高中地理湘教版必修 第三章地理信息技术应用第四节数字地球教案含解析

第四节数字地球

１．数字地球的基本含义。

２．数字地球各项技术的作用及各项技术的关系。

３．利用生活实例分析数字地球对生活及社会发展的影响。

一、数字地球的含义

１．含义

数字地球是信息化的地球——地球的虚拟对照体。

２．制作

将有关地球上每一点的信息，按地球的地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型。

３．优点

可以快速、形象地了解地球上的任何一点、任何方面的信息。

４．核心

用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会等方面的问题，最大限度地利用资源，并使人们能够通过一定方式，方便地获得有关地球的信息。

５．关键技术

（１）信息高速公路与高速网络技术。

（２）高分辨率卫星遥感技术。

（３）空间信息技术与空间数据基础设施。

（４）大容量数据存储技术。

（５）可视化和虚拟现实技术。

（6）高性能计算能力。

二、数字地球与我们的生活

１．利用数字地球的数据，可掌握各地的治安状况，有助于恰当部署警力打击犯罪。

２．可模拟环境变化对濒危物种的影响，以便于采取有效措施保护生物多样性。

３．掌握作物病虫害及其生长情况，科学施药、施肥，可以提高作物产量。

４．学者们可以利用数字地球开展学术研究。

[问题探究]

读教材P１0５图３—５6，探究下列问题。

探究据图分析怎样理解高分辨率？

提示：分辨率分为空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率是指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面上的大小来表示；光谱分辨率指成像的波段范围，分得越细，波段越多，光谱分辨率就越高；时间分辨率是指重访周期的长短，目前一般对地观测卫星的重访周期为１５～２５天。

[总结深化]

１．数字地球的概念

２．数字地球的关键技术

３．RS、GIS和GPS与数字地球之间的关系

[方法指导] “３S”技术手段的选取

（１）“点”与“面”判断GPS

GPS的主要功能是定位和导航。它的最大特点是工作对象是一个“点”或“多个点”，明显区别于RS和GIS技术的工作对象——“面”。在“３S”技术中选取适当手段时，要看其工作对象是“点”还是“面”，如果是“点”则选用GPS，如果是“面”则选用RS或GIS。

（２）“想”与“看”区分GIS、RS

GIS是地图的延伸，主要功能是进行空间数据的分析和处理。对“事象”的发展变化进行预测、评估，需要计算、思考，即“想”，凡是需要“想”的选GIS。RS是人的视力的延伸，主要功能是收集信息，即“看”，只“看”不用“想”的选用RS。

[对点演练]

阅读材料，回答问题。

Google Earth是一款由Google公司开发的虚拟地球仪文件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置

在一个地球的三维模型上。

Google Earth使用了公共领域的图片、受许可的航空照相图片、KeyHole间谍卫星的图片和很多其他卫星所拍摄的城镇照片。

（１）Google Earth所需的数据是如何存储的？这些最基本空间数据是如何获得的？

（２）Google Earth的空间数据的基础设施是什么？

（３）在Google Earth中，可视化技术和虚拟现实技术有何区别？

（４）根据你的理解，Google Earth涉及哪些关键性技术？

解析：第（１）题，Google Earth所需数据异常庞大，已不可能通过单一的数据库存储，需要分散在数以万计的数据库中；作为数字地球的一种，其最基本的空间数据来自高分辨率卫星遥感技术。第（２）题，空间数据的基础设施主要包括空间数据管理体系、空间数据交换网、空间数据交换标准等。第（３）题，可从含义、与人之间的关系两个角度归纳。第（４）题，Google Earth是一种网络化的数字地球形式，它的建立需要地理信息技术和其他相关科学技术的支撑。

答案：（１）分散在不同机构的数据库。高分辨率卫星遥感技术。

（２）空间数据管理体系、空间数据交换网、空间数据交换标准。

（３）可视化技术：将计算机中的抽象数据具体化，以文本、图形、图像、声音、动画、视频等各种形式表现出来，它是实现数字地球与人交互的窗口和工具。

虚拟现实技术：可以生成虚拟环境；运用视觉、听觉、嗅觉、触觉感官与人体的自然技能感受逼真的虚拟环境，与虚拟世界进行交互，完成各种虚拟过程。

（４）信息高速公路与高速网络技术、高分辨率卫星遥感技术、空间信息技术与空间数据基础设施、大容量数据存储技术、可视化和虚拟现实技术等。

[总结深化]

