第二節地理信息技術在區域地理環境研究中的應用[學習目標]1.了解遙感、全球定位系統、地理信息系統和數字地球的概念。2.掌握遙感、全球定位系統、地理信息系統和數字地球在生產、生活中的應用。3.弄清“3S”之間的區別與聯系及其與“數字地球”的關系。一、地理信息技術1．概念：指獲取、管理、分析和應用地理空間信息的現代技術的總稱，主要包括遙感(RS)、全球定位系統(GPS)和地理信息系統(GIS)等。2．應用(1)在區域地理環境研究中的應用：資源調查、環境監測、自然災害防御監測、國土資源管理、國土開發規劃等。(2)大眾化應用：GPS汽車導航、空間信息網站、城市多媒體地理信息系統等。二、遙感(RS)1．概念：人們在航空器(飛機、高空全球)或航天器(人造衛星)上利用一定的技術裝備，對地表物體進行遠距離的感知。2．主要環節eq\x(目標物)eq\o(→,\s\up7(物體輻射和),\s\do5(反射電磁波))eq\x(傳感器)eq\o(→,\s\up7(收集),\s\do5(傳輸))eq\x(遙感地面系統)eq\o(→,\s\up7(信息處理),\s\do5(信息分析))eq\x(專業圖件、統計數字)3．原理：地面物體的種類、性質、環境條件不同，其反射和輻射的電磁波也各不相同。4．在區域分析中的作用：為區域地理環境研究從定性到定量、從靜態到動態、從過程到模式的轉化和發展，提供了條件。三、全球定位系統(GPS)1．概念：利用衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統。2．組成(1)空間部分——GPS衛星星座。(2)地面控制部分——地面監控系統。(3)用戶設備部分——GPS信號接收機。3．特點：提供精密的三維坐標(經度、緯度、高度)、速度、時間，且具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的特點。4．應用：確定考察點的地理位置(經度和緯度)、高程(海拔)。四、地理信息系統(GIS)1．概念專門處理地理空間數據的計算機系統。2．簡要程序信息源→數據處理→數據庫→空間分析→表達。3．應用(1)在區域地理環境研究中，地理信息系統可提供反映區域狀況的各種空間信息。(2)通過對有關信息進行分析、加工，建立能反映區域內各種因素相互關系，揭示區域結構、特征和發展規律的模型。(3)對區域內自然資源和自然條件、區位和交通條件、人口和勞動力條件，以及經濟和社會條件進行更為精確的分析、評價。(4)運用地理信息系統，可以對環境和自然災害進行動態監測及評估預測。思考GIS和電子地圖有什么區別？答案電子地圖是GIS的一種應用產品，GIS是可以隨時修改和更新的計算機軟件系統，而電子地圖只是用GIS的階段性成果做成的供人們查詢的產品。五、地理信息技術與數字地球1．地理信息技術(1)遙感獲取地理信息數據。(2)全球定位系統主要用于地理信息的空間定位。(3)地理信息系統主要用來對數據進行管理、查詢、更新、空間分析和應用評價。2．數字地球(1)概念：是指數字化的地球，即把整個地球信息進行數字化后，由計算機網絡來管理的技術系統。(2)作用：將不同空間、時間的自然、人文的大量信息進行整合，進行立體的、動態的顯示，為生產、研究活動提供實驗條件和試驗基地。思考“3S”技術與數字地球的關系是什么？答案“3S”技術僅僅是數字地球的部分支撐技術，數字地球還需要虛擬技術、網絡技術等，數字地球不能簡單說是“3S”技術的綜合。探究點一遙感(RS)不同物體和物體的不同狀態具有不同的電磁波特性，衛星傳感器探測地表物體對電磁波的反射和物體自身發射的電磁波，然后按照一定的規律把電磁輻射轉換成圖像，經過處理，提取物體信息，完成遠距離識別物體和物體的狀態，這就是遙感工作的基本原理。