方法——资源普查与灾害监测应用全球导航卫星系统：四大系统即北斗、GPS、格洛纳斯、伽利略——组成即卫星星座、地面监控系统、信号接收系统——功能即定位、导航、授时——应用即交通运输、野外勘测、紧急救援等地理信息系统：构成即硬件、软件、数据、人员、模型和方法——功能即数据采集、空间分析、决策支持——应用即城市管理、灾害评估、资源规划等数字地球：数字地球是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，是利用数字技术将地球及其上的活动和环境的时空变化数据，按地球的坐标加以整理，存入全球分布的计算机中，构成一个全球的数字模型。【基础】八、模拟试题精选选择题1.2026年3月，我国北斗卫星导航系统宣布实施在轨升级，进一步提升服务性能。某渔船在海上遇险后，利用北斗卫星导航系统的短报文通信功能发出了求救信号，救援中心迅速根据该信号锁定了渔船的位置并开展救援。这种应用中主要体现了北斗卫星导航系统的哪些功能？（）A．定位和导航B．导航和通信C．定位和通信D．导航和授时【答案】C【解析】本题中，救助机构根据渔船发出的求救信号锁定了渔船的位置，体现了定位功能；利用短报文功能发送求救信号，体现了通信功能，因此选C。2.2026年4月，我国宣布将建设全球首个“地质星座”，由部署于不同轨道的高光谱、合成孔径雷达、地球物理三大卫星系统组成，实现对地球资源环境的全要素、全天候、立体化遥感监测。与传统遥感技术相比，“地质星座”的最大特点是（）A．分辨率更高B．覆盖全球范围C．从平面拍照升级为立体测量D．运载工具飞行高度更高【答案】C【解析】根据材料信息，“地质星座”将传统遥感从“平面拍照”升级为“高精度立体测量”，这是与传统遥感相比最大的技术突破，因此选C。3.漳州市“中心城区三维辅助决策平台”已完成中心城区40平方公里三维精细化建模，全面融合市政管线、地形地貌等动态信息，形成“可看、可查、可管”的“活”态城市数字底板，为城市治理提供精准数据支撑。该平台的核心技术支持是（）A．全球定位系统B．遥感技术C．地理信息系统D．数字地球【答案】C【解析】三维辅助决策平台需要大量空间数据的处理、分析和可视化呈现，这属于地理信息系统的核心功能，因此选C。4.某团队研发的“基于遥感云平台的地物时序变化监测方法”，综合运用卫星遥感、无人机、地面监测、人工智能和数字孪生等先进技术，构建起“天—空—地”一体化监测与治理平台，实现了荒漠化治理全方位实时监测。在该监测体系中，无人机属于哪一类遥感？（）A．航天遥感B．航空遥感C．地面遥感D．微波遥感【答案】B【解析】无人机以航空器为运载平台，属于航空遥感，因此选B。5.某地理学习小组通过图层叠加方法研究校园积水问题，他们依次绘制了积水现状分布图、落叶堆积分布图、地表下渗能力图、排水井盖分布图等地图，通过图层叠加分析找出造成积水的主要原因。这种研究方法体现的是哪一项地理信息技术的核心思想？（）A．全球导航卫星系统的精准定位B．遥感技术的大范围监测C．地理信息系统的图层分析D．数字地球的数字化呈现【答案】C【解析】图层叠加分析是地理信息系统的核心分析方法，通过叠加不同专题图层来揭示空间要素之间的内在联系，因此选C。综合题阅读以下材料，回答下列问题。材料一：2026年3月，我国宣布北斗卫星导航系统将实施在轨升级，进一步优化卫星工作状态。目前北斗系统在轨卫星已达50颗，空间信号精度优于2米，全球定位精度优于10米。通过精密单点定位服务信号，可实现定位水平精度优于0.3米。材料二：我国将建设全球首个“地质星座”，由高光谱、合成孔径雷达、地球物理三大卫星系统组成，将传统遥感从平面拍照升级为立体测量，为地质资源调查与地质灾害预警提供全天候数据支撑。材料三：“实景三维重庆”已打造50余个数字化服务产品，总访问量超2.98亿次，7项创新应用案例入选国家实景三维数据赋能高质量发展创新应用典型案例。-重庆市测绘科学技术研究院自主研发的车载移动测量系统，累计采集道路点云数据超5000公里。-（1）北斗卫星导航系统与“地质星座”在技术功能上有何本质区别？请分别概括二者的主要作用。【参考答案】北斗卫星导航系统的主要功能是定位、导航和授时，为用户提供精确的空间位置、运动速度和时间信息，属于导航定位类卫星系统。“地质星座”的主要功能是遥感探测，通过对地物的电磁波特性进行远距离感知和记录，实现对地球资源环境的高精度立体测量，属于对地观测类卫星系统。二者功能互补，共同构成完整的空间信息技术体系。（2）“实景三维重庆”技术综合运用了哪些地理信息技术？这些技术之间如何协同配合？【参考答案】“实景三维重庆”综合运用了遥感技术和地理信息系统。其中，遥感技术通过航空摄影和卫星遥感获取原始影像数据，这些数据经过处理后成为三维建模的基础