2022屆高考中圖版高中地理一輪復習地理信息系統(tǒng)的應用和數字地球學案

第三、四節(jié)地理信息系統(tǒng)的應用和數字地球學習目標：1.了解地理信息系統(tǒng)和數字地球的定義。2.理解地理信息系統(tǒng)的功能和流程并結合實例學會分析地理信息系統(tǒng)可以解決的四類問題。(重點)3.會使用常見的GIS產品，能分別說明地理信息系統(tǒng)在城市管理中的應用。(重點)4．掌握數字地球的核心思想和應用前景。(難點)1．地理信息系統(tǒng)的應用(1)地理信息系統(tǒng)①概念依靠計算機實現地理信息的收集、處理、存儲、分析和應用的系統(tǒng)，簡稱GIS。②功能③工作流程eq\x(\a\al(信息,輸入))→eq\x(\a\al(數據,處理))→eq\x(\a\al(數據庫,管理))→eq\x(\a\al(空間,分析))→eq\x(\a\al(可視化,表達))(2)地理信息系統(tǒng)可以解決的四類基本問題①與分布、位置有關的基本問題查詢“地點”和“狀況”；查詢符合一定條件的地物位置。②趨勢分析通過某地物隨時間變化的過程，分析其發(fā)展趨勢。③模式問題揭示各種地物之間的空間關系。④模擬問題利用已掌握的規(guī)律建立起一定模型，模擬具備某種條件時將出現的結果。(3)地理信息系統(tǒng)在城市管理中的應用①城市信息管理與服務：向城市居民提供日常工作與生活所需的各種信息。②城市規(guī)劃：查詢和統(tǒng)計，并用三維影像顯示市貌，分析城市現狀，有效管理城市地下管網。eq\a\vs4\al(③\x(\a\al(城市道路,交通管理)))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(顯示道路的路況、交通流量、沿線環(huán)境等空,間和屬性信息,提供多種類型的查詢,及時發(fā)布交通信息))eq\a\vs4\al(④\x(\a\al(城市救,災防災)))eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(跟蹤災難發(fā)生、發(fā)展過程,對災害進行快速分析、評價和模擬,輔助開展災后的應急和恢復工作))⑤城市環(huán)境管理：主要包括環(huán)境規(guī)劃與決策、監(jiān)測、評價、預測與模擬等。[特別提醒]地理信息系統(tǒng)(GIS)不同于一般地圖。一般地圖是用符號系統(tǒng)表達區(qū)域內各種自然和社會經濟現象的分布、聯(lián)系以及變化等內容的圖形。地理信息系統(tǒng)(GIS)是專門處理地理空間數據的計算機系統(tǒng)。2．數字地球(1)數字地球①含義：對真實地球及相關現象的統(tǒng)一性的數字化重現與再認識。②應用技術：全球定位系統(tǒng)、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、虛擬技術、網絡技術等。③核心思想a．用數字化手段統(tǒng)一處理地球問題。b．最大限度地利用信息資源。④基礎a．全球網絡要求信息網絡嵌入到每個人的日常生活中。b．分布式存儲信息分開存儲到全球各地的計算機中。高速寬帶網絡的建設及其傳輸速度，是建立數字地球的重要基礎。⑤最大特征與依據——虛擬現實技術。⑥重要信息源：高分辨率衛(wèi)星影像。[特別提醒]數字地球所需要的數據已不能通過單一的數據庫來存儲，而是分散存儲在數以萬計的數據庫中。這意味著參與數字地球的服務器需要由高速網絡來連接。