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2020-2021学年高二上学期地理
湘教版 必修1第3章地理信息技术应用
第4节数字地球学案
[生活链接]　2019年是国际数字地球会议召开的第二十年。20年来，特别是近年来随着大数据和人工智能等技术的进步，数字地球科学技术在促进可持续发展、应对全球环境变化和灾害应急管理方面发挥着越来越重要的作用。
课程标准 学习目标 核心素养
了解数字地球的含义。 了解：谷歌地球、街景地图等数字地图。
知道：数字地球的基本含义。
理解：数字地球各项技术的作用及各项技术的关系。
应用：学会利用生活实例分析感受数字地球的发展对生活及社会发展的影响。 综合思维：了解数字地球的应用前景。
地理实践力：运用电子地图，查询学校、附近城镇、交通、旅游等信息。
自主预习固根基主干引导 夯基固本
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
[自我探究]　“3S”与数字地球有何关系？
[答案]　“3S”是数字地球的技术基础和核心，一方面数字地球的研究和建设为“3S”技术的发展创造了条件，另一方面“3S”技术的发展为数字地球的建设提供了技术支持。
二、数字地球与我们的生活
[自我探究]　“地球村”与“数字地球”有什么相关性？
[答案]　“数字地球”的出现，实现了信息高速公路和国际互联网的广泛使用，“缩小”了我们的生活空间，“缩短”了我们联系交往的时间，使我们生活的世界成为一个全球性、同时性的“地球村”。
1．数字地球即(　　)
A．数字化、信息化的虚拟地球
B．用数字度量半径、体积、质量等的地球
C．用经纬网络描述的地球
D．“信息高速公路”
答案　A
解析　数字地球是将地球上每一点的信息经过数字化后呈现出的虚拟地球。
2．数字地球数据传输的基础是(　　)
A．高速网络技术 B．可视化技术
C．高分辨率卫星遥感技术 D．大容量数据存储技术
答案　A
解析　数字地球数据传输的基础是高速网络技术；高分辨率遥感技术可以为数字地球提供基本空间数据。
[教材P104活动]
1．略。
2．数字地球是我们星球的模拟体现，它汇集了人的经验，并使用了大量自然、文化和历史数据。根据用户的兴趣提供数据接口和标准，使获得的地理参照数据在遥感、制图、统计、医学材料和其他来源的基础上为用户所利用。
[教材P107活动]
(1)数字地球(Digital Earth)是当代最新一种概念。通俗地讲，就是把地球和人类的各种信息用地图(地理信息)串起来，装在电脑网络中，形成一个全球信息系统，这就叫“数字地球”。
(2)世界上几乎所有信息都具有地理属性，比如资源、环境、灾害、人口、气象、生物、生态、水文等信息都可以放入“数字地球”。
(3)“数字地球”的应用潜力是巨大的，它几乎涉及人类生活的各个方面，因此，随着可访问和可使用的全球地理信息的日益增长以及遥感、全球定位系统等技术对信息的实时支持，“数字地球”将在虚拟外交、打击犯罪活动、支持农业生产等领域取得广泛应用。此外，“数字地球”还将在预测气候变化、保护生物多样性、防灾减灾以及虚拟教育等领域具有广阔的应用前景。
主题探究提素能创设情境 激活思维
探究点　数字地球的含义
2017年1月14日，英国《每日邮报》报道了萨罗跨国寻亲的故事。报道称，萨罗还将自己的这段真实经历写成书，书名为《漫漫寻亲路》，成为亚马逊的畅销书之一。2016年11月，根据这本书改编的电影《雄狮》在北美上映，并荣获4项金球奖提名。今年35岁的印度裔澳大利亚人萨罗·布莱尔利，25年后，他凭借隐约的记忆，用谷歌地球搜到了过去的家，还在养父母的支持下，回印度找到了自己失散多年的家人。实际上，利用Google Earth可带你飞往地球上的任何地方，可以在Google Earth上看到卫星图像、地图、地形和3D建筑以及大洋、峡谷，包括外太空的银河系。可以探索丰富的地理知识，保存你游览过的地点，并将其与他人分享。
据此探究下列问题。
(1)Google Earth有哪些具体功能？
(2)有人直接把Google Earth翻译成数字地球，这种说法科学吗？
(3)数字地球涉及的关键技术各有哪些主要功能？
[答案]　(1)结合卫星图片、地图以及强大的Google搜索技术，可获得地球上的任何地理信息。如搜索学校、公园、餐馆、酒店等，获取驾车指南，提供3D地形和建筑物，其浏览视角支持倾斜或旋转，保存和共享搜索和收藏夹，添加自己的注释等。
