地理必修 第一册第四节 地理信息技术在防灾减灾中的应用教案

这是一份地理必修 第一册第四节 地理信息技术在防灾减灾中的应用教案，共16页。教案主要包含了遥感技术，全球卫星导航系统，地理信息系统等内容，欢迎下载使用。

课程标准：通过探究有关自然地理问题，了解地理信息技术的应用。


学习目标：1.了解遥感技术、全球卫星导航系统、地理信息系统的含义和特点。2.了解地理信息技术在自然灾害中的应用。








一、遥感技术


1．概念


遥感技术是利用装在航空器(如飞机、高空气球)或航天器(如人造卫星)的光学或电子设备，对地表物体进行远距离感知的地理信息技术。


2．特点


具有探测范围大，获取信息速度快、周期短、信息量大，受地面条件限制小等优势，能够实现地物信息的实时、动态监测。


3．自然灾害监测中的应用


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；快速识别地震等突发性自然灾害的影响范围，并对灾情统计、灾害救援等工作提供强有力的支持。


二、全球卫星导航系统


1．概况


全球卫星导航系统是一种地面信息技术，它利用卫星在全球范围内进行实时定位、导航。目前有美国的全球定位系统、俄罗斯的全球卫星导航系统、欧洲的伽利略卫星导航系统和我国北斗导航系统。


2．组成及特点


(1)基本组成：卫星星座(空间部分)、地面控制系统(地面控制部分)和信号接收系统(用户部分)三部分组成。


(2)特点：能提供精密的三维坐标、速度和时间。具有全球性、全天候、连续性和实时性的特点。


3．防灾减灾中的应用


利用手机、汽车、飞机、轮船等中的信号接收设备，可精确定位，帮助用户在遭遇自然灾害或面临灾害风险时，发出求救信号，及时报告位置和受灾情况，有效缩短救援搜救时间。


三、地理信息系统


1．概况


地理信息系统是对地理数据进行输入、处理、存储、管理、查询、分析、输出等的计算机信息系统。利用地理信息系统的空间查询与分析功能，可以根据不同目的对相关数据进行叠加分析。


2．防灾减灾中的应用


利用遥感技术、全球卫星导航系统等提供的地理数据，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，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．如何分析和解译遥感图像？


[答案] 由于不同地区地物的差异、合成图像波段的差异、地物特征的季节性差异等，不同地区、不同波段、不同季节的图像解译是不同的。应具体情况具体分析，有的还应当结合实地调查进行解译。


2．地理信息系统与电子地图的区别是什么？


[答案] 地理信息系统是借助于计算机系统，不仅能输入、管理、输出地理信息，还能进行空间分析和动态预测。电子地图是GIS的一种应用产品，GIS是可以随时修改和更新的计算机软件系统，而电子地图只是把GIS的阶段性成果做成供人们查询的产品。





探究点一 地理信息技术的特点





[材料] 挪威首都奥斯陆曾发生过一起救护车失窃事件。当时窃贼在奥斯陆市中心发现一辆救护车上空无一人，而且车门敞开，于是蹿上汽车扬长而去。没想到，他还没开多远就听见身后的警笛声越来越响，再抬头一看，空中竟然还有一架警察直升机在他头顶盘旋。原来，这辆救护车安装了GPS设备。


[问题] 警察是如何追上窃贼的？


[提示] 当救护车司机发现车辆被盗时，立即报警；警方启动GPS监控系统和该市的电子地图，确定被盗车辆的位置、速度以及行驶方向等信息，传递给警方，警方结合GIS系统，确定最佳抓捕路径并提供给地面警车和直升机驾驶员实施抓捕。





1．遥感技术


(1)遥感技术的工作流程





如图所示：





(2)航天、航空、近地遥感的比较


2.全球卫星导航系统的特点





3．地理信息系统的工作流程














【例1】 深圳某中学研究性学习小组搜集有关南极科考与3S技术的材料，开展研究性学习。


材料一 中国第29次南极科学考察队历时156天，航程近3万海里，创下了中国南极考察史上的多个第一，圆满完成53项科考和后勤保障项目，乘坐“雪龙”号极地考察船凯旋。