1．在區域地理環境研究中，遙感與實地測繪相比，具有哪些優勢？答案監測的范圍大、獲取信息的速度快、受地面的限制較小。2．遙感為什么能應用于農業病蟲害的監測？答案農作物是否受到病蟲害的侵襲，植被的表現形式不同，不同性狀的植被所輻射的電磁波不同，遙感的傳感器就可以感受到不同的電磁波。3．請擬列出衛星遙感技術的三個應用領域及相關的課題名稱。序號應用領域課題名稱例災害監測長江流域洪水動態分析①②答案序號應用領域課題名稱例災害監測長江流域洪水動態分析①資源調查野生藏羚羊種群數量及分布②環境監測太湖的污染監測遙感技術的應用應用領域具體內容作用資源調查礦產資源蘊藏礦產的地方有許多是地質斷裂或環形構造帶，較容易借助遙感技術“發現”礦產通過分析遙感圖像，劃定蘊藏礦產的大致區域生物資源通過解譯遙感圖像，用圖像處理技術提取植被的分布、類型、結構、健康狀況、產量等數據為農業、林業、城市綠化、環境保護等部門服務環境和災害監測環境監測荒漠化、土壤鹽漬化、海上冰山漂流、海洋生態、全球氣候變化及其影響、植被變化、水體污染、大氣污染等可以及時了解環境變化，使環境得到保護和改善災害監測旱情、水災、滑坡、泥石流、地震、農林病蟲害、森林火災等有利于防災減災工程建設及規劃大型水利工程、港口工程、城市規劃、路網合理規劃商業網點等農業方面的應用農業生態環境調查及監測，農作物長勢監測發展精準農業1．熱紅外遙感影像亮度可反映地物表面溫度，地物的表面溫度越高，在影像中就越亮。晴天正午時刻，下列地物在同一幅熱紅外遙感影像中最亮的是()A．公路B．菜園C．魚塘D．果園2．不同的地物和地物的不同狀況有不同的反射率，據此原理，可以利用遙感監測的有()①近海赤潮災害②人口分布③海上石油污染④工業生產總值A．①② B．②③C．③④ D．①③答案1.A2.D解析第1題，題干中說明了熱紅外遙感影像亮度與地物表面溫度的關系：溫度高→亮度大。因此晴天正午時刻，選項所列溫度最高的地物最亮。公路的熱容量最小，升溫最快。第2題，結合遙感的應用知識，遙感不能監測人口分布和工業生產總值。探究點二全球定位系統(GPS)材料一濃霧協助英法聯軍創造了“九日奇跡”。1940年5月24日，德軍以“閃電戰”攻破馬奇諾防線，把40萬英法聯軍包圍在法國的敦刻爾克海灘上。從26日至31日都是大霧天氣，濃厚的云霧籠罩在海峽上空，加上油庫燃燒形成的黑煙，使德軍戰斗機找不到轟炸目標。到4日上午，英法聯軍共撤出34.6萬人，有人說是濃霧創造了奇跡。材料二據有關報道，第二次海灣戰爭中，伊拉克軍方點燃巴格達周圍澆灌石油的戰壕來阻礙美軍事行動，但美專家指出煙霧對美軍使用的衛星制導導彈沒有任何影響。材料三在第二次海灣戰爭中，許多美國飛行員在被擊落后能得以生還，人們常常驚羨于美國人的神奇。1．材料一和材料二中同樣是煙霧，為什么能阻滯德軍的襲擊，而不能對美軍的轟炸產生影響？答案“二戰”時的德軍飛行員依靠人眼的視力發現目標，一旦有低層煙霧出現，人會看不清地面的物體。而第二次海灣戰爭中，因為美軍采用了全球定位系統(GPS)，能提供精密的三維坐標、速度和時間，并且具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的特點，因而不受煙霧的影響。2．在材料三中美軍是如何確定飛行員的位置并進行組織救援的？答案美國人用的是GPS技術。因為當時多國部隊是跨國界、跨地區作戰，對地理環境相當陌生，僅依靠地圖的作用是有限的，正是因為有了手持型GPS接收機的幫助，才使許多美國士兵得以生還。3．GPS提供了哪些信息使其能應用于導航？答案GPS可提供精準的定位信息即經度、緯度和海拔。