１．数字地球的应用前景

（１）可视电话：不仅可闻其声，而且可见其人。

（２）网络购物：足不出户，通过互联网络浏览世界各地的商品，办理商品邮购。

（３）无纸交易：利用互联网实现方便、清洁、安全的电子结算和信用卡付账，纸币将逐渐退出流通领域。

（４）电视会议：多媒体会议系统将在世界各地的与会者组织在一个虚拟的会议大厅里，人们远隔万里也可以举行会议。

（５）视频点播：不受电视台播放节目限制，可随时向网上视频库点播自己所喜爱的节目。

（6）居家办公：利用家庭计算机网络和办公自动系统，完成承担的工作任务。

（7）远程教育：通过互联网实现老师、媒体、学生的自主交流，任何人均可享用网上的教育资源。

（8）远程医疗：利用多媒体的三维图像信息处理与传输技术，进行远程医疗。

[对点演练]

阅读下列材料，回答有关问题。

４月４日至6日，第十届国际数字地球会议在澳大利亚悉尼召开，会议以“数字地球，改变未来”为主题，由总部设在中国科学院的国际数字地球学会主办，澳大利亚测绘空间科学研究所、澳联邦空间信息产业联盟等机构承办。来自中国、美国、德国、意大利、澳大利亚、新西兰等２7个国家及相关国际组织的600余位代表参会。

以农业为例，它在农业信息遥感、太空农业等方面有着广阔的研究前景。一些国家利用资源卫星进行农业资源调查、作物长势和产量监测等。例如，美国利用资源卫星在估测本国小麦产量的同时，还对其他国家小麦产量进行估测，根据所得数据制定生产布局、储运、加工等计划，确定对外贸易策略，由此每年可获利数亿美元。

（１）根据材料推断，“数字地球”相关技术在“我国农业可持续发展”方面可做哪些工作？

（２）在全球问题的研究中，除农业外，还有哪些领域可以利用“数字地球”的相关技术？

解析：第（１）题，关于“数字地球”及相关技术在“我国农业可持续发展”方面可做的工作，一方面要分析影响农业生产的因素，包括自然条件、社会经济条件和农业技术改革对我国农业的影响。另一方面要分析“数字地球”相关技术对这些影响因素所能产生的良性影响，再就是要消除现代农业发展过程中所产生的不良影响，实现农业的可持续发展。它应用于农业的布局、灾情预报、污染状况、解决措施等方面。第（２）题，在全球问题的研究中，除农业外，其他领域也可以运用“数字地球”相关技术解决问题。如全球温室效应、海平面上升、臭氧层破坏、地震分布、地形遥感、全球生态环境监测、全球气候预报、生物分布、生产结构监测、矿产监测等。

答案：（１）土地资源利用状况的遥感调查，合理布局农业；监测预报气候变化、旱涝、作物长势和产量预测，提高抗灾能力；农业污染环境状况监测与预报，提出解决措施等。

（２）全球温室效应、海平面上升、臭氧层破坏、地震分布带、地形遥感、全球生态环境监测、全球气候预报、生物分布、生产结构监测等。（答三点即可）

数字地球需要很多学科，特别是信息科学技术的支撑，根据其技术特点完成１～３题。

１．数字地球提供的信息量主要取决于（）

Ａ．存储的信息量多少Ｂ．网络的通讯能力

Ｃ．应用需求Ｄ．用户的技术水平

２．实现数字地球与人交互的窗口和工具是指（）

Ａ．高分辨率卫星遥感技术

Ｂ．空间信息技术

Ｃ．可视化技术

Ｄ．虚拟现实技术

３．信息高速公路与高速网络技术在构建数字地球系统中的作用有（）

Ａ．传输分散在众多数据库中的数据

Ｂ．把卫星收集到的各种数据输送到地球

Ｃ．传输计算机网络中的抽象化数据

Ｄ．传输和模拟地球上图像的数据信息

解析：１．A ２．C ３．A 第１题，数字地球提供的信息量主要取决于其存储信息的多少。第２题，可视化技术能够将计算机中抽象的数据具体化，以文本、图形、图像、声音、动画、视频等各种形式表现出来，它是实现数字地球与人交互的窗口与工具。第３题，信息高速公路与高速网络技术结合，可以传输分散在数以万计机构的数据库中的数据。

中国政府和学术界在数字地球的基础上提出“数字中国”的构想。构想中的“数字中国”将建立一个统一完整的国家公用信息网。它集成了国家经济信息网、国土资源信息网、长江流域监控网等网络的信息，并将促进这些系统的综合利用。结合所学知识回答４～５题。