材料二 在南极中山站前使用探测仪器的科考队员。





(1)南极科考队为安装大型望远镜设备选址并准备场地，应用的地理信息技术是__________________；考察队员监测南极冰川和海岸线变化要利用到的地理信息技术是________。


(2)利用地理信息技术在对南极地区进行勘探研究中，除了上述应用外，还有哪些用途？试举两例。


[审题指导] 解答本题的关键是要明确地理信息技术的特点、工作原理，并加以区分。


[解析] 第(1)题，选址过程要通过GIS进行空间分析，位置的确定要应用GPS，监测环境的变化需要RS。第(2)题，可从GPS和RS以及GIS等技术的应用，结合南极科考现状进行分析。


[答案] (1)GPS和GIS RS


(2)利用GPS测量观测点的海拔高度，确定科考队员的位置；利用RS探测资源状况；利用GIS绘制资源分布图。(举任意两例即可)











“3S”技术手段的选取


在“3S”技术中选取适当手段时，要看其工作对象是“点”还是“面”，如果是“点”则选用GPS，如导航、珠峰高度测量等；如果是“面”则需看突出监测方面还是需处理计算才能得出结果，如要监测森林火灾则应选用RS技术，如要在某城市选取大型商业中心区位则应选用GIS技术。“3S”技术不是截然分开的，在现实中往往是互相配合使用的，如“某山区森林火灾发生后，扑救工作动用了卫星监测定位，并运用计算机软件对火势情况进行了分析和预报”这一事件中，使用卫星监测是RS技术的应用，卫星定位则是GPS技术的应用，计算机处理预报信息则是GIS技术的应用。


探究点二 地理信息技术在防灾减灾中的应用





[材料] 2008年9月6日，太原卫星发射中心，搭载着环境与灾害监测预报小卫星A、B星的长征二号丙运载火箭成功发射升空。搭载在A、B双星上的载荷中，“四大武器”格外引人注目。首先就是双星上分别配置的两台CCD相机，将在水体污染管理、城市规划、土地分类利用、土地沙化、植被分类和测绘、农业估产、病虫害分析、干旱分析、火灾分析、地质分析、矿产调查、海岸带研究等方面大显身手；其次是国内首先采用静态干涉型成像光谱技术新原理研制的一种新型有效载荷——超光谱成像仪。它可以监测土地的沙化、盐碱化、石漠化，探测冰、雪灾害与森林、草原火灾，调查国土资源及广域土地分类；进行植被分类、植树造林及退耕还林效果评估以及发现森林砍伐与破坏；服务于农业估产、监测病虫害以及生态环境破坏等。对自然灾害、环境污染、危及人类的危险事故等的发生、定量化分析、评估等将起到重要作用；红外相机主要用于各种火灾分析、地震监测、植被分类和测绘、农业估产、病虫害分析、干旱分析、地质分析、海岸带、城市规划、水体污染管理等。它对自然灾害、环境污染等的预报、发生、评估等将起到重要作用，并具有夜间监测能力。


[问题] (1)A、B双星上搭载的“四大武器”主要是3S技术中的什么技术？


(2)双星上搭载的红外相机主要应用于什么领域？


[提示] (1)A、B双星上搭载的“四大武器”是遥感技术中的传感器。


(2)红外相机主要用于各种火灾分析、地震监测、植被分类和测绘、农业估产、病虫害分析、干旱分析、地质分析、海岸带、城市规划、水体污染管理等。它对自然灾害、环境污染等的预报、发生、评估等将起到重要作用，并具有夜间监测能力。





地理信息技术在自然灾害监测中的应用














图示法理解RS与GIS的优势结合对灾害监测的作用











【例2】 读下列材料后回答问题。


材料一 汶川大地震发生后，重灾区陷入信息隔绝状态。国土资源部第一时间紧急启用航空遥感飞机，从6000米高空拍摄了地震灾区高精度遥感图片。专家们对航片进行初步数据处理和解译，对灾区房屋倒塌情况、滑坡、泥石流规模及分布，具有隐患的滑坡体、公路及桥梁受损等灾害情况进行标注。把这些图像传递到抗灾一线，作为指挥人员制定抗震救灾方案的参考依据。之后，航空遥感飞机还成为监测堰塞湖次生灾害威胁的“天眼”。