全球定位系統的應用依據全球定位系統所具有的特征，其廣泛應用于以下領域：近期，針對車主對于高架橋定位、導航的痛點，百度地圖率先推出了高架導航功能，覆蓋全國幾乎所有采用高架橋道路設計的城市，可以更精確地判斷行駛的位置位于高架橋上還是高架橋下，為用戶提供更加準確的導航服務。據此回答3～4題。3．GPS對車輛實時定位是指()A．隨時知道車輛所在地的地理坐標B．隨時知道車輛所在地的氣候C．隨時知道車輛所在地的天氣D．隨時知道車輛所在地的季節4．目前GPS的主要功能是()A．定位和導航 B．定位和找礦C．天氣預報 D．地質測量答案3.A4.A解析第3題，GPS對車輛實時定位，是指隨時知道車輛所在地的地理坐標。第4題，目前，GPS的最主要應用是在定位和導航方面。探究點三地理信息系統(GIS)材料一圖1為一幅具有林木、河流和住房的景觀圖，圖2是根據該圖而建立的空間數據模型。材料二某城市部分地區經過數字化處理的交通線、功能分區、地價圖。1．材料一中兩圖形對地物的表示有什么差異？與地圖相比，地理信息系統有哪些優點？答案差異：①儲存信息的形式不同。地理信息系統通過建立數據模型，以數據庫的形式儲存地理空間數據，而地圖以圖紙的形式保存地理信息。②查詢的方式不同。地理信息系統通過計算機進行查詢和數據更新，而地圖則通過肉眼進行判讀，獲得地理信息。GIS獲取的信息更有針對性，速度也更快。③地理信息系統可以將不同來源、不同比例尺、不同投影的地圖數據進行綜合，并進行空間分析，而地圖有許多方面做不到。優點：①信息量大，使用方便；②功能強大、完備；③能夠進行動態監測和評估預測。2．材料二中，若布局合理，則該城市盛行風向最不可能為________；若在該區域新建物流中心，最宜選擇在________。地理信息系統在城市管理中有哪些作用？答案西南風丁地作用：地理信息系統在城市交通、土地利用、城市規劃等方面都具有強大的管理功能。地理信息系統的應用地理信息系統可應用的領域相當廣泛，可以說，凡是用到地圖或需要處理地理空間數據的領域，都可以借助GIS技術。(1)在區域地理環境研究中的應用(2)在災害監測中的應用應用地理信息系統，并借助于遙感技術，可有效地監測和預報洪澇災害、森林火災等。(3)在城市建設和管理中的應用應用舉例地物的位置、分布等基本問題地點查詢；最近的銀行在哪里；巡警車的分布趨勢分析人口增長趨勢；城市發展趨勢模式問題人口擴散模式；商業選址模式；路徑分析模式模擬問題用GIS模擬災害發生時的災民撤退問題用GIS模擬某大型工程可能帶來的影響“3S”技術手段的選取技巧對于“3S”技術的考查，主要是考查“3S”技術作用和應用領域的不同。因此，學生只要大體上抓住“3S”技術的區別，就能對“3S”技術的選取做出正確的判斷。可以重點記住三種技術的主要區別：另外，注意在“用詞”方面的差異，也是正確選取“3S”技術的方法之一，具體方法如下：(1)若有“獲取”“監測”“估測”“調查”等詞語的一般選取遙感技術；(2)若有“定位”“導航”“測量”等詞語的則選取全球定位系統；(3)若有“分析”“評估”“預測”“預報”“處理”“管理”“決策”“規劃”“選址”等詞語的則多是選取地理信息系統。下圖為“某專題研究建立的地理信息系統(GIS)圖層”。據此完成5～6題。5．該專題研究可能是()A．耕地分類和評價 B．工業分布與交通的關系C．商業分布和規劃 D．學校分布6．若利用該地理信息系統進行深埋垃圾場的選址，在下列圖層中應增加()①大氣污染②區域規劃③造紙廠、印刷廠分布④水文地質A．①②B．①③C．②③D．②④答案5.A6.D解析第5題，地理信息系統圖層涉及到土壤、水系、地形、土地利用及居民點分布，綜合分析各選項可知工業分布與交通的關系相關性不明顯，商業分布和規劃、學校布局等應該與交通運輸、人口數量有更密切的聯系，故B、C、D項與圖層相關性不密切，只有耕地分類和評價與上述圖層聯系密切。