(2)數字地球的應用前景①數字地球與可持續(xù)發(fā)展模擬人類活動對生產和環(huán)境的影響，制定可持續(xù)發(fā)展的對策。②數字地球與政府決策a．可為國家大型工程決策提供重要的參考數據。b．為政府對城市的管理提供依據。③數字地球與百姓生活通過數字地球可網上購物，接受遠程教育，參加交互娛樂項目等。(1)地理信息系統(tǒng)的實現，依賴于計算機系統(tǒng)，因此該系統(tǒng)只由計算機軟、硬件構成。 ()(2)地理信息系統(tǒng)的功能與地圖是一樣的。 ()(3)數字地球的最大特征是虛擬現實技術。 ()(4)數字地球的基礎是全球網絡與集中式存儲。 ()(5)下列研究項目中，主要應用GIS進行的有 ()①近20年來廣東省GDP的增長情況分析②近10年來珠江三角洲花卉基地的分布變化情況分析③廣州市地鐵線路的規(guī)劃設計④近10年來廣州市城區(qū)建設情況調查與居民住宅小區(qū)布局研究⑤中國銀行廣東省分行基金走勢和投資項目分析研究A．②③④ B．①③④C．②④⑤ D．③④⑤提示：(1)×地理信息系統(tǒng)由硬件、軟件、數據、人員構成。(2)×地理信息系統(tǒng)不僅供查詢，并能進行多種空間分析，所以其功能比地圖要全面的多。(3)√數字地球的最大特征是虛擬現實技術。(4)×數字地球的基礎是全球網絡與分布式存儲。(5)A[地理信息系統(tǒng)可以解決四類基本問題：與分布、位置相關的基本問題，趨勢分析，模式問題，模擬問題。近20年來廣東省GDP的增長情況分析以及中國銀行廣東省分行基金走勢和投資項目分析研究利用一般的數據分析軟件就可以實現。]GIS的應用材料一地理信息系統(tǒng)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。下圖反映了目前我國大多數城市所存在的交通擁堵嚴重的現象。材料二地理信息系統(tǒng)是城市規(guī)劃的重要工具。GIS數據存儲采用“分層”技術，即將地圖中的不同要素，存儲在不同的“層”中。將不同的“層”要素進行重疊，就形成不同主題的地圖。在GIS中，不同類型的地理空間信息儲存在不同的圖層上，疊加不同的圖層可以分析不同要素間的相互關系。問題1根據所學知識，簡要回答GIS在解決城市交通擁堵問題時可以在哪些方面發(fā)揮積極的作用。提示：快速查詢道路通行狀況，迅速定位事故地點，提供交通疏散方案；為道路規(guī)劃提供最佳路徑分析；查詢路況信息，為道路養(yǎng)護和應急搶修提供服務等。問題2未來五年上海將計劃形成“海、空、鐵、陸、水五路并舉的格局”，城市土地利用狀況將發(fā)生變化。五年以后，如果你要了解上海市近五年以來土地使用性質的變化、地塊輪廓的變化等內容，在GIS系統(tǒng)中，你需要對哪些圖層進行對比分析？若將上海的城市人口分布圖層與城市交通圖層疊加，即可為城市的哪種功能活動選址提供參考？提示：近五年來上海市每年的土地利用圖層。商業(yè)網點選址。問題3若你想利用假期去香港中文大學參觀，但你對香港又不熟悉，你將怎樣利用GIS進行路徑查詢？提示：利用網絡GIS調出香港中文大學所在位置附近地區(qū)的地圖，查出車站(機場)到香港中文大學最合理的公交路線。問題4地理信息系統(tǒng)能否對城市環(huán)境問題進行治理？提示：不能。地理信息系統(tǒng)可以為我們進行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的決策提供依據，但是環(huán)境問題的治理還需要人們的實際行動。[歸納總結]1．