4.2地理信息技术的应用 教学设计-高中地理中图版（2019）必修一

《地理信息技术的应用》教学设计P1同学们，大家好，很高兴今天能和大家一起学习第四章第二节地理信息技术的应用这节课的内容。P2在课程内容正式开始之前，我们先来看一下本节课的课标要求和学习目标，本节课的课标是通过探究有关自然地理问题，了解地理信息技术的应用。本节课要达到的学习目标有3点。1.说明全球导航卫星系统在定位、导航中的应用。2.了解遥感技术在资源普查、环境和灾害监测中的应用。3.了解地理信息系统的应用。下面我们进入本节课的学习。P3首先我们看个视频：追踪台风“利奇马”。P4刚才的视频中出现了这样的画面，如图。那我们思考一下：利奇马台风云图如何获得？如何确定其中心位置？如何预测其影响的区域？如何预测移动路径？如何预测登陆的地点与时间？图中的降水量分布图又是如何绘制的呢？P5其实，台风云图的获得，确定其中心位置并持续追踪，预测其影响的区域、移动路径、登陆的地点与时间，绘制降水量分布图等，均可以通过相关地理信息技术实现。P6那么，何为地理信息技术？接下来，我们来了解一下。P7P8地理信息技术是指获取、记录、加工、管理和传播地理信息的各种技术手段，主要有全球导航卫星系统（GNSS）、遥感（RS）和地理信息系统（GIS）。P8首先，我们来看看全球导航卫星系统，全球导航卫星系统是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。P9目前，全球有四大卫星定位系统：美国的全球定位系统，这是发展最早，也比较完善的全球定位系统，在世界范围内使用广泛；还有俄罗斯的格洛纳斯全球导航卫星系；欧盟的伽利略导航卫星系统；和中国的北斗导航卫星系统，北斗导航卫星系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是世界第三个成熟的全球导航卫星系统。P10北斗导航卫星系统是我国着眼于国家安全和社会经济发展需要，自主建设、独立运行的导航卫星系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。北斗导航卫星系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。它融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。2020年6月23日，我国北斗三号全球卫星导航系统最后一颗组网卫星在西昌卫星发射中心点火升空，30分钟后卫星顺利进入预定轨道，至此，我国提前半年完成北斗全球卫星导航系统星座部署。P11北斗导航卫星系统自提供服务以来，已广泛应用于交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、测绘地理信息、森林防火、通信时统、电力调度、救灾减灾和应急搜救等领域，服务国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。P122020年5月27日，中国人又一次登上世界海拔最高的珠穆朗玛峰峰顶。举世瞩目，期待中国给出“世界高度”新答案，接下来我们来看看测高珠峰时，北斗导航卫星系统做了什么。“能在世界最高峰的高程测量中应用北斗系统，这真是我们中国人的骄傲。P13通过我们对北斗导航卫星系统的了解和刚才的视频我们可以深刻总结到：全球导航卫星系统的主要功能是定位、导航等，这在森林普查与规划、海洋调查与监测、气象及地质灾害的监测与救援等领域都有广泛应用。P14在林业调查方面由于全球定位系统测量的精度高，操作简便，而且仪器体积小、便于携带，可全天候操作，因而广泛应用于测定森林面积、道路位置、森林火灾地区位置，界定边界线，估算木材含量，寻找水源等林业测量领域。在得到调查样地的详细位置，充分了解森林资源多样性的基础上，可以适时做出调整，为林业发展做进一步规划，有效提高森林资源的管理效率。P15在海洋观测方面，引入全球导航卫星系统能够实施对地壳运动、海平面变化、海洋气象等方面的有效监测。例如，引入全球导航卫星系统建立全球定位系统连续运行观测站，主要用于地壳运动监测、大气和海平面变化监测等方面。它可以可以提供潮汐观测站站址的周、月、年变化率，监测海平面实际变化，及时提供大气中水汽含量变化信息，为海洋气象预报服务，在线提供空间位置基准，为海岸带和近海海洋调查服务。P16在气象观测领域，全球导航卫星系统技术发挥着越来越重要的作用。例如，使用全球定位系统研究大气，特别是研究对流层的大气特征。我国多个地区也已经全面开始应用北斗导航卫星系统，进行区域自动气象站的建设，弥补了原有气象站的不足。随着技术的发展，全球导航卫星系统将成为新一代气象观测系统的主要部分，在天气预报中发挥重要作用。接下来，我们学习遥感技术。P17遥感，即“遥远的感知”。