第一節(jié)　3S技術(shù)的集成及其應(yīng)用

李揚(yáng)地理頻道，不用注冊，不用掛點(diǎn)，直接下載資料，我們努力為您服務(wù)第一節(jié)3S技術(shù)的集成和應(yīng)用從容說課本節(jié)內(nèi)容主要關(guān)于RS、GPS、GIS的工作原理和具體應(yīng)用的介紹。在教學(xué)中教師要應(yīng)用教材達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)的要求：首先結(jié)合實(shí)例，了解遙感（RS）在資源普查、環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用。這是本節(jié)的重點(diǎn)，也是教學(xué)的難點(diǎn)。因此，對于遙感的工作原理主要定位到工作過程，重點(diǎn)應(yīng)放在遙感的應(yīng)用，尤其突出遙感在資源普查、環(huán)境和災(zāi)害評估等方面的巨大作用，適度介紹遙感圖像的分類知識(shí)。舉例說出全球定位系統(tǒng)（GPS）在定位導(dǎo)航中的應(yīng)用也是重點(diǎn)和難點(diǎn)，教學(xué)中僅需給出概念和基本工作過程，重點(diǎn)放在結(jié)合某具體實(shí)例進(jìn)行理解和掌握，例如汽車導(dǎo)航儀。運(yùn)用有關(guān)資料，了解地理信息系統(tǒng)（GIS）在城市管理中的功能也是重點(diǎn)和難點(diǎn)。GIS應(yīng)用廣泛，結(jié)合某實(shí)例進(jìn)行理解即可。數(shù)字地球是一個(gè)全新的信息概念，學(xué)生理解有一定困難。它與人們的生活和生產(chǎn)關(guān)系日益密切，所以也是重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此，本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)與難點(diǎn)是RS、GPS和GIS等技術(shù)在資源、環(huán)境、人口、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的具體應(yīng)用。教學(xué)過程中應(yīng)注意創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，開發(fā)資源，選擇合適的實(shí)例來解釋說明。本節(jié)內(nèi)容共3課時(shí)。教學(xué)重點(diǎn)1.了解RS的工作過程以及在資源普查、環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用。2.舉例說出全球定位系統(tǒng)（GPS）在定位導(dǎo)航中的應(yīng)用。3.運(yùn)用有關(guān)資料，了解地理信息系統(tǒng)（GIS）在城市管理中的功能。4.理解數(shù)字地球的含義。教學(xué)難點(diǎn)1.了解RS的工作過程以及在資源普查、環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用。2.舉例說出全球定位系統(tǒng)（GPS）在定位導(dǎo)航中的應(yīng)用。3.運(yùn)用有關(guān)資料，了解地理信息系統(tǒng)（GIS）在城市管理中的功能。4.理解數(shù)字地球的含義。教具準(zhǔn)備1.多媒體課件2.遙感圖像3.電子地圖課時(shí)安排共3課時(shí)第一課時(shí)遙感技術(shù)與應(yīng)用第二課時(shí)全球定位系統(tǒng)與應(yīng)用第三課時(shí)地理信息系統(tǒng)與應(yīng)用三維目標(biāo)一、知識(shí)與技能1.認(rèn)識(shí)地理信息技術(shù)的基本含義、主要內(nèi)容以及每種技術(shù)的主要功能和應(yīng)用領(lǐng)域，從而認(rèn)識(shí)地理信息技術(shù)的意義。2.培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用地理信息技術(shù)獲取地理信息的地理信息素養(yǎng)。二、過程與方法1.培養(yǎng)學(xué)生用地理科學(xué)思維去解決相關(guān)地理問題的意識(shí)和能力。2.