地理信息系統(tǒng)可以解決的基本問題名稱問題舉例與分布、位置有關的基本問題解決與“地點”和“狀況”有關的查詢①距離最近的一家快餐店在哪里；②北京市目前共有幾家圖書館；③在指定區(qū)域內尋找適合一定條件的地物趨勢分析了解某地物隨時間變化的過程，分析該地物的發(fā)展趨勢①分析過去20年來某城市的人口增長趨勢；②求兩點之間最短、最快或景點最多的路徑模式問題通過模式分析，揭示各種地物之間的空間關系分析一個地區(qū)的地形、土壤與特定作物種植之間的關系模擬問題模擬某地如果具備某種條件時將出現的結果溫室效應造成了地球極地冰蓋的融化，若海水上漲10cm將淹沒全球哪些地區(qū)2.在城市管理中的應用應用主要功能城市信息管理與服務主要向城市居民提供日常工作與生活所需的各種信息城市規(guī)劃進行城市與區(qū)域多目標的開發(fā)和規(guī)劃城市道路交通管理顯示有關道路的路況、交通流量、沿線環(huán)境等空間和屬性信息城市救災防災實時跟蹤災害發(fā)生、發(fā)展過程，對災害進行快速分析、評價和模擬，輔助開展災后的應急和恢復工作城市環(huán)境管理環(huán)境規(guī)劃與決策、監(jiān)測、評價、預測與模擬城區(qū)公共衛(wèi)生提供預警和決策支持GIS的工作流程地理信息系統(tǒng)能對地理空間數據進行輸出、管理、分析和表達，其簡要程序和每個程序含義圖示如下：eq\a\vs4\al(\x(信息輸入（地圖、遙感圖像、實驗數據、GPS數據等）))eq\o(→,\s\up9(收),\s\do7(集))eq\a\vs4\al(\x(數據處理（即建立空間模型和數據模型）))eq\o(→,\s\up9(存),\s\do7(儲))eq\x(數據庫管理（關于某一研究區(qū)域的若干圖層的總和）)eq\o(→,\s\up9(分),\s\do7(析))eq\x(\a\al(空間分析（使各類數據之間的關系以直觀,的形式表現出來，如圖形、地圖或表格）))eq\o(→,\s\up9(輸),\s\do7(出))eq\x(\a\al(可視化表達（將系統(tǒng)分析的結果形,成地圖、三維視圖、多媒體等產品）))1．隨著科學技術水平提高，地理信息技術運用到防災減災工作上的頻率越來越高。讀“GIS分層圖”，完成(1)～(2)題。(1)根據上圖可以推斷出正在分析的地質災害最可能為()A．崩塌 B．地震C．滑坡 D．泥石流(2)一位年輕研究員不小心把完整的圖示弄丟了，現在需要制作出完整的圖示，他需要填補的甲最可能是()A．坡面起伏狀況 B．坡向C．坡面侵蝕 D．地層厚度(1)C(2)B[第(1)題，圖示的地質災害與坡度、傾斜的地層及活動斷層有關，判斷為滑坡。地震是地球內力的釋放，與坡度無關；崩塌、泥石流與順向坡面關聯(lián)度不高。第(2)題，圖示甲與地層傾斜圖層合成的是順向坡面，可判斷甲是坡向。]數字地球材料一數字虛擬生活當你戴上頭盔時，就看到地球出現在太空中。然后通過某個工具，對所看到的影像進行放大。隨著分辨率的不斷提高，你看見了大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是具體的房屋、樹木以及其他天然或人造的景觀。你不受限制地穿越空間和時間。在以虛擬的方式去巴黎盧浮宮參觀后，又通過對時間的反向推移，借助新聞短片、報紙等主要的原始資料學習法國的歷史。你向自己的電子信箱發(fā)送一些有用的信息，留待將來使用。在這里，時間序列可以從現在延伸到遙遠的過去，甚至延伸到恐龍時代。材料二利用數字地球保障兒童的安全。問題1材料一中提到了數字地球在未來日常生活中的應用，其應用領域主要有哪些？其中涉及的最主要的技術是什么？提示：網上旅游、遠程教育。涉及的最主要的技術是虛擬現實技術。