４．有关“数字中国”的叙述，正确的是（）

Ａ．“数字中国”就是指因特网

Ｂ．“数字中国”就是“信息高速公路”

Ｃ．“数字地球”是用数据通信技术使中国某些基本信息的表达方式数字化

Ｄ．“数字中国”只能方便人们的生活，并不能创造实实在在的财富

５．下列不属于“数字中国”服务领域的工作是（）

Ａ．查询长江流域的水土流失情况

Ｂ．查询股票行情

Ｃ．通缉罪犯

Ｄ．设计时装

解析：４．C ５．D 第４题，“数字中国”是“数字地球”的一种形式；信息高速公路、网络技术等是支撑“数字中国”的技术；“数字中国”提供了人们生产、生活中很多必需信息；它可以减少污染和自然灾害造成的损失，因此同样可以创造实实在在的财富。第５题，时装设计需要具体通过设计人员进行设计。

精确农业是由信息技术支持的、根据空间变异定位、定时、定量地实施一整套现代化农事操作技术与管理的系统，是实现农业低耗、高效、优质、安全的重要途径。读精确农业系统工作示意图，回答6～8题。

6．精确农业决策支持系统所采用的地理信息技术是（）

Ａ．GPS Ｂ．GIS

Ｃ．RS Ｄ．数字地球

7．为了制作农田的产量电子图，需要获取田间作物生长情况和产量的空间分布信息，所采用的地理信息技术是（）

Ａ．GPS Ｂ．GIS

Ｃ．RS Ｄ．数字地球

8．根据肥力电子图对农田进行精确施肥，需要借助的技术是（）

Ａ．GPS Ｂ．GIS

Ｃ．RS Ｄ．数字地球

解析：6．B 7．C 8．A 第6题，读图可知，精确农业决策支持系统利用肥力电子图、土壤状况电子图、产量电子图等进行技术评估，由此判断所采用的地理信息技术是GIS。第7题，RS（遥感）的主要功能就是获取各种地理信息。第8题，精确施肥就是根据不同地块土壤的肥力、农作物生长情况，进行精确定点的投放肥料，需要借助的技术是GPS。

9．“３S”技术之间密切相联，它们都为数字地球提供了技术支撑。结合“３S”技术的综合应用图，完成下列问题。

（１）图中１２３４５⑥箭头指向线分别表示“３S”技术的不同应用功能，其中表示“提供影像信息功能”的是____和______，表示“提供空间定位信息功能”的是______和______，表示“反馈影像信息处理结果”的是______。

（２）图中各个圆的重叠部分分别代表RS、GPS、GIS不同组合的综合应用，其中重叠部分乙代表GIS与RS技术的组合，丙代表____________技术组合。在图中所示的各个综合应用中任选一种组合，写出应用实例。

解析：第（１）题，结合“３S”技术各自的功能分析。第（２）题，由图可知，丙为GIS与GPS相交重叠处，应用结合教材所学知识分析作答。

答案：（１）１５４⑥２

（２）GIS与GPS

甲：RS获取矿床露头信息，GIS分析矿产种类，GPS确定矿床露头位置。

乙：RS获取水灾淹没区的动态信息，GIS分析水灾损失。

丙：装载GPS接收机的运钞车发送位置信息到监测中心，GIS监测运钞车是否偏离预定线路。

丁：RS获取森林火场遥感信息，并可判断火势蔓延方向，GPS获取火场精确位置，引导消防队员及时、准确到达灭火地点。（甲、乙、丙、丁任答一点）

一、选择题（每小题４分，共４４分）

中国科学院对地观测与数字地球科学中心某专家说：“数字地球，不再是给你什么，你就只能拿到什么，而是你想拿到什么就能拿到什么，这不是空中楼阁，如果系统足够大、数据源足够多、网络宽带也足够快，每个人都可以在网上操作数字地球系统，收获并创造你所要的信息和知识。”结合所学知识，完成１～２题。

１．关于数字地球的叙述，正确的是（）

１数字地球是数字化地球

２数字地球已经能满足人类目前的需要

３数字地球的最大特征是虚拟现实技术

４数字地球采取集中方式存储信息

Ａ．１２Ｂ．１３

Ｃ．２３Ｄ．３４

２．下列不属于数字地球服务领域的工作是（）

Ａ．了解土地利用的变化

Ｂ．了解各地的风土人情

Ｃ．分析人口增长与社会发展

Ｄ．直接抓获犯罪分子

解析：１．B ２．D 数字地球是对数字化地球的简单说法；目前数字地球正处于不断完善之中，还无法满足人类目前的需要；数字地球是虚拟的地球，虚拟现实技术是数字地球的最大特征；数字地球需要存储大量信息，采用在全球网络中分布式存储。数字地球能够使人们通过一定方式方便地获得他们所想了解的，如A、B、C项的信息，而D项直接抓获犯罪分子还需要相关部门具体实施操作。