第6題，垃圾深埋易對地下水造成污染，并且會對某些地表功能區的布局產生影響。深埋垃圾場選址考慮水文地質和區域規劃，而大氣污染、造紙廠、印刷廠分布與深埋垃圾無關。下圖為“3S”(RS、GPS、GIS)技術的相互關系示意圖。讀圖回答1～2題。1．如果圖中①③表示反饋影像信息處理結果，②⑥表示提供影像數據的功能，④⑤表示提供定位信息的功能。關于甲、乙、丙的說法，正確的是()A．甲是RS B．乙是RSC．丙是GIS D．甲是GPS2．下列有關“3S”技術運用的敘述，正確的是()A．運用RS可以確定110巡邏車的位置B．運用RS可以獲取水災淹沒區域的動態信息C．運用GIS可以確定運鈔車位置D．運用GIS可以獲取森林火場遙感信息答案1.B2.B解析第1題，①③表示反饋影像信息處理結果，故判斷甲為GIS技術；②⑥表示提供影像數據的功能，故判斷乙為遙感技術；④⑤表示提供定位信息功能，判斷丙為GPS技術。第2題，運用GPS技術可以確定110巡邏車的位置，故A不符合題意。運用RS技術可以獲取水災淹沒區域的動態信息，故B符合題意。運用GPS可以確定運鈔車位置，故C不符合題意。運用RS可以獲取森林火場遙感信息，故D不符合題意。我國宣布北斗衛星導航系統將在2018年率先為“一帶一路”國家提供基本服務，并在2020年形成全球服務能力。回答3～4題。3．下列不屬于北斗衛星導航系統組成部分的是()①信號接收機②北斗衛星③傳感器④車載移動電話A．①②B．①③C．①④D．③④4．北斗導航業務2020年形成全球服務能力，北斗導航系統可為()①登山愛好者提供具體的經緯度位置②農業生產測評農作物的產量③地質工作者提供某地的海拔④比賽者提供汽車的運行速度⑤工業生產測評水質污染A．①②③ B．①③④C．②③④ D．③④⑤答案3.D4.B解析第3題，衛星導航系統由空間部分(導航衛星)、地面控制部分和用戶設備部分組成。第4題，北斗導航系統(地面監察系統)屬于全球定位系統，可以為用戶(GPS信號接收機)提供具體的經緯度和海拔、運行速度和時間等信息。5．讀圖，完成下列各題。(1)GIS在災害監測評估應用中的空白處所代表的作用分別是________、________。(2)遙感技術和地理信息系統在災害監測評估過程中的優勢分別是什么？兩者結合在防災減災中的作用如何？答案(1)預報預警動態監測(2)遙感技術在災害前兆與災情監測過程中的信息獲取方面有優勢，而地理信息系統借助于其信息管理、查詢和分析功能，在災害空間分布分析方面有優勢。兩者結合，可以實現在災害發生前，能事先劃定危險區，并對危險程度作出評價，指導防災活動；在災害發生過程中，解析地理信息系統的信息管理、查詢和分析功能，可為分析災害影響范圍、確定救災物資調配的最佳線路，以及受災人員、財產的安全有效轉移提供決策依據，同時進行災情統計與評估，為災后重建提供決策支持。圖表特征：“3S”圖像往往作為考查的載體，用來考查“3S”技術的應用。在遙感圖像中，遙感影像圖是根據遙感影像繪制的圖形；GIS圖像主要是根據GIS的圖層疊加原理，展示不同的圖層；GPS多以材料為背景，圖像呈現不多，一般僅通過手持機界面圖或工作流程圖來考查，但與RS和GIS的綜合應用所得的圖像也是較為常見的考查方式。下圖為某冰川所在區域遙感影像。圖中甲點所處的地形是()A．山谷 B．山脊C．沖積扇 D．盆地下圖為某冰川所在區域遙感影像。圖中甲點所處的地形是()A.山谷B．山脊C．沖積扇