材料二 下面两张图片分别是2006年和2008年5月14日卫星对汶川地区拍摄的遥感影像。





(1)遥感技术的主要工作环节是( )


A．目标→传感器→地面系统→成果


B．传感器→地面系统→目标→成果


C．目标→地面系统→传感器→成果


D．目标→传感器→成果→地面系统


(2)(多选)遥感在监测地震灾害时能够( )


A．分析地震发生的原因


B．监测震灾的动态


C．为救灾提供预案依据


D．控制灾害的发生


(3)从材料二中我们可以很明显地看出发生了哪些次生灾害？


(4)结合材料分析，遥感与地理信息系统相结合在抗灾过程中的主要作用是__________________________；在灾后的主要作用是______________________________。


[审题指导] 第(1)题，遥感技术的主要工作环节是教材中的基础内容。第(2)题，运用遥感可以对地震进行监测，为救灾提供预案依据，但是既不能够分析出地震发生的原因，更不能控制地震的发生。第(3)题，比较两幅图片，可以看到地震后河道出现间断，大面积的滑坡等。第(4)题，遥感与地理信息系统相结合在抗灾过程中可对灾情实况监测，并且在灾后对灾情作出快速评价，指导救灾活动。


[答案] (1)A


(2)BC


(3)地震后大面积的山体滑坡和泥石流。


(4)对灾情实况监测，指导抗灾活动 对灾情作出快速评价，指导救灾活动























“3S”技术的关系





(1)图中①②表示遥感技术提供影像信息功能，③④表示地理信息系统反馈影像信息处理结果，⑤⑥表示全球定位系统提供空间定位信息功能。


(2)遥感技术和全球定位系统应用的区别：遥感技术获取的常为呈面状的地理信息，其范围一般较大；全球定位系统获取的为点状的地理信息，非常精确。














下图为用气象卫星监测预报的台风“鹦鹉”移动路径图。读图完成1～3题。





1．该图像利用的技术主要是( )


A．RS，GPS B．GPS，GIS


C．GPS，雷达技术 D．RS，GIS


[解析] 该图像的信息来源于RS技术，图像经过GIS系统处理。


[答案] D


2．由图像可知高新技术在台风监测中的优越性有( )


①展现台风形成过程 ②发现台风中心 ③估计台风移动方向 ④估计台风的强度


A．①② B．①②③④


C．①②③ D．②③④


[解析] 利用遥感可以展现台风形成过程，发现台风中心位置，估计台风移动路径、方向和速度。


[答案] B


3．气象卫星设备中接收台风信息来自( )


A．电磁波 B．地面温度


C．红外线 D．可见光


[解析] 气象卫星设备中接收台风信息来自电磁波。


[答案] A


中广网包头消息 由于去年冬季气温有利蝗卵越冬，给今年蝗虫灾害发生提供了有利条件，预计全旗蝗虫灾害总危害面积为200万亩，其中严重危害面积150万亩。为了能够及时准确预测和防治蝗虫灾害，达茂旗畜牧局草原站已启动草原蝗虫灾害防治卫星监测预警体系。针对往年飞机灭蝗时定位不准，有时误将农药撒入池塘等问题，今年在蝗虫发生的高密度区域采用卫星定位系统，精确掌握防治区域。据材料回答4～5题。


4．上述治蝗实例中，主要采用了“3S”技术中的( )


A．遥感技术


B．全球定位系统


C．遥感技术和全球定位系统


D．地理信息系统


[解析] 在本次灭蝗中采用了遥感技术及全球定位系统。


[答案] C


5．卫星遥感技术之所以能够感知地面蝗虫的危害和分布情况是因为( )


