高中地理必修三《遙感技術及其應用》教案

　　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，而且要經過很長的時間才能獲得全面的資料；而用遙感技術，則能在很短的時間內獲得全面的資料，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)內容，教材以1998年長江流域特大洪水淹沒區(qū)估算為例，介紹遙感技術及其應用。

　　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技術的應用

　　遙感技術包括傳感器技術，信息傳輸技術，信息處理、提取和應用技術，目標信息特征的分析與測量技術等。

　　遙感技術依其遙感儀器所選用的波譜性質可分為：電磁波遙感技術、聲納遙感技術、物理場（如重力和磁力場）遙感技術。電磁波遙感技術是利用各種物體／物質反射或發(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。按照感測目標的能源作用可分為：主動式遙感技術和被動式遙感技術。按照記錄信息的表現形式可分為：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、航空遙感技術、地面遙感技術。按照遙感的應用領域可分為：地球資源遙感技術、環(huán)境遙感技術、氣象遙感技術、海洋遙感技術等。

　　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、合成孔徑側視雷達（Side—Looking Airborne Radar，SLAR）。常用的遙感數據有：美國陸地衛(wèi)星（Landsat）TM和MSS遙感數據、法國SPOT衛(wèi)星遙感數據、加拿大Radarsat雷達遙感數據。遙感技術系統(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），地面實況調查系統(tǒng)（如收集環(huán)境和氣象數據），信息分析應用系統(tǒng)。

　　遙感應用：陸地水資源調查、土地資源調查、植被資源調查、地質調查、城市遙感調查、海洋資源調查、測繪、考古調查、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，至今已經經歷了地面用感、航空遙感和航天遙感三個階段。廣義地講，遙感技術是從19世紀初期（1839年）出現攝影術開始的。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的序幕。

　　隨著空間技術、無線電電子技術、光學技術和計算機技術的發(fā)展，20世紀中期，遙感技術有了很大發(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認識到的形式——電磁波，并且發(fā)現不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據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)律轉換為原始圖像。原始圖像被地面站接收后，要經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。

　　問題：遙感技術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，以圖像的膠片或數據磁帶形式記錄下來，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)測網絡系統(tǒng)，覆蓋了北方200多萬平方千米的荒漠化土地。

　　問題：

　　（1）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。

　�。�2）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？

　�。�3）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，憑經驗預測其發(fā)展變化

　　C．預報階段——根據發(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

　　（4）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據資料，跟蹤監(jiān)測、預報等。

　　思考過程1 走近遙感技術

　　1．主干知識

　　遙感技術的概念：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。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、分析的先進技術系統(tǒng)。

　　遙感技術的原理：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

　　遙感技術的作用：遙感技術具有探測范圍大、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7.58×106個。

　　2．思維提示

　　遙感技術是在“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。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)境等進行調整等進行調查、監(jiān)測、評估研究的綜合技術。

　　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)。

　　3．能力提升

　　遙感技術是比較成熟的技術。教材對遙感技術的概念、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”。了解遙感技術在經濟建設和國土整治方面起到了很大的作用。

　　思考過程2 遙感技術的應用領域

　　1．主干知識

　　應用領域 具體內容 備注

　　資源普查 礦產資源、水資源、土地資源、森林草場資源、野生動物資源等 可對農作物進行估產

　　災害監(jiān)測 旱情、水災，滑坡、泥石流、地震、農林病蟲害、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、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

　　遙感技術已被應用于國民經濟的各個領域，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。隨著遙感技術應用的廣度和深度發(fā)展，遙感技術的用途將大大擴展。

　　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，這種依據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、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，有的還應當結合實地調查進行解讀。

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