D．盆地要求判斷一個點的地形。1.冰川塊狀分布，伸出多處冰舌，可知圖示區域冰川作用活躍。2.根據成像原理，地勢較低的山谷光線較暗，地勢較高的山脊光線明亮。甲處光線較暗，應為山谷。A(2017·銀川調研)現代地理信息技術已經廣泛應用于地理環境的研究，服務于日常生產生活。讀圖，回答1～2題。(1)利用圖甲可以()A．了解地形和地貌特征，開展土地資源調查B．監測風沙和干旱災害，進行災情預測分析C．確定時間和空間定位，進行路線篩選導航D．測算經濟和人口數據，確定商業網點布局(2)有關圖乙車載導航儀及其所示電子地圖，下列說法正確的是()A．車載導航儀借助GIS實現精確定位B．車載導航儀通過RS獲得交通信息C．電子地圖可以實現人機交互功能D．電子地圖不能顯示自然地理信息答案(1)A(2)C解析第(1)題，圖甲是遙感影像圖。遙感主要是人的視力的延伸，用它可以獲取圖像，了解地形和地貌特征，開展土地資源調查。B選項中的災情預測分析、C選項中的路線篩選、D選項中的測算經濟和人口數據只能由GIS來完成。第(2)題，車載導航儀借助GPS獲得交通信息，實現精確定位，再通過電子地圖呈現出來，實現人機交互的功能；電子地圖也能顯示河流、湖泊等自然地理信息。(2017·湖北武漢四月調研)摩拜單車，一種基于移動App和智能硬件開發而興辦的無樁借還共享單車出行模式。使用摩拜單車智能手機軟件，用戶可以用自己的手機查看單車位置，繼而預約并找到所選單車。然后通過掃描車身上的二維碼開鎖即可騎行。摩拜單車不僅為城市居民的短途出行提供了便捷的共享單車服務，更倡導健康、低碳的生活方式。據此完成1～2題。1．在摩拜單車的約車、找車過程中，應用的地理信息技術有()A．RSGPS B．GISGPSC．RSGIS D．GISRS2．共享單車的推廣使用，其產生的影響主要有()①城市空氣質量有所改善②城區交通擁堵有所緩解③城市公交客流大大減少④城市交通規劃有所調整A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②④答案1.B2.D解析第1題，約車查詢是對數據的分析，需用到GIS，而單車位置定位需用到GPS，故選B。第2題，摩拜單車是新型環保出行，有利于城市空氣質量的改善，緩解交通擁堵，對城市交通規劃會有所影響，但單車出行多為短途，對公交客流不會造成大的影響，選D。下圖為“某地區地理信息系統數據庫示意圖”。讀圖回答3～4題。3．不適合用遙感(RS)技術獲取的圖層是()A．①B．②C．③D．④4．進行商業網點選址可以利用的圖層組合是()A．①②B．①④C．②③D．④⑤答案3.C4.B解析第3題，巖層深埋于地下，遙感不能準確獲取其信息，選C。第4題，商業網點選址需要考慮市場、交通，需要居民點探求市場，需用道路圖層推知交通，因此需要居民點、道路圖層信息，選B。(2017·河南洛陽期末)松茸是一種純天然的珍稀名貴食用菌類，被譽為“菌中之王”。西藏林芝松茸長得肥碩，味道鮮美，是松茸中的珍品(下圖)。2016年，林芝松茸通過電商平臺遠銷日本，全程冷鏈配送。據此回答5～6題。5．物流配送期間，對松茸物流過程實現全程查詢，所用的到的地理信息技術是()A．GPS B．RSC．GIS D．數字地球6．林芝松茸在日本的銷售價格可達1萬元/千克，其價格高的原因除產量少以外，還有()①生產成本高②生產規模大③品質好④運輸成本高A．①②B．②④C．①③D．③④答案5.C6.D解析第5題，GIS是地理信息系統，具備查詢、分析、存儲功能，可以查詢松茸運輸過程，C對。第6題，由材料“西藏林芝、松茸長得肥碩，味道鮮美，是松茸中的珍品”，說明林芝、松茸質量好，銷售到日本，距離遠，運輸費用高，故選D。(2017·天津西青區模擬)讀“我國地殼運動觀測網圖”，回答7～8題。7．對地殼運動進行精確觀測采用的主要技術是()A．