A．农作物遭受蝗虫灾害，反射光谱会发生一定特性的变化


B．卫星分辨率高，可以拍摄到比较清晰的照片


C．卫星直接指挥飞机进行灭蝗工作，无需人工参与


D．如果采用飞机遥感，探测的范围会更大


[解析] 卫星遥感技术之所以能够感知地面蝗虫的危害和分布情况是因为农作物遭受蝗虫灾害后，植物的反射光谱会发生一定特性的变化。


[答案] A


6．读下表，完成下列各题。


(1)用于防灾减灾的地理信息技术主要包括________、________、________，其中________技术是自然灾害空间监测系统的核心技术。


(2)在灾害预测预报技术方面主要有________、________等，当这些技术发展到更高水平后，能够引导着人类从趋利避害到________发展。


(3)防汛指挥决策支持系统的技术基础是什么？其具有哪些功能？


[解析] 本题以地理信息技术在我国重大自然灾害的监测、防灾减灾中的应用及遥感技术的应用原理考查高科技在减灾防灾中的应用。解题时应注意掌握“3S”技术的应用领域。


[答案] (1)遥感(RS) 全球定位系统(GPS)


地理信息系统(GIS) 遥感


(2)空间技术 信息技术 化害为利


(3)GIS技术。具有空间定位、定性和定量分析的功能。


课后作业(十八)


一、单项选择题


读下图，完成1～2题。





1．图中内容说明航天遥感的什么特点( )


A．监测范围广 B．时效快，精度高


C．连续性高 D．准确定位


[解析] 由图中“我一次就可以把半个地球照进去”，可知航天遥感的特点是监测范围广。


[答案] A


2．就航天遥感而言，其遥感探测的范围越大，则( )


A．获得资料的速度越慢


B．获得资料的周期越长


C．对地物的分辨率越低


D．对地物的分辨率越高


[解析] 当探测范围越大时，对地物的分辨率越低。


[答案] C


在遥感技术中，可以根据植物的反射波谱特征判断植物的生长状况。读图完成3～4题。





3．上图中，重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是( )


①红外线 ②X光 ③可见光 ④紫外线


A．①② B．②③ C．③④ D．①③


[解析] 找出图中重度病害植物反射率高于健康植物的波段，约是0.58～0.8 μm，再对应下图中的波段判断。


[答案] D


4．根据上图的原理，可用遥感技术( )


①划分植物类型 ②判断植物生长的土壤类型 ③监测树木的生长状况 ④估计粮食作物的产量


A．①② B．②③ C．③④ D．①③


[解析] 从图中可知，植物的生长状况不同，反射率不同；树木生长状况不同，反射率不同，粮食作物生长状况不同，反射率不同。因此可用遥感技术的是③④。


[答案] C


读“我国地壳运动观测网图”，回答5～6题。





5．对地壳运动进行精确观测采用的主要技术是( )


A．遥感技术 B．全球定位系统


C．地理信息系统 D．地理信息技术


[解析] 图中对地壳运动进行精确观测的基准站、基本站与区域站在我国分布的范围较广，但又相对集中在我国地质不稳定的地区，显然是通过对地壳运动的精确观测，判断各站点之间的距离位移。


[答案] B


6．根据观测站的分布特点判断，建立地壳运动观测网最主要的目的是( )


A．泥石流、滑坡的监测和预报


B．大地高程测量


C．地震监测和预报


D．为电离层研究、气象预报提供数据


[解析] 进行地震监测和预报，各站点之间距离位移的监测则需要GPS技术。


[答案] C


7．2013年4月20日，四川雅安芦山县发生7.0级地震。在震后救灾中，北斗卫星导航系统(BDS)发挥了重要作用。BDS是我国自行研制的全球卫星定位与短文通信系统，是继美国全球定位系统(GPS)和俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)之后的第三个成熟的卫星导航系统。BDS在抗震救灾中发挥的主要作用有( )