(2)不科学。数字地球是地球数据信息的数字化，然后用三维成像的方式展示出来，是纯数字虚拟化；Google Earth是把卫星图片按照三维数据拼接起来，是原本实体图片的立体化。因此，Google Earth仅仅是数字地球的一个应用方面。
(3)信息高速公路与高速网络主要用于传输信息；高分辨率卫星遥感技术用于采集信息；空间信息技术用于处理信息；大容量数据存储技术用于存储信息；可视化和虚拟现实技术以及高性能计算能力用于输出信息。
数字地球的关键技术及与“3S”的关系
(1)数字地球的关键技术
技术 作用 地位
信息高速公路与高速网络技术 通过高速网络把分散在数以万计机构的数据库中的数据迅速从四面八方调来 数据传输的基础
高分辨率卫星遥感技术 为人类提供反映地表地理要素动态变化的翔实数据 是数字地球最基本的空间数据
空间信息技术与空间数据基础设施 GIS的优势是将空间信息应用在地球研究中 GIS、GPS与网络结合，构成空间核心技术
大容量数据存储技术 需要把地球上高达1 000万亿字节级的信息存储起来 数字地球信息存储的基础
可视化和虚拟 现实技术 可视化技术是将计算机中的抽象数据具体化；虚拟现实技术是运用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 是实现数字地球与人交互的窗口和工具
高性能计算能力 用高速计算机模拟地球上复杂的巨系统 数字地球的核心
(2)数字地球与各种应用技术的关系
全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚拟现实技术、高速网络技术等是数字地球的基础。它们之间的关系如下所示：
目前，我国已经建成“数字中国”的地理空间框架，“天
上看、地上查、网上管”的国土资源管理运行体系初步形成，大大提升了国土监管能力。据此回答(1)～(2)题。
(1)对土地资源“天上看，网上管”，分别运用的现代地理技术是(　　)
A．遥感和地理信息系统
B．全球定位系统和地理信息系统
C．遥感和全球定位系统
D．全球定位系统和数字地球
(2)从国情出发，我国应用高科技手段开发国土资源动态监管的主要目的有(　　)
①严格保护耕地，保障国家粮食安全　②指导城市交通运输　③控制建设用地规模，节约用地　④建立灾害预警系统，减少灾毁耕地
A．①② B．③④
C．①③ D．②④
[解题思路]　第(1)题，“天上看”要靠遥感技术来获取土地资源的最新信息，“网上管”则是利用地理信息系统的分析功能。第(2)题，我国应用高科技手段开展国土资源监管，监测土地资源，保护耕地。
[答案]　(1)A　(2)C
[方法指导]　根据过程分析数字地球的关键技术
探究点　数字地球与我们的生活
第六届数字地球高峰会议于2016年7月7日至8日在北京召开。本届峰会以“大数据时代的数字地球”为主题，研讨大数据背景下数字地球理论、技术与应用的现状与发展。
以农业为例，它在农业信息遥感、太空农业等领域有广阔的研究前景。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。
据此探究下列问题。
(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，还有哪些领域可以应用“数字地球”的相关技术？
[答案]　(1)“数字地球”相关技术在我国农业可持续发展方面可做如下工作：资源利用状况调查；合理布局农业；监测并预报气候变化及旱涝灾害；光热及农作物产量预测；农业污染监测、预报，并提出解决措施等。
(2)在全球问题的研究中，除农业外，还有全球温室效应；海平面上升；臭氧层分布；全球生态环境监测；全球气候预报；全球生物分布；全球生产结构监测等。
数字地球的应用前景
应用前景 作用 具体表现
可持续 发展 数字地球的建立，使人类拥有了一个数字化的空间实验室，科学家通过这个实验室可以从全球角度研究可持续发展问题 科学家可快速、方便地获得地形、森林、资源、气候、植被、土壤类型、矿产、土地利用变化等方面的信息，应用空间分析与虚拟现实技术，模拟人类活动对生产和环境的影响，制定可持续发展的对策
政府决策 数字地球可为国家大型工程决策提供重要的参考数据；为政府对城市的管理提供依据 ①利用数字地球可以为是否修建水库提供依据；②可以通过GIS分析犯罪模式和犯罪频率，合理分配警力资源
百姓生活 数字地球提供了前所未有的方便 ①接受远程教育；②网上购物；③参加交互娱乐项目