广义的理解，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。狭义的理解，遥感指应用探测仪器，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。接下来我们通过一个视频来了解一下遥感的工作原理。P18P19遥感的核心在于获取信息的遥感技术设备，主要包括遥感平台和传感器。传感器可以接收地面物体反射或辐射的电磁波信息，并以影像胶片或数据磁带的形式记录下来，传送到地面接收站。地面接收站对遥感信息进行处理和判读分析，并进行野外实地验证，最后生成遥感影像，为资源勘探、动态监测和规划决策服务。P20我国遥感卫星数据接收站，有密云卫星数据接收站、喀什卫星数据接收站密云卫星接收站于1986年建成并开始运行，现拥有8座大口径接收天线及配套的数据接收、记录和数据传输设备，接收范围覆盖我国中部、东北地区及相邻境外地区。喀什卫星接收站于2008年建成并投入运行，现拥有5套12米和1套7.3米可搬移接收系统，以及配套的数据接收、记录和数据传输设备，接收范围覆盖我国西部以及中亚邻国等区域。P21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，主要包括航空像片和卫星影像。P22遥感影像由成千上万的像元组成。像元是遥感影像上能够详细区分的最小单元，简称图像分辨率。1米分辨率指影像上的一个像元表示地面上1平方米的范围。由此可知，该数值越小，影像显示地表信息细节的能力越强，分辨率就越高。如图所示，三个图依次为影像分辨率30米、10米、4米。4米的分辨率是最高的。P23遥感影像还有黑白和彩色之分。黑白影像是根据物体的灰度差异呈现的，一般建筑物颜色较浅，草地和森林颜色较深。灰度是指组成黑白图像中表示黑色的深浅程度的相对比例。P24真彩色影像上地物颜色能够真实反映实际地物的颜色特征，符合人的认知习惯；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可鉴定度。P25在下图的假彩色影像上，草、树和庄稼覆盖区域为红色，水为灰色和蓝色，城市为蓝灰色。假彩色影像中不同地物的色彩并不是固定的，需要根据实际情况进行地物判读。目前，遥感已经广泛应用于自然地理研究的诸多领域，接下来我们通过一段视频来了解一下。P26P27遥感在地貌、气候、水文、土壤和植被的调查和监测中都发挥着重要作用。例如，识别不同的地貌类型，观测全球气候变化，监测海水运动与变化，识别植被类型与分布结构，监测灾害并预警等，都少不了遥感技术的应用。P28在环境和灾害监测方面，遥感技术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。由遥感技术获得的环境和灾害动态观测数据，通过地理信息系统的快速分析和处理，能够为决策部门提供科学依据。P29在水文和水资源研究方面，遥感主要应用于水资源调查、水土流失调查、冰雪检测、海岸带及浅海地形调查等。遥感不仅能确定地表江河、湖沼和冰雪的分布、面积、水量和水质，还能勘查浅层地下水资源。P30遥感能为水文研究提供长期动态情报，帮助预报和监测早情、融雪、径流、洪水。例如，卫星遥感可以实时监测洪水的动向，调查洪水泛滥范围，迅速确定洪涝面积和受灾程度。接下来，我们来看看遥感在那吉林场火灾中发挥的作用。P312017年5月17日到5月20日大兴安岭那吉林场发生火灾。遥感卫星影像上分时分地显示了起火点的位置。由于火的高温属性，即便在有云雾遮挡的情况下，运用遥感技术，我们依然能够发现起火点的情况。P32首先我们看问题1：遥感卫星影像在监测地理事物方面有哪些优势？P33从材料可以看到分时分地、高温、云雾遮挡这样的词语，所以可以发现遥感技术的优点：测量精度高，操作简便；获取信息量大；监测的范围大；获取信息的速度快，更新速度快，动态实时；可全天候操作，受地面条件限制少等P34问题2：大兴安岭那吉林场火灾遥感卫星影像对于及时了解、控制和扑灭大火有哪些帮助？P35发现着火点位置，动态实时监测火灾的变化，遥感影像获得的火灾监测数据，通过地理信息系统的快速分析和处理，帮助判断火情，预测火灾将要蔓延的趋势和方位，派遣灭火力量精准灭火，减少火灾造成的损失。遥感获取的数据要通过地理信息系统的分析和处理，那么地理信息系统到底是什么，它的工作原理和应用领域又是怎样的呢？我们来看看。P36P37通过视频我们了解到，客观世界是由庞大而复杂的空间信息组成的，对这些信息加以管理和应用是一项重要课题，而地理信息系统的出现解决了这一问题。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。地理信息系统为地理信息资源的共享提供了最便捷的技术支持。