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2019-2020年高中地理 第三章 地理信息技術(shù)應用 第二節(jié) 遙感（RS）技術(shù)及其應用教案 湘教版必修1 突破思路 　　森林大火、特大洪災的監(jiān)測，如果單靠人工進行，不僅要花費大量的人力和財力，而且要經(jīng)過很長的時間才能獲得全面的資料；而用遙感技術(shù)，則能在很短的時間內(nèi)獲得全面的資料，以便于及時安排防災、救災工作。實際上遙感技術(shù)的應用領域很廣，例如：資源普查、災害監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、工程建設及規(guī)劃、軍事偵察、海上交通和海洋漁業(yè)等。為便于學生理解本節(jié)內(nèi)容，教材以xx年長江流域特大洪水淹沒區(qū)估算為例，介紹遙感技術(shù)及其應用。 　　另外，我們可以組織學生搜集一些遙感圖像，同學之間交流一下，并嘗試判讀、分析。 RS技術(shù)的應用 　　遙感技術(shù)包括傳感器技術(shù)，信息傳輸技術(shù)，信息處理、提取和應用技術(shù)，目標信息特征的分析與測量技術(shù)等。 　　遙感技術(shù)依其遙感儀器所選用的波譜性質(zhì)可分為：電磁波遙感技術(shù)、聲納遙感技術(shù)、物理場（如重力和磁力場）遙感技術(shù)。電磁波遙感技術(shù)是利用各種物體／物質(zhì)反射或發(fā)射出不同特性的電磁波進行遙感的。其可分為可見光、紅外、微波等遙感技術(shù)。按照感測目標的能源作用可分為：主動式遙感技術(shù)和被動式遙感技術(shù)。按照記錄信息的表現(xiàn)形式可分為：圖像方式和非圖像方式。按照遙感器使用的平臺可分為：航天遙感技術(shù)、航空遙感技術(shù)、地面遙感技術(shù)。按照遙感的應用領域可分為：地球資源遙感技術(shù)、環(huán)境遙感技術(shù)、氣象遙感技術(shù)、海洋遙感技術(shù)等。 　　常用的傳感器：航空攝影機（航攝儀）、全景攝影機、多光譜攝影機、多光譜掃描儀（Multi Spectral Scanner，MSS）、專題制圖儀（Thematic Mapper，TM）、反束光導攝像管（RBV）、HRV（High Resolution Visible range instru—ments）掃描儀、合成孔徑側(cè)視雷達（Side—Looking　Airborne　Radar，SLAR）。常用的遙感數(shù)據(jù)有：美國陸地衛(wèi)星（Landsat）TM和MSS遙感數(shù)據(jù)、法國SPOT衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、加拿大Radarsat雷達遙感數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)系統(tǒng)包括：空間信息采集系統(tǒng)（包括遙感平臺和傳感器），地面接收和預處理系統(tǒng)（包括輻射校正和幾何校正），地面實況調(diào)查系統(tǒng)（如收集環(huán)境和氣象數(shù)據(jù)），信息分析應用系統(tǒng)。 　　遙感應用：陸地水資源調(diào)查、土地資源調(diào)查、植被資源調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、城市遙感調(diào)查、海洋資源調(diào)查、測繪、考古調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測和規(guī)劃管理等。目前，主要的遙感應用軟件是PCI、ERMapper和ERDAS。 RS發(fā)展史 　　遙感作為一種空間探測技術(shù)，至今已經(jīng)經(jīng)歷了地面用感、航空遙感和航天遙感三個階段。廣義地講，遙感技術(shù)是從19世紀初期（1839年）出現(xiàn)攝影術(shù)開始的。19世紀中葉（1858年），就有人使用氣球從空中對地面進行攝影。 　　