通過具體的實(shí)踐性學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)掌握與地理信息技術(shù)相關(guān)的學(xué)習(xí)方法。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1.培養(yǎng)對地理學(xué)科的信心。2.在合作探究中培養(yǎng)合作精神、科學(xué)精神與科學(xué)態(tài)度。教學(xué)過程第一課時(shí)課前準(zhǔn)備請上網(wǎng)搜集有關(guān)遙感的信息，獲取一些遙感的圖片，進(jìn)行交流。導(dǎo)入新課在區(qū)域的研究中不僅有定性的研究方法，還有定量的研究方法，其中地理信息技術(shù)在區(qū)域發(fā)展的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。下面先請同學(xué)看一段錄像98抗洪。（播放錄像：98抗洪）師（創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)探究）在剛才的錄像中我們看到了洪水給長江中下游地區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來了非常大的危害，了解災(zāi)情的范圍和危害程度是救援災(zāi)后重建的重要依據(jù)。那么大家是否知道用什么方法可以比較詳細(xì)迅速的了解洪水影響的范圍與程度呢？這就是遙感技術(shù)。下面我們共同探究遙感技術(shù)的作用與原理。師請同學(xué)們閱讀課本1998年洞庭湖和荊江地區(qū)飛機(jī)遙感圖像，觀察并思考這些圖像在抗洪中發(fā)揮了什么作用？遙感的基本工作過程是什么？推進(jìn)新課板書：一、遙感技術(shù)（一）概念與工作過程生（學(xué)生回答）略。師遙感概念中的關(guān)鍵詞是“遠(yuǎn)距離”，即不直接接觸地面物體，其次是感知，用一定的裝備和技術(shù)獲得地物的信息。不同的地面物體，性狀不同，反射和輻射的電磁波也不同，這是遙感信息能夠判讀的基本工作原理。具體而言，遙感是指應(yīng)用探測儀器，不與探測目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)物的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出目標(biāo)物的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。根據(jù)遙感的定義，遙感系統(tǒng)包括：被測目標(biāo)物的信息特征、信息的獲取、信息的傳輸與記錄、信息的處理和信息的應(yīng)用五大部分。請同學(xué)們讀課本圖1.4，簡要描述一下遙感的主要過程。生目標(biāo)物能輻射和反射電磁波。這種電磁波被傳感器探測到后傳輸?shù)降孛娼邮障到y(tǒng)。地面通過電腦軟硬件設(shè)備和有經(jīng)驗(yàn)科學(xué)工作者的處理得到遙感圖像和統(tǒng)計(jì)數(shù)字。師這就是遙感的工作過程，課本就是通過遙感過程獲得長江部分地區(qū)遙感圖像。遙感的作用是廣泛的，利用不同時(shí)間兩組遙感圖片（課本圖1.5和圖1.6）可以清楚的顯示出洪水的淹沒區(qū)，為救災(zāi)提供了重要的參考依據(jù)。如果結(jié)合實(shí)地的調(diào)查分析還能計(jì)算出各地?fù)p失情況，為災(zāi)后重建提供幫助。因此，遙感對區(qū)域的研究最重要的就是能夠?qū)Ρ确治霾煌瑫r(shí)期地表物體的變化信息。遙感（RemoteSensing）技術(shù)是20世紀(jì)60年代蓬勃發(fā)展起來的一門新興的相對年輕的對地觀測綜合性探測技術(shù)，它是在航空攝影的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。近幾十年來，隨著空間技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙感技術(shù)已成為一種先進(jìn)、實(shí)用的綜合探測手段，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、地理、海洋、水文、氣象、環(huán)境監(jiān)測、地球資源勘探及軍事偵察等各個(gè)領(lǐng)域。