遙感技術 B．全球定位系統C．地理信息系統 D．數字地球8．根據觀測站的分布特點判斷，建立地殼運動觀測網最主要的目的是()A．泥石流、滑坡的檢測和預報B．大地高程測量C．地震監測和預報D．為電離層研究、氣象預報提供數據答案7.B8.C解析圖中對地殼運動進行精確觀測的基準站、基本站與區域站在我國的分布范圍較廣，但又相對集中在我國地質不穩定的地區，顯然是通過對地殼運動的精確觀測，判斷各站點之間的距離位移，進行地震監測和預報。在未來的農業生產中，依托于地理信息技術，農民首先可定期獲得農田長勢的影像資料，再經過系統分析，最后把殺蟲劑、化肥施用到最需要的農田，從而減少污染、提高產量。依據圖文資料，完成9～10題。9．這一過程中，依次使用的技術是()A．GPS—RS—GIS B．RS—GPS—GISC．GIS—RS—GPS D．RS—GIS—GPS10．土地利用信息數據庫在“數字城市”規劃中不能用于()A．分析應急避難場所數量B．確定市區停車場的規模C．決策公交線路合理布局D．統計城市流動人口數量答案9.D10.D解析第9題，農民利用RS技術定期獲得農田長勢的影像資料；專門處理地理空間數據的計算機系統稱為地理信息系統，簡稱GIS，利用該系統對影像資料進行系統分析；利用衛星在全球范圍內實時進行導航、定位的系統為GPS，最后利用該系統把殺蟲劑、化肥施用到最需要的農田。第10題，土地利用信息數據庫是地理空間數據的一種，因此在“數字城市”規劃中不能用于統計城市流動人口的數量。(2017·襄陽模擬)人口熱力圖是根據測得的熱力值，用不同顏色的區塊疊加在地圖上實時描述人群分布、密度的統計圖形。下面兩圖分別為“我國某城市8時和20時的人口熱力圖”。據此完成11～12題。11．繪制人口熱力圖需要用到的地理信息技術是()A．GPS和RS B．GPS和GISC．RS和數字地球 D．RS和GIS12．根據人口熱力圖，可以()A．統計該市人口數量 B．分析城市人口遷移方向C．確定城市用地類型 D．預測城市人口增長率答案11.D12.C解析第11題，人口熱力需要利用遙感技術(RS)測量，而圖形最后的合成疊加則需要用到GIS技術。第12題，人口熱力圖反映了城市不同區域的人口密度分布情況，根據人口密度可以確定交通、商業區布局等用地類型及其合理性。但是不能統計人口數量、人口遷移方向以及預測城市人口增長率。13．“3S”技術之間密切相連，它們都為數字地球提供了技術支撐。讀圖完成下列問題。(1)圖中①②③④⑤⑥箭頭指向線分別表示“3S”技術的不同應用功能，其中表示“提供影像信息功能”的是__________和__________，表示“提供空間定位信息功能”的是__________和__________，表示“反饋影像信息處理結果”的是__________。(2)圖中各個圓的重疊部分分別代表RS、GPS、GIS不同組合的綜合應用，其中重疊部分乙代表GIS與RS技術的組合，丙代表________技術的組合。請分別寫出圖中所示的各個綜合應用的實例。(3)目前我國建設的北斗導航系統和各種地理信息系統都是我國“數字中國”建設的重要組成部分，說說“數字中國”對我國國土整治的意義。答案(1)①⑤(①和⑤可互換)④⑥(④和⑥可互換)②(2)GIS與GPS甲：RS獲取礦床露頭信息，GIS分析礦產種類，GPS確定礦床露頭位置。乙：RS獲取水災淹沒區的動態信息，GIS分析水災損失。丙：裝載GPS接收機的運鈔車發送位置信息到監測中心，GIS監測運鈔車是否偏離預定線路。?。篟S獲取森林火場遙感信息，并可判斷火勢蔓延方向，GPS獲取火場精確位置，引導消防隊員及時、準確到達滅火地點。(答案合理即可)(3)促進土地資源的調查，建立國土資源信息庫；