1903年飛機問世以后，便開始了可稱為航空遙感的第一次試驗，從空中對地面進行攝影，并將航空像應用于地形和地圖制圖等方面?？梢哉f這揭開了當今遙感技術(shù)的序幕。 　　隨著空間技術(shù)、無線電電子技術(shù)、光學技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，20世紀中期，遙感技術(shù)有了很大發(fā)展。遙感器從第一代的航空攝影機，第二代的多光譜攝影機、掃描儀，很快發(fā)展到第三代固體掃描儀（CCD）；遙感器的運載工具，從收音機很快發(fā)展到衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機，遙感信息的記錄和傳輸從圖像的直接傳輸發(fā)展到非圖像的無線電傳輸。 在這期間，我國遙感技術(shù)的發(fā)展也十分迅速，我們不僅可以直接接收、處理和提供衛(wèi)星的遙感信息，而且具有航空航天遙感信息采集的能力，能夠自行設計制造像航空攝影機、全景攝影機、紅外線掃描儀、多炮譜掃描儀、合成孔徑側(cè)視雷達等多種用途的航空航天遙感儀器和用于地物波譜測定的儀器。而且，進行過多次規(guī)模較大的航空遙感試驗。 　近十幾年來，我國還自行設計制造了多種遙感信息處理系統(tǒng)。如假彩色合成儀、密度分割儀、TJ一82圖像計算機處理系統(tǒng)、微機圖像處理系統(tǒng)等。 RS定義 “遙感”，顧名思義，就是遙遠地感知。人類通過大量的實踐，發(fā)現(xiàn)地球上每一個物體都在不停地吸收、發(fā)射信息和能量，其中有一種人類已經(jīng)認識到的形式——電磁波，并且發(fā)現(xiàn)不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據(jù)這個原理來探測地表物體對電磁波的反射和其發(fā)射的電磁波，從而提取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。遙感的實現(xiàn)還需要遙感平臺，像衛(wèi)星、飛機、氣球等，它們的作用就是穩(wěn)定地運載傳感器。當在地面試驗時，還會用到像三角架這樣簡單的遙感平臺。針對不同的應用和波段范圍，人們已經(jīng)研究出很多種傳感器，探測和接收物體在可見光、紅外線和微波范圍內(nèi)的電磁輻射。傳感器會把這些電磁輻射按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為原始圖像。原始圖像被地面站接收后，要經(jīng)過一系列復雜的處理，才能提供給不同的用戶使用。 合作討論1 材料：1987年5月6日至6月2日，中國東北大興安嶺北部發(fā)生了特大森林火災，在撲滅大火的過程中，衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)發(fā)揮了重要作用。在撲滅大火戰(zhàn)斗中，國家氣象局向森林防火總指揮提供了70余幅反映林火發(fā)展情況的衛(wèi)星影像圖。為制定滅火計劃、做出滅火部署提供了科學的依據(jù)。 　　問題：遙感技術(shù)在森林滅火中是如何發(fā)揮作用的？它還能應用于其他領域嗎？ 　　我的思路：地球上的物體都在不停地吸收、發(fā)射和反射電磁波，并且不同物體的電磁波特性是不同的——遙感技術(shù)就是在這個原理基礎上發(fā)展起來的。遙感的關鍵裝置是一種被稱為傳感器的儀器。傳感器在航空或航天器中接收地面物體反射的電磁波信號，以圖像的膠片或數(shù)據(jù)磁帶形式記錄下來，傳送到地面，最后通過處理和判讀分析，揭示物體的特征、性質(zhì)及其變化。 　　由于遙感探測范圍大，獲取資料速度快、周期短，受地面限制少，因而廣泛應用于資源普查、災害監(jiān)測、工程建設及規(guī)劃等各個領域。 合作與討論2 我國是多自然災害的國家。讀相關材料，回答有關問題。 　　材料一：在過去的2200年間，我國共發(fā)生大水災1600多次，大旱災也有1600多次。1977年以前的508年中，稱得上“風調(diào)雨順”的年份僅有7年。