遙感對區(qū)域地理的研究起著非常重要的作用，請大家對比傳統(tǒng)區(qū)域研究方法與利用遙感進(jìn)行區(qū)域研究方法的不同點(diǎn)。生略。（學(xué)生回答后教師講解）師傳統(tǒng)區(qū)域研究與遙感進(jìn)行區(qū)域研究的不同點(diǎn)主要是遙感能夠定量化、動(dòng)態(tài)化和模式化。接下來我們了解一下遙感在各方面的廣泛應(yīng)用。板書：（二）典型應(yīng)用【知識(shí)拓展】師請閱讀課本P10中“遙感在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用”和下面材料歸納遙感的應(yīng)用。遙感技術(shù)已廣泛滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域1.農(nóng)、林業(yè)方面的應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面，利用遙感技術(shù)可以識(shí)別各類農(nóng)作物，計(jì)算種植面積，并根據(jù)作物生長情況估計(jì)產(chǎn)量。美國的世界小麥估產(chǎn)精度達(dá)90%。這種大面積的估產(chǎn)對于國際貿(mào)易、儲(chǔ)運(yùn)、加工等都有重要意義。在作物生長過程中，可以利用遙感技術(shù)分析其長勢，及時(shí)進(jìn)行灌溉、施肥和收割等，當(dāng)農(nóng)作物受災(zāi)時(shí)，可以及時(shí)預(yù)報(bào)。在林業(yè)方面，利用遙感技術(shù)可以清查森林資源、監(jiān)測森林火災(zāi)和病蟲害。我國云南騰沖地區(qū)的航空遙感試驗(yàn)，估算出該地區(qū)的森林面積和蓄積量?；馂?zāi)是林業(yè)的大敵，世界各地每年發(fā)生森林火災(zāi)多達(dá)20萬起。利用航空紅外遙感技術(shù)，不僅能預(yù)報(bào)已經(jīng)燃燒起來的烈火，而且可以探測到面積小于0.10.3平方米的小火情，還能及時(shí)預(yù)報(bào)由于自燃尚未起火的隱伏火情。利用衛(wèi)星遙感，一次就可探測到數(shù)千平方千米范圍內(nèi)所發(fā)生的林火現(xiàn)象。遙感技術(shù)在我國撲滅大興安嶺特大林火中起了很大的作用。遙感技術(shù)在土地資源和土壤調(diào)查中也獲廣泛應(yīng)用。如伊朗通過分析衛(wèi)星圖像，找到了3%的可耕地。2.地質(zhì)、礦產(chǎn)方面的應(yīng)用為地質(zhì)研究和勘查工作提供先進(jìn)手段，可先分析研究遙感資料，再選擇重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行野外觀測與驗(yàn)證。完全不同于常規(guī)的地質(zhì)勘查工作（從點(diǎn)、線觀測著手，匯集大量資料，再描述一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)特征，最后進(jìn)行分析研究）。在地質(zhì)構(gòu)造研究方面，遙感圖像視域廣，影像逼真，能真實(shí)反映各種地質(zhì)現(xiàn)象間的關(guān)系。能發(fā)現(xiàn)地面常規(guī)工作不能發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，尤其是第四紀(jì)松散深沉積物覆蓋下的一些隱伏構(gòu)造。在礦產(chǎn)資源調(diào)查方面，可提出礦產(chǎn)普查勘探的方向。例如通過對吉林省陸地衛(wèi)星圖像的分析，發(fā)現(xiàn)銅礦的分布與線性構(gòu)造密切相關(guān)，對開發(fā)這個(gè)地區(qū)的銅礦有重要意義。在工程地質(zhì)勘測中，主要用于大型堤壩、廠礦及其他建筑工程的選址和道路選線，以及由地震、暴雨等造成的災(zāi)害性地質(zhì)過程的預(yù)測等方面。例如，山西大同某電廠選址、京山鐵路改線設(shè)計(jì)等，從遙感資料中發(fā)現(xiàn)了過去資料中沒有反映的隱伏地質(zhì)構(gòu)造，及時(shí)改變了廠址和路線，確保了工程質(zhì)量與安全。在水文地質(zhì)勘測中，可利用各種類型的遙感資料，查明區(qū)域的水文地質(zhì)條件，富水地貌部位，識(shí)別含水層及判斷充水?dāng)鄬?。如美國在夏威夷群島，用紅外遙感的方法發(fā)現(xiàn)了200多處地下水出露點(diǎn)，解決了該島所需淡水的水源問題。