問題2材料二中數字地球是如何保障兒童安全的？提示：給孩子佩戴GPS，如果兒童獨自外出，母親在家打開實時跟蹤屏，利用接收到的信息來了解孩子的實時位置，看護自己的孩子。問題3數字地球除了在日常生活中的應用外，還在可持續(xù)發(fā)展研究和政府決策中發(fā)揮作用，試分別舉例說明。提示：可持續(xù)發(fā)展：模擬未來20年森林面積的變化，研究全球生態(tài)環(huán)境變化趨勢。政府決策：通過GIS分析犯罪模式和犯罪頻率，合理分配警力資源。問題4從科學家、政府官員、普通百姓三個角色出發(fā)，分別簡述數字地球的應用前景。提示：科學家：可方便地獲得地形、土壤類型、氣候、植被、土地利用變化、礦產、森林、資源等方面的信息，應用空間分析與虛擬現實技術，模擬人類活動對生產和環(huán)境的影響，制定可持續(xù)發(fā)展的對策。政府官員：數字地球可為國家大型工程決策提供重要的參考數據；數字地球也能為政府對城市的管理提供依據。普通百姓：我們坐在家里，就可接受遠程教育，進行網上購物，參加交互娛樂項目；還可輕松游覽各國的風景名勝，逛遍各國的博物館、美術館、藝術畫廊等。[歸納總結]1．數字地球與各種應用技術的關系全球定位系統(tǒng)、遙感、地理信息系統(tǒng)、虛擬現實技術、網絡技術等是數字地球的基礎。它們之間的關系如下圖所示：2．數字地球的應用應用前景作用具體表現可持續(xù)發(fā)展數字地球的建立，使人類擁有了一個數字化的空間實驗室，科學家通過這個實驗室可以從全球角度研究可持續(xù)發(fā)展問題科學家可方便地獲得地形、森林、資源、氣候、植被、土壤類型、礦產、土地利用變化等方面的信息，應用空間分析與虛擬現實技術，模擬人類活動對生產和環(huán)境的影響，制定可持續(xù)發(fā)展的對策政府決策數字地球可為國家大型工程決策提供重要的參考數據；為政府對城市的管理提供依據①利用數字地球的技術可以為是否修建水庫提供依據；②可以通過GIS分析犯罪模式和犯罪頻率，合理分配警力資源百姓生活數字地球提供了前所未有的方便①接受遠程教育；②網上購物；③參加交互娛樂項目；④游覽風景名勝圖示法理解數字地球與“3S”技術之間的關系2．數字地球其實就是信息化的地球，是一個完整的地球信息化的模型。據此完成(1)～(2)題。(1)數字地球實現以后，科學家們可以()A．制定可持續(xù)發(fā)展的對策 B．控制全球氣溫升高C．控制人口增長速度 D．控制全球貧富差距(2)數字地球應用于政府決策的領域有()①國家大型工程決策②城市管理③疾病防控④防災減災⑤遠程教育A．①②④⑤ B．①②③⑤C．①②③④ D．①③④⑤(1)A(2)C[第(1)題，數字地球實現以后，通過全球信息共享，依靠計算機的虛擬現實技術，對地球上的各種空間信息數據綜合分析處理，可制定可持續(xù)發(fā)展的對策。第(2)題，數字地球可為政府決策提供依據，如大型工程建設、城市管理、疾病防控、防災減災等。遠程教育是對百姓生活的影響。]GIS圖層的判讀下圖是某專題研究建立的地理信息系統(tǒng)(GIS)圖層?！咎接?】結合圖層，該專題研究可能是什么？提示：耕地分類及評價?！咎接?】如果利用圖中信息進行深埋垃圾場選址，還需增加哪些圖層？提示：區(qū)域規(guī)劃、水文地質圖層等。第一步：看圖名，明確圖層組成上圖為水系、土地利用、居民點、地形和土壤五大圖層。第二步：析圖層，分析空間聯(lián)系同一地區(qū)不同圖層表示該地區(qū)不同地理事物或現象的分布情況，不同的圖層相互疊加就會形成各種地理事物或現象綜合分布圖，用于分析疊加事物或現象相關的應用領域。