地理信息技术在区域地理环境研究中的应用知识讲解.docx
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地理信息技术在区域地理环境研究中的应用知识讲解
地理信息技术在区域地理环境研究中的应用
考点解读
1.遥感(RS)在资源普查、环境和灾害监测中的应用。
2.全球定位系统(GPS)在定位导航中的应用。
3.地理信息系统(GIS)在城市管理中的功能。
4.数字地球的含义。
知识清单
1.遥感
(1)概念:
是人们在________(如飞机、高空气球)或________(如人造卫星)上利用一定的________装备,对地表物体进行________的感知,简称________。
(2)关键装置:
________。
(3)主要环节:
目标物→________→遥感地面系统→________。
(4)应用:
包括________调查、环境监测、________防御监测等领域。
2.全球定位系统
(1)概念:
利用________,在全球范围内实时进行________、定位的系统,简称________。
(2)组成
空间部分——________;地面控制部分——_______;用户设备部分——________。
(3)特点:
能为各类用户提供精密的________、速度和________,并具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、________、全天候、________和实时性的特点。
(4)应用:
包括区域地理环境研究、GPS________导航等。
3.地理信息系统
(1)概念:
专门处理地理________的计算机系统,简称________。
(2)工作流程:
信息源→________→数据库→________→表达。
(3)应用
①在区域地理环境研究中的应用
A.通过对有关信息进行分析、加工,建立能反映区域内各种因素的相互关系,揭示区域________、特征和发展规律的模型。
B.对区域内自然资源和自然条件、区位和交通条件、人口和劳动力条件,以及经济和社会条件进行更精确的________、评价。
C.可以对环境和自然灾害进行________监测及________预测。
②在城市管理中的应用
可对城市多方面的信息进行查询、________、补充和________等工作,从而为城市管理提供方便。
参考答案:
1.
(1)航空器航天器技术远距离RS
(2)传感器
(3)传感器专业图件统计数字
(4)资源自然灾害
2.
(1)卫星导航GPS
(2)GPS卫星星座地面监控系统GPS信号接收机
(3)三维坐标时间全球性连续性
(4)定位
3.
(1)空间数据GIS
(2)数据处理空间分析
(3)①A.结构B.分析C.动态评估②修改距离测算
要点精析
要点一:
遥感
(1)概念:
人们利用一定的技术装备和系统,在航空器或航天器上,对遥远的地物进行感知(对被测目标的电磁波特征进行测量、记录与分析)。
是人的视力的延伸。
(2)系统构成:
①遥感平台(承载传感器的—气球、飞机、卫星等)
——据此可分为:
近地面遥感、航空遥感、航天遥感
②关键——传感器(各种光学仪器和电子仪器等)
③遥感信息的接收和处理工具---如地面接收站、专业制图输出设备
电磁波包括紫外线、可见光、红外线、微波等。
地球表面上的任何物体,如大气、土地、水体、植被和建筑物等,都具有吸收、反射或辐射电磁波的特性。
不同物体的电磁波特性是不同的。
遥感正是通过探测各种地物反射或辐射的不同电磁波,从而对地物进行识别和分类,这就是遥感的基本工作原理。
如下图所示:
(3)遥感的特点:
探测范围大,获得资料速度快,周期短,受地面限制少,适应性强。
【典型例题】
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。
读图回答(双选)
(1)图中,重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是()
A.红外线 B.X光 C.可见光 D.紫外线
(2)根据图的原理,可用遥感技术直接()
A.划分植物类型
B.判读植物生长的土壤类型
C.监测树木的生长状况
D.估计粮食作物的产量
解析:
(1)直接从图中找出健康植物与重度病害植物反射波率曲线的交点,向横坐标作垂线,可以看出重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段大致是0.60微米~0.80微米,结合下面的光谱波段图,很容易确定AC两项。
(2)具体考查遥感技术对植物生长状况的监测功能,图中反映的是植物的健康状况,可通过遥感技术来判断。
粮食作物的产量高低也与作物的健康状况有关。
答案:
(1)AC
(2)CD
(4)应用
①在农业方面:
利用遥感技术可以识别各类农作物,计算其种植面积,并根据作物生长情况估计产量。
例如,美国利用卫星遥感资料对世界小麦产量进行估算,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,可以实时监测。