P38利用地理信息系统可以储存庞大的空间数据，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，以此来模拟区域内的资源、人口等要素的空间规律和发展趋势。这是地理信息系统区别于其他信息系统的一个重要标志。那么，地理信息系统的工作流程是什么呢，我们来具体的了解一下。P39首先，将地图、遥感图像、野外考察、室内实验、社会经济统计等获得的数据即信息源进行处理，建立空间模型和数据模型，再将地物空间特征和属性的各项数据的结合，构成某一主题的图层，如地貌图层、土壤图层、土地利用图层等，形成数据库，然后按一定规划对所研究的局部进行空间分析，也可以对与局部及其相邻的部分，以至整个区域进行综合分析，最后将系统处理、分析的结果，形成可供研究、规划和决策人员使用的产品。P40简言之，作为地理信息的自动处理与分析系统，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。地理信息系统一般可以解决以下问题：位置分析、趋势研究、模式研究、模拟分析。P41利用地理信息系统可以解决与“位置”有关的问题。例如，分析可可西里藏羚羊的空间分布情况。提供对不同种群的藏羚羊的迁徙路径和不同时期不同种群的藏羚羊分布的分析功能。P42地理信息系统在趋势研究上的应用包括空间趋势和随时间的演变趋势，如分析降雨对云南滇池流域土壤侵蚀敏感性的情况。降雨是土壤发生侵蚀的主要动力，对降雨侵蚀力进行敏感性评价可反映降雨对土壤侵蚀的影响状况。如图我们对滇池流域1999年、2008年、2014年3个年份的降雨侵蚀力进行评价。P43结果表明，1999年滇池流域的降雨侵蚀力敏感性以高度敏感所占面积最大。2008年、2014年滇池流域的降雨侵蚀力敏感性主要为轻度和中度敏感。P44从空间分布上看，滇池流域北部的降雨侵蚀力大于滇池流域南部的降雨侵蚀力，空间差异显著。降雨侵蚀力为中度、高度和极度敏感的区域主要分布在滇池流域的北部，不敏感和轻度敏感主要分布在滇池流域的南部。P45特定区域地理事物的分布及其组合都有一定的规律，通过模式分析，可以揭示各种地物之间的空间关系。通过对有关信息进行分析、加工，建立反映区域内各种因素相互关系，揭示区域结构、特征和发展规律的模型。利用地理信息系统可将雨量站图层与行政区图层进行叠加，可以获得雨量站在行政区的分布信息。P46利用地理信息系统，还可将已掌握的地理规律用数学方法表达出来，即建立模型，来模拟其中某种因素的变化，以及产生的结果。例如，建立洪水预测模型，就可以根据降水量、降水强度、降水持续时间，预测洪水发生的时间和可能淹没的范围。好，我们再来回顾和总结一下今天所学知识。P47通过今天的学习，我们知道了地理信息技术包括全球导航卫星系统、遥感、地理信息系统。全球导航卫星系统可以全能性、全球性、全天候、连续性、实时性的为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。主要应用在野外调查时确定考察点的地理位置和高程；为飞机、轮船和汽车导航等。遥感技术被称为“人的视力的延伸”；可较短时间内获得全面的资料，以便及时检测和安排防灾、救灾。较广泛的应用在资源调查；环境监测；自然灾害防御、监测；农业土地资源及利用现状调查，农作物长势监测等领域。地理信息系统被称为“大脑”。主要负责采集、管理、分析、输出地理空间信息；空间分析、多要素的综合动态预测；需计算机系统支持。能对地理空间数据进行输入、管理、分析和表达。主要应用于对区域内各种条件进行精确分析、评价；对环境和自然灾害进行动态监测和评估预测。接下来我们通过几道习题巩固一下今天所学的知识。P48中央气象台2018年7月11日18时发布台风红色预警：第9号台风“灿鸿”(强台风级)的中心已于11日下午4点40分前后在浙江省舟山市朱家尖镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力有14级(45m/s)。问题1：要获取台风“灿鸿”的图像信息，应采用什么地理信息技术？问题2：7月12日，渔民要想预估未来一天自己所处海域的风力状况，除了借助上图外，还需要采用何种地理信息技术？P49问题3：若该渔船在遭受十级以上大风袭击后，渔民发出求救信号，浙江海事局调度船只进行营救时需要运用的地理信息技术是哪一种？问题4：要完成台风“灿鸿”未来24小时路径概率预报图的整个绘制需要采用的信息技术手段有哪些？问题5：试举出上题所用两项地理信息技术综合应用的其他实例。P50我们先来看问题1：要获取台风“灿鸿”的图像信息，需采用什么地理信息技术？，这个问题的关键点在获取图像信息。P51获取台风图像信息需采用遥感技术。P52问题2：7月12日，渔民要想预估未来一天自己所处海域的风力状况，除了借助上图外，还需要采用何种地理信息技术？我们还是找问题的关键词，预估、风力。P53因此需要