常見的疊加圖層及延伸應用如下表所示：疊加圖層延伸應用人口密度與交通線路及規(guī)劃圖層新建商業(yè)中心選址河流分布、坡度分布、土石分布圖層泥石流易發(fā)區(qū)水系、土地利用、居民點、地形、土壤圖層土地的分類和評價水系、土地利用、居民點、地形、土壤、水文地質、區(qū)域規(guī)劃圖層深埋垃圾場選址人口密度、行政區(qū)劃、行政區(qū)人口基數圖層各行政區(qū)人口增長率坡向分布、巖石傾斜圖層滑坡易發(fā)區(qū)綜合思維——數字地球2018年4月17日至19日，由國際數字地球學會主辦的第七屆國際數字地球峰會在非洲摩洛哥杰迪代市召開。國際數字地球學會總部設在中國，以推動和傳播“數字地球”理念發(fā)展為宗旨，打造數字地球國際交流合作平臺，促進數字地球科學技術提升，推動數字地球全球和區(qū)域應用，服務全球可持續(xù)發(fā)展。依托數字地球實施精準農業(yè)系統(tǒng)、智能運輸系統(tǒng)、“數字黃河”專業(yè)應用系統(tǒng)等。“數字黃河”可查閱黃河相關基礎設施、專業(yè)應用等信息，可指導黃河防汛、水量調度等。讀圖，完成1～2題。黃河基礎地理信息系統(tǒng)與“數字黃河”的關系1．關于上圖反映的“數字黃河”的敘述，不正確的是()A．可以用來查閱獲取黃河的有關信息B．可以用來指導黃河防汛和水量調度C．對普通老百姓而言，距離較遠，價值不大D．“數字黃河”的建設需要不斷完善和更新2．有關“數字地球”的敘述，正確的是()A．就是指“3S”技術的應用B．一個由數據和信息組成的地球C．主要反映現實問題，不能應用于可持續(xù)發(fā)展D．可以方便地獲取信息，模擬人類活動對環(huán)境產生的影響，制定可持續(xù)發(fā)展的對策1．C2.D[第1題，從圖中可知，“數字黃河”很好地應用了地理信息技術，可以用來查閱獲取黃河的相關基礎設施、專業(yè)應用等信息，可指導黃河防汛、水量調度。當然，該系統(tǒng)還應繼續(xù)完善，不斷更新。第2題，數字地球是以地理信息技術為基礎，信息化的地球是地球的虛擬對照體，人們可以通過這個模型，快速、形象地了解地球上的任何一點、任何方面的信息，為可持續(xù)發(fā)展研究提供條件。](教師獨具)題組1GIS的應用GIS即地理信息系統(tǒng)，具有地圖處理、數據庫和空間分析等功能。GIS可以像傳統(tǒng)紙質地圖一樣，解決“地點”“狀況”等有關查詢，但GIS還能進行趨勢分析、復雜的“模式”分析，還可以用“虛擬模擬”進行預測性分析。據此完成1～2題。1．下面屬于地理信息系統(tǒng)組成的是()①GIS軟件②GIS人員③應用模型④GIS數據分析⑤GIS數據輸出A．①②③ B．②③④C．③④⑤ D．①②⑤2．通過地圖、遙感圖像、野外考察等獲得數據的GIS技術程序是()A．數據處理 B．數據采集C．數據分析 D．信息輸出1．A2.B[第1題，地理信息系統(tǒng)由GIS軟件、GIS硬件(計算機等)、地理數據、GIS人員、應用模型五個部分組成。第2題，獲得數據的過程是數據采集。]地理信息系統(tǒng)(GIS)可應用于城市規(guī)劃研究。讀圖，回答3～4題。3．該城市中心區(qū)位于圖示區(qū)域的()A．東北部 B．西南部C．西北部 D．東南部4．若在該區(qū)域新建物流中心，最宜選擇在()A．甲 B．乙C．丙 D．丁3．B4.D[第3題，城市中心是商業(yè)區(qū)，商業(yè)區(qū)中心地價高，據地價圖層可知位于西南部(注意圖中方向標)。第4題，建物流中心的區(qū)位要求是地價較低、交通便利，綜合各種圖示，丁地符合條件。]