①提供灾区的影像 ②统计灾区的经济损失 ③确定救灾人员的位置 ④提供短文联络


A．①② B．①③ C．②③ D．③④


[解析] 根据试题文字材料关键信息“全球卫星定位”和“短文通信系统”，可确定③④正确，故选D。①是RS的功能，②是GIS的功能。


[答案] D


利用GIS技术可监控一定地区生态系统的变化情况。以下三幅简图是人们根据GIS技术监控某地区历时多年的某一生态系统演变的卫星图像绘制而成的。据此完成8～9题。





8．图中不同形状的点代表不同的物种，请分析比较三幅图的信息，该生态系统变化的趋势是( )


A．某一物种的个体数量增加


B．少数物种的个体数量减少


C．部分物种消失，生态环境脆弱


D．生物新物种不断替代原有物种


9．如果图中反映的是某个候鸟栖息地，不同形状的点代表不同的物种，请分析比较三幅图的信息，该生态系统变化的趋势是( )


A．更多的候鸟种群适应该地生态环境


B．相同的候鸟种群适应该地生态环境


C．只有较少的种群、较少的个体能够适应该地生态环境


D．生态环境能够不断地为更多的候鸟种群提供栖息条件


[解析] 比较三幅图中代表不同物种点的数量上的变化，在此基础上进行正确的趋势分析。


[答案] 8.C 9.C


下图是某地山体滑坡后堵塞河道形成堰塞湖的影像。读图回答10～11题。





10．图中堰塞体垮塌后可能会淹没下游沿岸居民点，可快速确定需要转移人口区域的技术是( )


A．遥感(RS) B．地理信息系统(GIS)


C．全球定位系统(GPS) D．北斗导航系统(BDS)


[解析] 确定需要转移人口区域，需要对影像图进行分析，需要模拟堰塞湖决口可能会淹没的范围。遥感的主要功能是获取地理信息；全球定位系统和北斗导航系统的功能主要是定位和导航；只有地理信息系统能对地理空间信息进行分析处理。


[答案] B


11．图中甲、乙、丙、丁四处海拔由高到低的排序是( )


A．甲>乙>丙>丁 B．甲>丙>丁>乙


C．乙>丁>丙>甲 D．乙>丙>甲>丁


[解析] 图中乙处位于堰塞体滑坡的源头处，其海拔应最高；丙在堰塞体上，海拔高于湖面上的甲，丁在堰塞湖下游河道上，海拔最低。


[答案] D


12．热红外遥感影像亮度可反映地物表面温度，地物的表面温度越高，在影像中就越亮。晴天正午时刻，下列地物在同一幅热红外遥感影像中最亮的是( )


A．公路 B．菜园


C．鱼塘 D．果园


[解析] 题干中说明了热红外遥感影像亮度与地物表面温度的关系：温度高→亮度大。因此晴天正午时刻，选项所列温度最高的地物最亮。公路的热容量最小，升温最快，故选A。


[答案] A


二、非选择题


13．下图是我国某地区地形等高线及某时刻海平面等压线图。该地某中学地理小组开展研究性学习，拟定了两个研究课题，即“山区农业资源合理利用调查研究”和“本地形成堰塞湖可能性的研究”。通过查找资料、实地考察获得以下信息：西北部海拔500 m以上山地的坡度多在22°以上，已有大片开垦为耕地；在E、F两地附近有多处崩塌滑坡。崩塌滑坡容易导致峡谷堵塞形成堰塞湖。如果你是课题组成员，请根据以下信息回答下列问题。





(1)西北部海拔500 m以上山地适宜发展________，建议________。


(2)在E、F两地中，________地附近较容易形成堰塞湖，建议应用地理信息技术中的________技术密切监测崩塌滑坡的动态。


[解析] 读等高线图，可读出该区域西北部海拔高，等高线密集，坡度大。山地坡度陡峭，易发生水土流失和滑坡等灾害，应重点发展林业。E处为峡谷，一旦发生滑坡等地质灾害，易形成堰塞湖，可以运用遥感技术进行动态监测。