目前，地理调查手段越来越多样化和电子化，表达的方式也各有特色。现在有一地理小组为了弄清泉州市的自然、人文特征以及发展历程，开展了一系列的调查工作。请利用所学的知识和技能，完成３～４题。

３．地理小组就调查的若干项目资料进行了研究。下列对调查内容及其资料的描述，错误的是（）Ａ．为了能利用地理信息技术分析泉州市的产业分布状况，要收集数字地图和统计资料

Ｂ．利用新旧航空图片的对比来研究泉州市的地形、城市化问题

Ｃ．利用住宅地图来调查泉州市区各分区的人口构成、老龄化等问题

Ｄ．在泉州市某企业的网站上调查该企业下属企业的概况

４．地理小组为了将调查结果图形化，学习利用了图表知识。下列关于图形化的叙述，最合适的是（）

Ａ．用点状图表示泉州市的交通路线

Ｂ．用流线图表示各郊区蔬菜产量

Ｃ．用等值线图表示到泉州市旅游的各省游客数量

Ｄ．用分层设色图表示泉州市的人口密度状况

解析：３．C ４．D 第３题，可利用住宅地图来调查泉州市区各分区的人口分布。第４题，分层设色图可以很好地表示泉州市人口密度状况。

国家发展改革委、国家测绘地理信息印发的《测绘地理信息事业“十三五”规划》中指出，在数字中国地理空间框架的基础上构建地理国情监测、航空航天遥感测绘、全球地理信息资源开发协同发展的公益性保障服务体系等。据此完成５～8题。

５．应用网络技术可能对国家安全构成的直接威胁是（）

１在互联网上存在着许多很容易扩散的计算机病毒

２敌对势力利用网络散布谣言，扰乱社会秩序

３外国情报机构可以利用网络技术窃取国家机密

４网上黑客经常破坏一些计算机网站

Ａ．１２Ｂ．２４

Ｃ．２３Ｄ．３４

6．“数字中国”的出现意味着（）

Ａ．科技创新日益全球化

Ｂ．科学技术是先进生产力的集中体现

Ｃ．科技的发展离不开雄厚的经济实力

Ｄ．任何科技都是为政治服务的

7．数字国土的重要基础是（）

Ａ．遥感技术

Ｂ．全球定位系统

Ｃ．地理信息系统

Ｄ．高速宽带网的建设及其传输速度

8．数字国土的最大特征与依据是（）

Ａ．虚拟现实技术Ｂ．分散式存储

Ｃ．全球网络Ｄ．高分辨率卫星影像

解析：５．C 6．B 7．D 8．A 第５题，答题的关键是“对国家安全的直接威胁”，计算机病毒和网上黑客对所有计算机都有危害，其对国家的危害往往是间接的。第6题，“数字地球”集中了很多当前最新技术，而新技术是生产力进步的重要体现。第7题，数字国土的实现需要大规模的存储空间，把信息分开存储到全国各地的计算机，使用时迅速从各地的数据库中调出来，因此，高速宽带网络的建设及其传输速度是建立数字国土的重要基础。第8题，数字国土的最大特征与依据是虚拟现实技术，虚拟现实是计算机虚拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。

“数字校园”是“数字地球”的具体利用与体现。读数字校园的应用图，回答9～１１题。

9．“数字校园”是指（）

Ａ．对校园内所有信息资源的数字化

Ｂ．远程教育和网上学校

Ｃ．计算机辅助地理教学

Ｄ．建设虚拟学校

１0．“数字校园”的思想核心是（）

Ａ．信息资源的数字化Ｂ．建设网上学校

Ｃ．发展远程教育Ｄ．减轻师生的课业负担

１１．未来借助于“数字校园”技术，有关地理教学的变化的说法，不正确的是（）

Ａ．不再使用地球仪，学生只要戴上显示头盔，就能看见太空中的地球

Ｂ．对于区域的学习，利用声音识别系统就能够得到关于行政区范围、动植物物种等信息

Ｃ．课堂上不需要老师，学生完全靠计算机自学

Ｄ．想要了解有关地区更多的信息，可通过“数据手套”，单击一下链接按钮，就能够看见

解析：9．A １0．A １１．C 第9题，“数字校园”是利用网络、通信技术对校园内的信息资源

进行全面的数字化，通过整理加工，使这些信息资源能够有序地运转，从而更好地为教学、科研、管理和生活服务。第１0题，把学校建设成既面向校园，又面向社会的一个超越时间和空间的虚拟学校，使更多的人能够共享教育资源。第１１题，虽然数字校园技术能大大丰富课堂教学，但教学依然离不开教师的主导作用。