題組2數字地球中國政府和學術界在數字地球的基礎上提出了“數字中國”的構想。構想中的“數字中國”將建立一個統(tǒng)一完整的國家公用信息網。它集成了國家信息網、國土資源信息網、長江流域監(jiān)控網等網絡的信息，并將促進這些系統(tǒng)的綜合利用。據此回答5～6題。5．有關數字地球的敘述，正確的是()A．數字地球就是指因特網B．數字地球就是“信息高速公路”C．數字地球只能方便人們的生活，并不能創(chuàng)造實實在在的財富D．數字地球是用數據通信技術使地球上信息的表達方式日益數字化6．下列不屬于“數字中國”服務領域的工作是()A．了解長江流域的水土流失狀況B．了解股市行情C．通緝罪犯D．設計時裝5．D6.D[第5題，數字地球的核心是用數字化的手段來處理整個地球的自然和社會等方面的問題，最大限度地利用地球信息資源。“3S”技術為其提供技術支撐，因特網、信息高速公路是其所依賴的技術。第6題，設計時裝主要是指計算機技術在生產、生活中的應用。](教師用書獨具)教材P90探索地理信息系統(tǒng)首先采集數據，標定過去幾年的犯罪地點，然后進行數據處理、空間分析，獲得分析犯罪頻率和犯罪模式，根據分析結果，重新分配警力，使警力資源合理利用，從而減少了青少年的持槍犯罪行為。通過這個例子我們可以看出：地理信息系統(tǒng)是在收集信息的基礎上，處理、存儲、分析和應用，最大限度地合理解決問題。從這個事例可以看出GIS具有以下三種功能：地圖的功能(如標定過去幾年的犯罪地點)、數據庫的功能(如總結利用過去的犯罪信息)、空間分析的功能(如分析犯罪頻率的空間規(guī)律及對犯罪行為空間建模)。教材P96思考GIS可以對區(qū)域內自然資源條件、區(qū)位和交通、人口和勞動力條件以及社會經濟條件等進行更精確的分析、評價。地理信息系統(tǒng)在公眾生活服務方面應用廣泛。隨著個人電腦與互聯(lián)網的迅速普及，地理數據的應用已深入社會公眾生活的方方面面，為居民生產、生活和出行提供方便快捷的地理數據服務。例如，人們外出旅游，可以通過旅游網站查詢到旅游費用、時刻表、旅游線路、目標地的景點分布和服務項目等存儲在GIS數據庫中的數據。教材P96復習題1．常規(guī)的地圖一般繪制在紙張等介質上，這種地圖稱為模擬地圖。模擬地圖制圖工藝過程復雜，成圖周期長，不易保存和及時更新。而利用地理信息系統(tǒng)可以制作電子地圖。電子地圖與紙質地圖相比，具有很多優(yōu)勢：首先，電子地圖以計算機屏幕為顯示設備，以存儲器為存儲設備，易于保存和更新；其次，電子地圖動態(tài)生成，表達方法多種多樣；再次，電子地圖縮放自如，便于瀏覽地理信息；最后，電子地圖與數據庫相連接，具有查詢、計算和統(tǒng)計、分析功能。2．RS是三種技術的基礎，是信息源的主要渠道；GPS是在RS基礎上實現的，其主要功能是定位與導航；GIS是在前二者基礎上實現的，空間信息查詢定位只是GIS最基本的功能之一，除此之外還有其他的基本功能。具體而言，RS、GPS、GIS三者既有分工又有聯(lián)系。RS主要用于地理信息數據的獲取，GPS主要用于地理信息的空間定位，GIS主要用來對地理信息數據進行管理、更新、分析等。RS為GIS提供地理信息數據，可加快GIS數據庫的更新，保證地理信息系統(tǒng)的時效性；GPS為RS信息數據的目標選擇、野外驗證、圖像分類等提供地面定位坐標信息，為更好地利用RS解決實際問題提供支持?！?S”技術之間的關系如下圖所示：教材P97探索這位同學的想法在未來可以實現。采用虛擬技術和網絡技術，跨越時間和空間。全球定位系統(tǒng)主要作