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。
火灾是林业的大敌。
利用航空红外遥感技术,不仅能发现已燃烧起来的烈火,而且可以探测到面积小于0.1~0.3平方米小火情,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,一次就可探测到上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得普遍应用。
②地质、矿产方面的应用
遥感技术为地质研究和勘查提供了先进的手段,可为矿产资源调查提供重要依据与线索,为高寒、荒漠和热带雨林地区的地质工作提供有价值的资料。
特别是卫星遥感,为大区域甚至全球范围的地质研究创造了有利的条件。
在地质构造方面,由于遥感图像具有广阔的视域和逼真的影像,能真实地反映各种地质现象间的关系,因此,利用遥感图像进行地质构造分析,常能发现地面常规工作不能发现的地质构造,尤其是对于第四纪松散沉积物覆盖下的一些隐伏构造,反映得相当清晰。
遥感技术在矿产资源调查方面的应用:
例如,通过对吉林省陆地卫星图像的分析,曾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,遥感技术主要用于大型堤坝、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,由于从遥感资料的分析中发现过去资料中没有反映的隐伏地质构造,通过改变厂址与选择合理的铁路线路,在确保工程质量与安全方面起了重要作用。
在水文地质勘测中,则利用各种类型遥感资料,查明区域水文地质条件和富水地貌部位,识别含水层及判断充水断层。
例如,美国在夏威夷群岛,用红外遥感方法发现200多处地下水出露点,解决了该岛所需淡水的水源问题。
此外,利用遥感技术可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
遥感技术既可观测水体本身的特征和变化,又能对其周围的自然地理条件及人类活动的影响提供全面的信息。
利用遥感技术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是十分有效的。
在青藏高原地区,经对遥感图像判读分析,不仅对已有湖泊的面积、形状修正得更加准确,而且还新发现了500多个湖泊。
我国利用陆地卫星资料分析计算地表水资源的研究工作已先后在山西、浙江、内蒙古等地取得了进展。
在水文情报方面,卫星遥感技术能提供长期的动态情报,帮助预报旱情、融雪径流和暴雨洪水,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。
④海洋学研究中的应用
遥感技术已被成功地应用于海面温度、盐度、海冰、波浪和潮汐等海洋学各要素的监测,以及海岸带地质地貌调查、海涂资源调查、海岸线长度测算、海岸动态变化监测、河流与海洋相互作用研究、海岸带资源开发研究等方面。
此外,利用遥感技术对海洋进行大面积的实时探查,为预报和侦察鱼群提供了巨大的可能性。
⑤环境监测方面的应用
目前,环境污染已成为一些国家的突出问题。
利用遥感技术可以快速、大面积地监测水污染、大气污染和土地污染以及各种污染导致的破坏和影响。
20世纪80年代,我国就利用航空遥感进行了多次环境监测的应用试验,对沈阳、长春、大连、太原、青岛、天津等城市的环境质量和污染程度,进行本底分析和评价,包括城市热岛、烟雾扩散、水源污染、绿色植物覆盖指数以及交通量等的监测,都取得了重要成果。
在海洋环保执法管理中,遥感技术是一项非常有用的手段。
另外-监测生态破坏---如水土流失、荒漠化。
■
【典型例题】
结合图文材料,回答下题。
图12019年卫星拍摄的京津地区夜景照片,从中可以看到所示城区的()
A.空间形态、道路格局 B.耗能状况、商业区分布
C.空间结构、经济水平 D.人口密度、功能区分布
解析:
本题主要是考查地理信息技术的应用。
卫星拍摄的图片即遥感图片,是根据不同地物反射或辐射电磁波的不同将其区分开来。
反映的主要是地理事物空间分布的信息。
答案:
A
要点二:
地理信息系统
(1)概念:
指专门处理地理空间数据的计算机系统。
是地图的延伸。
(2)系统构成:
系统硬件(计算机、数字化仪、扫描仪、绘图仪等)
系统软件(各种应用程序如MapinfoArcGIS国产的Supermap)
其他如应用人员、应用模型、各种数据等
(3)GIS功能及应用:
功能:
数据采集(输入)与编辑、地理数据库管理、空间分析、表达(如制图)
可解决四大类问题:
空间分布及位置分析、趋势分析、模式分析、模拟结果。
应用:
是地图的延伸。
凡是应用地图或需要处理空间数据的领域,都可用。
目前,该技术广泛应用于资源清查、城乡规划、灾害监测、环境管理、市场分析等。
■
【典型例题】
甲图为一幅具有林木、河流和住房的景观图,乙图是根据甲图而建立的空间数据模型。
结合所学知识,回答问题。
(1)乙图中的r表示()。
A.林木B.河流C.房屋D.农田
(2)图中区域的林木覆盖率约为()。
A.30%B.22%C.10%D.5%
(3)由此比较地图与地理信息系统对地物的表示有何差异?