利用遙感技術(shù)還可以進(jìn)行火山活動(dòng)的監(jiān)測、地震活動(dòng)的調(diào)查，沙丘移動(dòng)的研究等。3.水文學(xué)和水資源研究方面的應(yīng)用水資源調(diào)查、水文情報(bào)預(yù)報(bào)、區(qū)域水文研究等。不僅能確定地表江河、湖沼和冰雪的分布、面積、水量和水質(zhì)，而且對勘測地下水資源也十分有效。例如，在青藏高原地區(qū)，經(jīng)過對遙感圖像的判讀分析，不僅修正了已有湖泊的面積、形狀，而且還新發(fā)現(xiàn)了500多個(gè)湖泊。水文情報(bào)的關(guān)鍵就在于能否及時(shí)獲得各有關(guān)水文要素的動(dòng)態(tài)信息。國外已利用遙感技術(shù)于旱情預(yù)報(bào)、融雪徑流預(yù)報(bào)和暴雨洪水預(yù)報(bào)等方面。遙感技術(shù)還可以準(zhǔn)確確定水流區(qū)及其變化，監(jiān)測洪水動(dòng)向，調(diào)查洪水泛濫范圍以及受澇面積和受災(zāi)程度等。在區(qū)域水文研究方面，已廣泛利用遙感圖像繪制流域下墊面分類土，已確定流域的各種形狀參數(shù)、自然地理參數(shù)和洪水預(yù)報(bào)模型參數(shù)等。4.海洋學(xué)研究中的應(yīng)用海洋占地球表面積的71%，至今仍有1/3的洋區(qū)在相當(dāng)大的程度上是未知區(qū)。遙感技術(shù)已成功應(yīng)用于海面溫度、鹽度、海冰、海流、波浪和潮汐等海洋學(xué)各要素的測量，以及海岸帶地質(zhì)地貌調(diào)查、海涂資源調(diào)查、海岸線長度量算、海岸動(dòng)態(tài)變化探測、河流與海洋相互作用研究、海岸帶資源開發(fā)研究等。遙感技術(shù)對海洋大面積的實(shí)時(shí)探查，為預(yù)報(bào)和偵察魚群提供了巨大的可能性。美國加利福尼亞漁業(yè)公司利用遙感信息，直接發(fā)現(xiàn)和監(jiān)視海洋魚群的洄游路線，用于指導(dǎo)漁業(yè)生產(chǎn)。5.環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用利用遙感技術(shù)可以快速、大面積監(jiān)測水污染、大氣污染和土地污染以及各種污染導(dǎo)致的破壞和影響。在監(jiān)測城市熱島、煙霧擴(kuò)散、水源污染、綠色植物覆蓋指數(shù)、交通量等活動(dòng)中，起到了重要作用。國家海洋局在監(jiān)測渤海灣海面石油污染時(shí)，發(fā)現(xiàn)某國商船在大沽錨地違章排污，及時(shí)作了處理，在國內(nèi)外產(chǎn)生了較大影響。（讓一個(gè)學(xué)生回答，其他同學(xué)補(bǔ)充，然后教師小結(jié)。）課堂小結(jié)今天我們學(xué)習(xí)了遙感這一新興探測手段在區(qū)域地理環(huán)境研究中的應(yīng)用，它已廣泛滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。接受它，使用它，研究它，它就會(huì)成為人類的好幫手。第二課時(shí)課前準(zhǔn)備有條件的同學(xué)可以準(zhǔn)備GPS，同時(shí)搜集相關(guān)GPS的各種信息，到課堂上交流。師（創(chuàng)設(shè)情境，出示漫畫）大家從漫畫中看到了什么？你能解釋這一現(xiàn)象嗎？（先請對GPS有了解的同學(xué)作簡要介紹。）生（學(xué)生討論后回答）略。推進(jìn)新課師在車載IT設(shè)備中最受駕車人關(guān)注的是GPS。那么全球定位系統(tǒng)到底是什么？它有什么用途呢？板書：二、全球定位系統(tǒng)（一）概念與工作過程師GPS技術(shù)是利用多衛(wèi)星系統(tǒng)對地面某一固定點(diǎn)進(jìn)行地理坐標(biāo)位置精確測定的技術(shù)系統(tǒng)。GPS系統(tǒng)主要有三大組成部分，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分。GPS的空間星座部分由24顆均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)的衛(wèi)星組成；GPS的地面監(jiān)控部分負(fù)責(zé)衛(wèi)星的監(jiān)控和衛(wèi)星星歷的計(jì)算。