二、综合题（共５6分）

１２．阅读材料，完成下列问题。（３２分）

材料一美国政府首先提出了“国家信息基础设施”建设计划，这一计划被形象地称为“信息高速公路”计划。

材料二美国副总统戈尔提出“数字地球”概念，一般认为“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一的数字化和信息化，以空间数据为依托，以虚拟现实技术为特征，具有三维界面和多种分辨率浏览器的面向公众开放的系统。

材料三现代战争是数字技术之间的较量，谁占据信息，谁就更富有和安全，谁失去信息，谁就会贫穷挨打。海湾战争中，多国部队向中东地区所投的炸弹中精确制导炸弹占全部炸弹的7．6%,的伊拉克战争中美军精确制导炸弹比重达到了80%～90%。

（１）美军精确制导炸弹的关键技术是____________。（４分）

（２）简述数字地球产生的科学技术背景。（8分）

（３）美国提出建设数字地球这一战略举措有何重大意义？（１0分）

（４）我国目前正在积极建设“数字中国”。“数字中国”对我国国土整治有何重要意义？（１0分）解析：解答本题需要具备较强的综合分析能力。第（１）、（２）题，只要具备GPS和数字地球的基础知识，就可轻松作答。第（３）、（４）题，需要结合材料以及所学知识认真思考分析，将所学知识灵活运用。

答案：（１）全球定位系统（GPS）

（２）遥感、遥测技术、全球定位系统及地理信息系统等空间科学技术已成为研究地球现象的重要手段；信息传输技术，尤其是信息高速公路的建设迅速发展，为数字地球的诞生奠定了技术基础。

（３）通过继续把持信息技术和信息产业的制高点，推动经济的发展；数字地球是信息高速公路的自然延伸，为信息高速公路提供更丰富、多样、重要的信息资源，维持全球战略的需要；数字地球将进一步

增强美国国力，提高其对全球事务的快速反应能力和国际热点地区的发言权。

（４）促进国土资源的调查、摸清家底，建立国土资源信息库；有利于政府决策的科学化；有利于国土规划、国土开发、国土管理等国土整治工作。

１３．广州某中学研究性学习小组搜集有关南极科考与“３S”技术的材料，开展研究性学习。阅读材料，回答问题。（２４分）

材料一１１月8日，中国第３４次南极科学考察队乘坐“雪龙”号向南极再次出征。于４月返回上海，此次考察队取得丰硕成果。

材料二在南极中山站前使用探测仪器的科考队员。

（１）南极科考队为安装大型望远镜设备选址并准备场地，应用的地理信息技术是________；考察队员监测南极冰川和海岸线变化要利用到的地理信息技术是________。（8分）

（２）“数字南极”的构建是我国南极科考的重要任务。下列对“数字南极”的利用，叙述错误的是________。（6分）

Ａ．方便查阅南极地区的三维地图及地图信息

Ｂ．可以对附近地区冰川、海岸线的变化进行观察分析

Ｃ．为防止极冰融化提供治理的技术

Ｄ．对地物相关信息的分析采用数字化处理

（３）利用地理信息技术在对南极地区进行勘探研究中，除了上述应用外，还有哪些用途？试举两例。（１0分）

解析：第（１）题，选址过程要通过GIS进行空间分析，位置的确定要应用GPS，监测环境的变化需用RS。第（２）题，“数字南极”不能提供治理极冰融化的技术，但能为极冰融化的治理提供有用的分析数据。故选C。第（３）题，可从GPS、RS、GIS等技术的应用，结合南极科考现状进行分析。例如利用GPS测量观测点的海拔高度，确定科考队员的位置；利用RS探测资源状况；利用GIS绘制资源分布图。

答案：（１）GPS、GIS RS （２）C （３）利用GPS测量观测点海拔高度，确定科考队员位置；

利用RS探测资源状况；利用GIS绘制资源分布图；利用RS监测自然灾害等。