解析:
(1)从图中河流的位置可看出r表示河流。
(2)图中网格共有100格,表示林木的s共有10格,故林木覆盖率为10%。
(3)该题的命题目的是知道地理信息系统是如何建立的,如何将地面地理信息转变为地理信息系统中的数据。
从题中可以看出地理信息系统简要的工作程序,是将区域内地物的有关信息(林木、河流和住房)转变为计算机可以识别的数据结构,建立起区域地物信息数据模型和空间模型。
首先建立区域的栅格结构图,根据区域大小,将乙图空间按规则分成一个个小块。
地物所在位置用它们所占据的栅格的行、列号来定义,地物属性通过赋予栅格属性值来表示,如林木用s表示,河流用r表示,住房用h表示。
这样,地图就转变成了空间数据,将其储入计算机,就可建立这个区域的地理信息系统数据库。
从中可以看出地理信息技术与地图在许多方面有相同之处,也有不同的地方。
答案:
(1)B
(2)C(3)①储存信息的形式不同。
地理信息系统通过建立数据模型,以数据库的形式储存地理空间数据,而地图以图纸的形式保存地理信息。
②查询的方式不同。
地理信息系统通过计算机进行查询和数据更新,而地图则通过肉眼进行判读,获得地理信息。
地理信息系统获取的信息更有针对性,速度也更快。
③地理信息系统可以将不同来源、不同比例尺、不同投影的地图数据进行综合,并进行空间分析,而地图有许多方面做不到。
要点三:
区分地图与地理信息系统的技巧
主要从概念和特征上加以区分。
地图是用符号系统表达区域内各种自然和社会经济现象的分布、联系以及变化等内容的图形。
地理信息系统是专门处理地理空间数据的计算机系统。
二者的根本区别是GIS借助计算机系统的支持,能快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和动态分析。
从特征上看,地图在构图上借助数学法则,表达上运用地图符号,最后经过制图综合,成果是地图。
地理信息系统的特征有三条:
一是具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息的能力;二是通过分析预测能产生高层次的地理信息;三是由计算机系统支持进行空间地理数据管理,并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法,作用于空间数据,产生有用信息,完成人类难以完成的任务。
【典型例题】
GIS中,不同类型的地理空间信息储存在不同的图层上。
叠加不同的图层可以分析不同要素间的相互关系。
回答问题。
对1985年与2019年城市土地利用图层进行分析,能够( )
A.计算交通流量的变化 B.预测洪涝灾害的发生
C.了解城市地域结构变化 D.预测城市降水变化趋势
解析:
RS、GIS、GPS即遥感技术、地理信息技术和全球定位系统,常被称为3S,在现代地理学中得到了广泛应用,而GIS是地图的延伸,凡是用到地图或需要处理空间数据的领域,都可以借用。
土地利用图层的变化,只能了解土地利用和城市地域结构的变化,无法完成A、B、D三项的认知。
答案:
C
要点四:
GPS
(1)概念:
利用卫星,在全球范围内适时进行导航、定位的系统。
获得地面某点的经纬度和高程。
GPS是卫星导航定位系统的一种。
注:
当前全球有四大卫星定位系统:
美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的“格罗纳斯”系统、欧洲的“伽利略”系统、中国的北斗卫星系统。
GPS全球定位系统简介
是美国国防部于1973年11月授权开始研制的海陆空三军共用的美国第二代卫星导航系统,耗资近200亿美元,1994年建成。
是美国继阿波罗登月飞船和航天飞机之后的第三大工程。
它通过接收美国发射的24颗卫星中任意3颗以上卫星所发射的导航信号,可以在任何地点、任何时候准确地测量到目标瞬时的位置,确切地说是目标的经纬度、高度、速度等位置信息。
(2)全球定位系统的系统组成:
空间部分、地面监控系统、用户设备部分。
空间部分:
是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗),轨道倾角为55°。
此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图像。
这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
GPS的基本定位原理是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置,三维方向以及运动速度和时间信息。