GPS的用戶設(shè)備主要由接收機(jī)硬件和處理軟件組成。用戶通過用戶設(shè)備接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理而獲得用戶位置、速度等信息，最終實(shí)現(xiàn)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。24顆GPS衛(wèi)星在離地面12000千米的高空上，以12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆以上的衛(wèi)星。那么，為什么需要4顆衛(wèi)星來確定地面某點(diǎn)的位置呢？由于衛(wèi)星的位置精確，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測點(diǎn)的位置（X、Y、Z）?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高程。接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。（設(shè)置探究問題幫助對GPS的理解。這一問題比較難，如果學(xué)生理解有困難，只作簡單了解亦可）師汽車導(dǎo)航系統(tǒng)可以為駕駛員提供哪些便利的服務(wù)？在汽車導(dǎo)航中，信息在衛(wèi)星、汽車和服務(wù)中心之間如何傳遞？請同學(xué)們獨(dú)立的思考，并畫出自己頭腦中信息傳遞的圖像。板書：（二）典型應(yīng)用師自GPS對民間開放以來，各種產(chǎn)品、應(yīng)用層出不窮，GPS已經(jīng)深入國民生產(chǎn)、日常生活的方方面面。例如，車載GPS可以為汽車的主人提供就餐的最近路線，還可以智能的考慮汽車主人的愛好，如果其喜愛意大利餐，則GPS就會(huì)為其首先顯示去最近意大利餐館的路線。請同學(xué)閱讀下面材料了解GPS的主要應(yīng)用。GPS的主要應(yīng)用GPS技術(shù)給測繪界帶來了一場革命。利用載波相位差分技術(shù)（RTK），在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)觀測站的載波相位的基礎(chǔ)上，可以達(dá)到厘米級的精度。與傳統(tǒng)的手工測量手段相比，GPS技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢：測量精度高；操作簡便，儀器體積小，便于攜帶;全天候操作;觀測點(diǎn)之間無須通視;測量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標(biāo)下，信息自動(dòng)接收、存儲(chǔ)，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)。當(dāng)前，GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測量、資源勘查、地殼運(yùn)動(dòng)、地籍測量等領(lǐng)域。出租車、租車服務(wù)、物流配送等行業(yè)利用GPS技術(shù)對車輛進(jìn)行跟蹤、調(diào)度管理，合理分布車輛，以最快的速度響應(yīng)用戶的乘車或運(yùn)送請求，降低能源消耗，節(jié)省運(yùn)行成本。GPS在車輛導(dǎo)航方面發(fā)揮了重要的角色，在城市中建立數(shù)字化交通電臺(tái)，實(shí)時(shí)發(fā)布城市交通信息，車載設(shè)備通過GPS進(jìn)行精確定位，結(jié)合電子地圖以及實(shí)時(shí)的交通狀況，自動(dòng)匹配最優(yōu)路徑，并實(shí)行車輛的自主導(dǎo)航。民航運(yùn)輸通過GPS接收設(shè)備，使駕駛員著陸時(shí)能準(zhǔn)確對準(zhǔn)跑道，同時(shí)還能使飛機(jī)緊湊排列，提高機(jī)場利用率，引導(dǎo)飛機(jī)安全進(jìn)離機(jī)場。利用GPS定位技術(shù)，可對火警、救護(hù)、警察進(jìn)行應(yīng)急調(diào)遣，提高緊急事件處理部門對火災(zāi)、犯罪現(xiàn)場、交通事故、交通堵塞等緊急事件的響應(yīng)效率。特種車輛（如運(yùn)鈔車）等，可對突發(fā)事件進(jìn)行報(bào)警、定