20世紀80年代以來，受災的耕地每年都在40%左右。 　　材料二：今年從3月18日傍晚起，我國北方大部分地區(qū)經(jīng)歷了20世紀90年代以來最強的一次沙塵暴天氣過程，持續(xù)時間最長達100小時，甘肅局部地區(qū)能見度小于50米；20日一天內(nèi)便給北京“輸送”了3萬噸沙土，北京人均分攤3千克。 　　材料三：2002年3月29日《中國環(huán)境報》以“高科技‘千里眼’鎖定沙塵暴”為題報道：我國對沙塵暴研究使用的方法與手段同發(fā)達國家并無太大區(qū)別，已建立了由激光雷達和地球同步氣象衛(wèi)星觀測信息接收站等組成的遙感系統(tǒng)和由25個監(jiān)測站組成的地面監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)，覆蓋了北方200多萬平方千米的荒漠化土地。 　　問題： 　?。?）水旱災害是我國嚴重的自然災害，它的頻發(fā)地區(qū)是____________（填災害區(qū)名稱）。我國夏季多暴雨，暴雨在山區(qū)可能誘發(fā)泥石流、滑坡等____________災害。目前人類尚不能控制水旱災害的發(fā)生。我國通過大規(guī)模的____________和營造防護林等改善____________的工程措施，以減輕災害的損失。 　?。?）試分析沙塵暴天氣形成的原因。為了減輕沙塵暴天氣的危害，可采取哪些對策？ 　?。?）我國和世界發(fā)達國家一樣，對大尺度天氣系統(tǒng)和大范圍自然災害的研究，目前水平處于………………………………………………………………………………………（　?。? 　　A．跟蹤階段——實時報告事象的發(fā)生、過程、影響 　　B．探索階段——尋找科學的研究方法，憑經(jīng)驗預測其發(fā)展變化 　　C．預報階段——根據(jù)發(fā)生機制，預測將發(fā)生的時間、強度、發(fā)展和影響 　　D．控制階段——雖不能控制其發(fā)生，但能對發(fā)生時間、強度和演變加以控制 ?。?）簡要說明高科技在這次沙塵暴天氣過程中所起的作用。 　　我的思路：自然災害的種類很多。各種自然災害的分布具有一定的規(guī)律性。水旱災害是我國嚴重的自然災害，它的頻發(fā)地區(qū)是東部平原區(qū)。我國夏季多暴雨，暴雨在山區(qū)可能誘發(fā)泥石流、滑坡等地質(zhì)地貌災害。人類活動雖然不能控制自然災害的發(fā)生，但可以想方設法減輕災害帶來的損失。我國通過大規(guī)模的治河（或治水）和營造防護林等改善生態(tài)環(huán)境的工程措施，以減輕災害的損失。 　　沙塵暴天氣形成的原因既有自然原因，也有人為原因。自然原因：西部有大片荒漠半荒漠區(qū)，氣候異常，干旱少雨，冬春常出現(xiàn)強勁西風和西北季風；人為原因：濫墾濫伐，過度放牧，土地沙化。 　　為了減輕沙塵暴天氣的危害，可采取的對策有營造“三北”防護林體系，退耕還林、還草，推廣輪牧等。 　　我國和世界發(fā)達國家一樣，對大尺度天氣系統(tǒng)和大范圍自然災害的研究，目前水平處于預報階段——根據(jù)發(fā)生機制，預測將發(fā)生的時間、強度、發(fā)展和影響。 　　高科技在這次沙塵暴天氣過程中所起的作用是提供圖像數(shù)據(jù)資料，跟蹤監(jiān)測、預報等。 思考過程1 走近遙感技術(shù) 　　1．主干知識 　　遙感技術(shù)的概念：遙感，就是遙遠的感知，簡稱RS，是一種不通過直接接觸目標物而獲取其信息的一種技術(shù)。包括空對地、地對空、空對空遙感，它是實時獲取、動態(tài)處理空間信息的觀測、分析的先進技術(shù)系統(tǒng)。 　　遙感技術(shù)的原理：地球上的物體都在不停地吸收、發(fā)射和反射電磁波，并且不同物體的電磁波是不同的。 　　遙感技術(shù)的環(huán)節(jié)：信息的獲取→傳輸→接收與處理→分析和應用 　　遙感技術(shù)的作用：遙感技術(shù)具有探測范圍大、獲取資料快、受地面條件限制少、獲取信息量大等特點，能在很短的時間內(nèi)獲得全面的資料。以陸地衛(wèi)星多光譜掃描圖像為例，一幅圖像所含的信息量就達7.58106個。 　　