工作过程
GPS为导航服务
GPS的特点:
全能性、全球性、全天候、高精度、自动测量、连续性、实时性。
功能——提供三维坐标、速度、时间
应用:
农业、林业、水利、交通、测绘、军事、通讯、城市等。
【典型例题】
例题1
2019年12月12日南水北调中线工程正式通水,通水现场施放“大黄鸭”测量水速。
“大黄鸭”携带的测速设备运用的地理信息技术是()
A.全球定位系统(GPS)
B.遥感技术(RS)
C.地理信息系统(GIS)
D.数字地球(DE)
解析:
全球定位系统(GPS)具有定位、导航、测速功能,A对;遥感技术(RS)主要功能是拍摄遥感图片,获取信息,不能测速,B错;地理信息系统(GIS)主要功能是分析、处理数据,不能测速,C错;数字地球(DE)是将获取的各种信息进行数字化处理,实现网络上的流通共享,D错。
答案:
A
例题2阅读以下三则材料,分析并回答以下问题。
材料一浓雾协助英法联军创造了“九日奇迹”。
1940年5月24日,德军以“闪电战”攻破马其诺防线,把10万英法联军包围在法国的敦刻尔克海滩上。
这时德军离港口仅10英里。
但在5月24日中午,希特勒却下令部队停止前进。
直到5月26日下午才取消命令又继续前进。
利用这两天时间,联军在沙滩上布置好环形防线,掩护撤退。
5月26日晚到6月4日上午,撤退共进行了9天。
在这9天中,德军不仅从地面进攻。
同时还飞临多佛尔海峡上空进行轰炸。
这时天气站到了联军这一边,从26日到31日都是大雾天气,浓厚的云雾笼罩在海峡上空,加上油库燃烧形成的黑烟,使德军战斗机找不到轰炸目标。
到4日上午,联军共撤出34.6万人,他们就是后来诺曼底登陆时作战的主力。
有人说是浓雾创造了奇迹,因为这不是一次普通的撤退,撤出的是整个英国的未来!
材料二据有关报道,第二次海湾战争中,伊拉克军方点燃巴格达周围浇灌石油的战壕来阻碍美军军事行动,但美军专家指出烟雾对美军使用的卫星制导导弹没有任何影响。
材料三在第二次海湾战争中,许多美国飞行员在被击落后能得以生还,人们常常惊羡于美国人的神奇。
(1)材料一和材料二中同样是烟雾,为什么能阻滞德军的袭击,而不能对美国的轰炸产生影响?
(2)在材料三中美军是如何确定飞行员的位置并进行组织救援的?
解析:
此题是一道案例分析题,题目中结合两次战争的实例,说明地理信息技术在现实(战争)中的应用。
同样是烟雾,但对战争的过程和效果却产生了不同的影响。
材料一所反映的二战中德军飞行作战时,主要靠人的肉眼观察,因此大雾笼罩,使德军失去了战斗力;材料二反映的第二次海湾战争中,虽然也有烟雾,但美军使用的是全球卫星定位系统,不受天气干扰;美国飞行员被击落后,还能生还,主要是因为被击落以后,能使用GPS来确定自己的位置。
答案:
(1)二战时的德军飞行员依靠的是人眼的视力来发现目标,一旦有低层云雾出现,人会看不清地面的物体。
而第二次海湾战争中,因为美军采用了全球定位系统,能提供精密的三维坐标、速度和时间,并且具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的特点,所以不受烟雾的影响。
(2)美国人用的是GPS技术。
手持型GPS接收机在军事领域的应用历史可以追溯到第一次海湾战争,当时的美国士兵中已有相当一部分配带有手持型GPS接收机,因为当时多国部队对跨国界、跨地区作战的地理环境相当陌生,仅依靠地图的作用是有限的,正是因为有了手持型GPS的帮助,才使许多美国士兵得以生还。
要点五:
RS、GIS和GPS的比较
遥感技术(RS)
地理信息系统(GIS)
全球定位系统(GPS)
概念
在航空器或航天器上利用一定的技术装备,对地物进行感知
专门处理地理空间数据的计算机系统
利用卫星,在全球范围内实时进行导航、定位的系统
技术
装备
遥感平台、传感器、遥感信息的传输与处理系统
计算机软、硬件
GPS卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面控制部分)、GPS信号接收机(用户设备部分)
技术
环节
(工作
流程)
物体辐射和反射电磁波一收集一传输一信息处理、信息分析一专业图件、统计数字
信息源一数据处理一数据库一空间分析一表达
——
特征
范围大、速度快、周期短、限制少、应用广
——
全能性、全球性、全天候、连续性、实时性
应用
广泛应用于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育和能源等几乎所有的行业
三S综合应用例-农业:
“精准农业耕作”
利用GPS进行农田信息定位获取,
用RS技术监测如产量、土样等,
用GIS决策如何管理,
再用装有GPS的喷施器给农田地块施肥喷药。
【典型例题】
下图示意新一代信息技术支撑下的智慧城市。
读图回答1~2题。
1.地理信息系统为智慧城市建设提供()
A.分析、管理空间信息B.跟踪动态定位信息
C.整合、集成网络信息D.获取实时通讯信息
2.智慧城市建设对城市发展最重要的作用是()
A.调整地域结构B.加速人口集聚C.扩大空间规模D.提升服务功能
解析:
第1题,本题考查地理信息技术的应用。
地理信息系统(GIS)在城市管理中的功能(用于城市的信息管理与服务、交通道路管理、环境管理以及城市规划、防灾减灾等)。
所以地理信息系统为智慧城市建设提供分析、管理空间信息。
所以本题选A。
第2题,本题考查地理图表的判读能力。
根据图示智慧城市包括智慧交通、智慧政务、智慧社区等,城市管理借助于地理信息技术,可以使城市发展合理化,城市最主要的功能为服务功能,所以智慧城市的发展对城市发展最重要的是提升服务功能。
所以本题选D。
答案:
1.A2.D
要点六:
数字地球
(1)概念:
数字化的地球——把整个地球数字化后,由计算机网络来管理的技术系统。
(2)核心思想
用数字化的手段整体性解决与空间位置有关的问题,为复杂的生产和研究活动提供实验条件和试验基地,最大限度地利用信息资源。
(3)系统构成:
基础:
全球网络、分布式存储、高速网络技术、大容量数据存储技术。
信息源:
遥感(高分辨卫星图像)
其他:
空间信息技术与空间数据基础设施——GPS、GIS;可视化和虚拟现实技术---最大特征;高性能计算机。
(4)功能与应用:
①功能——比GIS更高,再现、模拟、预测等
②应用:
数字化空间实验室、决策、生活。
■
【典型例题】
读材料,回答下列问题。
数字虚拟生活
当她戴上头盔时,就看到地球出现在太空中。
然后通过某个工具,对所看到的影像进行放大。
随着分辨率的不断提高,她看见了大陆,然后是乡村、城市,最后是具体的房屋、树木以及其他天然或人造的景观。
她不受限制地穿越空间和时间。
在以虚拟的方式去巴黎卢浮宫参观后,又通过对时间的反向推移,借助新闻短片、报纸等主要的原始资料学习法国的历史。
她向自己的电子信箱发送一些有用的信息,留待将来使用。
在这里,时间序列可以从现在延伸到遥远的过去,甚至延伸到恐龙时代。
(1)材料中提到了“数字地球”在未来日常生活中的应用,其应用领域主要有哪些?
(2)数字地球除了在日常生活中的应用外,还在可持续发展研究和政府决策中发挥作用,试分别举例说明。
解析:
数字地球的应用前景主要有三大领域:
可持续发展、政府决策、百姓生活。
可持续发展方面主要是体现在快速便捷地获取大容量信息和模拟实验;政府决策如工程管理和城市管理;日常生活中,数字地球的作用主要是通过网络实现。
答案:
(1)网上旅游、远程教育
(2)可持续发展:
模拟未来20年森林面积的变化,研究全球生态环境趋势。
政府决策:
通过GIS分析犯罪模式和犯罪频率,合理分配警力资源。
思维拓展
读以下图文资料,回答问题。
地理信息系统(GIS)与一般信息系统的主要差别是,GIS所采集的信息是按地理空间分布特征来反映地理实体结构及其动态变化规律的。
如2019年我国已应用GIS对各地区各时段“非典型性肺炎”临床诊断病例、疑似病例等指标分类汇总,在地图上进行“地点”“状况”的位置标定,每日发布各地疫情通报,供有关部门查询分析,制定相应的防治策略。
据此回答
(1)~(3)题。
(1)根据我国部分省区“非典型性肺炎”累计临床诊断病例通报表中的数据(截至2019年5月22日10时),在我国部分省区图的图例框内,设计区分各病例数值段的图例符号,并在图上山西、湖南两省范围内画出相应的图例符号。
省区
累计病例(例)
北京
2456
天津
175
河北
227
山西
447
河南
15
陕西
12
重庆
3
湖南
6
(2)下列课题中,主要是应用GIS进行研究的有()
A.近50年来,世界粮食总量与人均产量变化趋势分析
B.近10年来,上海市区人口分布变化特征与城市建设相关性分析
C.浙江省西部地区土地利用状况与农业结构变化特征分析
D.上海市浦东新区内环线内主要道路交叉点交通流量状况通报及优化公交线网、站点分布的方案设计
(3)试设计一项应用GIS的课题研究项目:
________。
解析:
第
(1)题,先确定图例,然后依据图例,在地图上
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