[答案] (1)林业 退耕还林


(2)E 遥感


14．阅读下面材料，回答问题。


材料 不同物体和物体的不同状态具有不同的电磁特性，卫星传感器探测地表物体对电磁波的反射和物体自身发射的电磁波，然后按照一定的规律把电磁辐射转换成图像，经过处理，提取物体信息，完成远距离识别物体和物体的状态，这就是遥感工作的基本原理。例如，森林发生火灾时，着火树木的温度比没有着火树木的温度高，在电磁波的热红外波段会辐射出比未着火树木更多的能量，卫星拍摄到的影像上，着火的森林比没着火的森林显示更亮的浅色调。据此原理，森林管理部门就建立森林火灾实时监测预报系统，全天候对森林遥感信息进行监控。若出现火情，就能对火灾面积、蔓延情况进行动态分析，以做出相应的防灾措施。遥感技术同样对病虫害、洪水灾害等有不同的分辨功能。


(1)据以上文字材料，设计出用遥感技术对长江洪水监测的方案。方案A__________________；方案B________________________。


(2)结合材料分析，在森林火灾发生前，地理信息系统的主要作用是__________________________；在灾害发生过程中的主要作用是_____________；在成灾后的主要作用是____________________。


(3)(多选)地理信息系统在监测森林火灾时能够( )


A．分析火灾发生的原因


B．监测火灾的动态


C．为灭火提供预案依据


D．控制火灾的发生


[解析] 该题以遥感技术原理为背景，综合考查地理信息技术对森林火灾、洪水灾害的实时监测预报。解答该题的关键是充分利用材料，结合教材知识分析归纳，形成科学严密的答案。第(1)题，RS可以快速、大范围、准确地获取长江水文信息，进而可以建立长江流域监测预报预警系统，并能综合相关资料提出预报。第(2)题，GIS系统可以集成与减灾防灾有关的多种数据库和模型库，与RS结合可以在灾害发生前、发生中、发生后给出不同的支持。第(3)题，GIS系统对森林火灾主要起监测作用，至于火灾的成因，控制火灾的发生，必须由其他技术手段、工程手段来完成。


[答案] (1)建立长江流域监测预报预警系统，获得长江水文遥感影像资料


对长江水文异常情况进行分析，提出预报


(2)圈定危险区，并对危险程度做出评价，指导防灾活动


对灾情实况监测，指导抗灾活动 对灾害损失做出快速评价，指导救灾活动


(3)BC


类型
概念
优点
航天


遥感
利用卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站携带遥感仪器的遥感
覆盖范围大，不受领空限制，可进行定期、重复观测
航空


遥感
利用飞机携带遥感仪器的遥感
机动性强，可以根据研究主题选择适当的传感器、适当的飞行高度和飞行区域
近地


遥感
距离地面高度几十米以内的遥感
用于城市遥感、海面污染监测、森林火灾监测等
地理信


息技术
主要功能
在自然灾害监测中的作用
遥感技术


(RS)
观测范围广、信息获取量大、速度快。空间尺度上：多波段、多时相和全天候。时间尺度上：同步观测
①除了能看到电视屏幕上的常规大气云图，还可以看到沙尘、台风、暴雨等灾害性天气的形成过程；


②利用遥感影像可以迅速地发现一些初发时人眼难以察觉的突发性灾害，如森林火灾、赤潮等；


③在交通不便、人迹罕至的地区可展现遥感作为灾害监测“千里眼”的优越性；


④在灾害发展过程中和消除后，对灾害发生的规模、速度以及是否复发进行监测
地理信息


系统(GIS)
对信息进行综合处理和空间数据分析，具有空间定位、定性和定量分析的功能
对自然灾害进行预报预警、动态监测、灾害发生成因与规律分析、灾害损失调查、灾情评估等，还可以为制定减灾预案和指导灾后重建工作提供依据
全球卫星


导航系统


(GNSS)
提供精准的三维导航和定位
①监测地壳的微小移动，帮助预报地震；


②精准定位自然灾害发生的地点；


③救灾中对救援车交通导航，以最快速度到达地点开展救援
案例
地理信息技术的应用
2018年6月中国南部发生暴雨洪灾
洪水的跟踪、动态监测—遥感评估工作—地理信息系统
2018年8月，安徽滁河洪灾
对暴雨和洪水的监测—遥感
2018年8月，台风侵袭
珠江口水位监测—遥感


综合评估—地理信息系统