数字城市以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真—虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。据此完成(1)～(2)题。
(1)有关数字城市的叙述，错误的是(　　)
A．与数字地球是并列的两大信息系统
B．能以数字的形式获取、存储和再现城市的资源、基础设施、人文、经济等方面的信息
C．有利于提高城市管理效率
D．可以为城市可持续发展提供决策支持
(2)数字城市的作用主要包括(　　)
①提高城市管理效率　②节约资源和保护环境　③实现城市的可持续发展　④为人类创造高效的、信息化的工作环境和舒适、方便、安全、现代化的生活环境
A．①②③ B．②③④
C．①②④ D．①③④
[解题思路]　数字城市是数字地球的一部分，它综合运用了地理信息系统、遥感、全球定位系统、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，以数字的形式获取、存储和再现城市的资源、基础设施、人文、经济等各个方面的信息，从而提高城市管理效率，节约资源和保护环境，为城市可持续发展提供决策支持。数字城市的作用之一是为城市可持续发展提供决策支持，而不是直接实现城市的可持续发展。
[答案]　(1)A　(2)C
[方法指导]　1.3S技术的比较
遥感的主要功能是获取信息，在资源普查、环境和灾害监测中的应用(可对农作物进行估产、有助于防灾减灾)；GPS的主要功能是定位和导航；GIS的主要功能是对数据进行分析处理，在城市管理中应用于城市的信息管理与服务、交通道路管理、环境管理以及城市规划、防灾减灾。
2．数字地球与3S技术的关系
数字地球并不是单纯的地理信息技术，它是地理信息技术和地球信息、人文信息数据的大集合，是一个全新信息概念，也是一个计算机技术、网络技术等的综合概念。
小题速测试身手对点迁移 及时反馈
探究点1　数字地球的含义
“大陆漂移说”的创建者魏格纳曾预言：“只有将所有地球科学提供的信息结合起来的时候，我们才寄希望于确定‘真理’”。今天，魏格纳所期盼的这个“时候”正在悄悄来临，这就是数字地球。据此完成1～2题。
1．数字地球的含义是(　　)
A．数据通信技术的发展，使地球上的信息表达的方式日益数字化
B．地球的大小有一定的数量范围
C．数字领域的发展已成为地球上所有学科发展的基础
D．计算机的应用已遍布全球
答案　A
解析　数字地球是指信息化的地球，数字地球将有关地球每一点的信息，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。
2．构成数字地球的空间核心技术是(　　)
A．GPS、GIS与网络的结合
B．卫星遥感技术与大容量数据存储技术结合
C．可视化和虚拟现实技术的结合
D．空间信息技术与高性能计算机结合
答案　A
解析　GIS的优势是将空间信息应用到地球研究中。为了满足数字地球对综合数据的处理与应用的需求，GIS、GPS与网络结合，构成数字地球的空间核心技术。
探究点2　数字地球与我们的生活
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。据此完成3～4题。
3．关于数字地球的正确叙述是(　　)
A．数字地球就是指因特网
B．数字地球就是指“信息高速公路”
C．数字地球将有关地球上每一点的信息，按地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型
D．数字地球的核心就是用数字化手段来处理地球上自然方面的问题
答案　C
解析　数字地球是一个庞大而复杂的系统，涉及诸多关键技术，信息高速公路和高速网络技术是其关键之一。数字地球不仅可以处理自然方面的问题，还可以处理社会问题。
4．下列不属于“数字中国”服务领域的是(　　)
A．了解长江流域的水土流失情况
B．了解股票行情
C．通缉罪犯
D．设计时装
答案　D
解析　“数字中国”储存有大量的自然和社会信息，利用“数字中国”的数据可掌握各地的治安状况，有利于恰当地部署警力，打击犯罪；可以方便地了解股票行情；利用长江流域监控网可了解长江流域的水土流失情况；而设计时装并不属于“数字中国”的服务领域。

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