2．思維提示 　　遙感技術(shù)是在“地球上的物體都在不停地吸收、發(fā)射和反射電磁波，并且不同物體的電磁波是不同的”這個原理基礎上發(fā)展起來的。從傳感器接受信息到遙感信息的應用過程稱遙感技術(shù)。如空對空遙感，就是從不同的工作平臺（如氣球、飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機）的探測儀器（傳感器）對地球表面的電磁波（包括反射和發(fā)射）特征信息進行探測，并經(jīng)信息的傳輸、處理及判讀分析，以對地球資源及其環(huán)境等進行調(diào)整等進行調(diào)查、監(jiān)測、評估研究的綜合技術(shù)。 　　遙感包括信息的獲取、傳輸、接收與處理、分析和應用幾個環(huán)節(jié)。如圖4—15： 圖4—15 3．能力提升 遙感技術(shù)是比較成熟的技術(shù)。教材對遙感技術(shù)的概念、工作原理及其應用介紹比較詳細，教學過程中，教師可以選取一些學生較為熟悉的地理事物的遙感影像，介紹它們與普通地圖的區(qū)別，加深學生對遙感技術(shù)手段遠距離探測、感知地理事物，獲取圖像信息的認識，遙感就是“順風耳”“千里眼”。了解遙感技術(shù)在經(jīng)濟建設和國土整治方面起到了很大的作用。 思考過程2 遙感技術(shù)的應用領域 　　1．主干知識 應用領域 具體內(nèi)容 備注 資源普查 礦產(chǎn)資源、水資源、土地資源、森林草場資源、野生動物資源等 可對農(nóng)作物進行估產(chǎn) 災害監(jiān)測 旱情、水災，滑坡、泥石流、地震、農(nóng)林病蟲害、森林失火等 有助于防災減災 環(huán)境監(jiān)測 荒漠化、土壤鹽漬化、環(huán)境污染、海洋生態(tài)、全球氣候變化及其影響、植被變化、海洋冰山漂流等 工程建設及規(guī)劃 大型水利工程、港口工程、核電站、路網(wǎng)、城市規(guī)劃等 其他 軍事偵察、海上交通、海洋漁業(yè)等 　　2．思維提示 　　遙感技術(shù)已被應用于國民經(jīng)濟的各個領域，包括資源評估、環(huán)境監(jiān)測、災害預警及其他地物變化的分析等。隨著遙感技術(shù)應用的廣度和深度發(fā)展，遙感技術(shù)的用途將大大擴展。 　3．能力提升 遙感探測將更趨于實用化、商業(yè)化和國際化。 思考過程3 學看遙感影像 　　1．主干知識 　　判讀標志：不同地物有不同的影像特征，這些影像特征是判讀識別各種地物的依據(jù)，這種依據(jù)就叫遙感影像解譯標志，又稱判讀標志。解譯標志分為直接解譯標志和間接解譯標志。 　　直接解譯標志指能夠直接反映和表現(xiàn)目標地物信息的遙感影像的各種特征，包括遙感影像上的色調(diào)、色彩、大小、形狀、陰影、紋理、圖型等。解譯者利用直接解譯標志可以直觀識別遙感影像上的目標地物。 　　間接解譯標志指能夠間接反映和表現(xiàn)目標地物信息的遙感影像的各種特征，借助它可以推斷其他的相關地物。 　　2．思維提示 　　學看遙感影像：（以假彩色衛(wèi)星影像的判讀為例） 解譯標志 目標地物 直 接 解 譯 標 志 色調(diào)色彩 自然要素 人文要素 邊界輪廓 水文要素為深藍色或者藍黑色，如河流、湖泊等；植物為紅色 人工建筑為灰白色或者淺藍色，如城市、村莊、道路等 形狀 邊界圓滑的多為自然事物 邊界棱角明顯往往是人工建筑、工程 圖型 城市為面狀、村莊為不規(guī)則的點狀或星狀 湖泊為面狀、道路、河流多是線狀 線狀地物 河流的寬度從上游到下游逐漸變寬且彎曲多變 道路的寬度往往不發(fā)生變化而且相對比較順直 間 接 解 譯 標 志 難以分辨的小村莊、小池塘 與湖泊相連的線狀地物為河流、河渠；與村莊相連的線狀地物則多為道路 與河流相連的是小池塘，與道路相連的是小村莊 　　3．能力提升 　　由于不同地區(qū)地物的差異、合成影像波段的差異以及地物特征的季節(jié)差異，不同地區(qū)、不同波段、不同季節(jié)的影像解譯標志是不同的。具體情況應該具體分析，有的還應當結(jié)合實地調(diào)查進行解讀。