地理信息技術及其應用

左東奇

一、考綱解讀

地理信息技術的應用在考綱中有四個考點：遙感（RS）在資源普查、環(huán)境和災害監(jiān)測中的應用；全球定位系統(tǒng)（GPS）在定位導航中的應用；地理信息系統(tǒng)（GIS）在城市管理中的功能；數(shù)字地球的含義。縱觀近幾年的高考試題，立足于能力立意，著重考查考生分析、探究解決問題的能力。試題情境的設置并不局限于考點所規(guī)定的應用范圍，而是有所擴展，取材極其廣泛?？忌鷤淇紩r要對各項地理信息技術及其組合進行透徹理解和把握。

二、考點解讀

地理信息技術類試題的解答必須在理解3S技術的概念、工作原理、功能和應用范圍的基礎上進行，結合試題相關情境信息的提取，做到有的放矢。一項工作可用到一種或幾種3S技術，要認真審清題目，提煉題目中提供的有用信息。如某山區(qū)森林火災發(fā)生，著火地點的確定應用了GPS技術，火災范圍的動態(tài)檢測應用了RS技術，GIS技術可以對火勢情況進行分析和預報。

1.遙感（RS）。遙感是應用相關儀器從遠處獲得觀察對象信息的綜合技術。它的基本工作原理是利用裝在飛機或人造衛(wèi)星等上面的光學和電子設備，接受地球上物體反射或輻射的電磁波，形成影像，再將影像傳回地面接收站，使用處理和識別設備對影像進行處理和分析，獲得地物的信息。

遙感的功能表現(xiàn)在能夠精確觀測遠距離、大范圍的地理事物，如地球影像、黃土高原影像的獲??；能及時、持久地檢測事物的發(fā)展變化，如對臺風、沙塵暴的發(fā)生發(fā)展和消亡進行動態(tài)監(jiān)測等?？蓱糜跍y繪制圖、自然資源調(diào)查、環(huán)境與災害監(jiān)測評價等。

2.全球定位系統(tǒng)（GPS）。GPS是美國研發(fā)的精密衛(wèi)星定位與導航系統(tǒng)，具有海陸空全方位實時三維定位與導航能力，可以同時獲得地面點的經(jīng)度、緯度、高程、速度。GPS由空間系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶系統(tǒng)三部分組成。其定位原理是：由已知空間位置的GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，在地面（或空中）的GPS接收機跟蹤接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，測量信號從衛(wèi)星到接收機的傳播時間，計算出衛(wèi)星到接收機的距離。如果接收到3顆衛(wèi)星信號，GPS接收機可以計算出接收機所在位置的經(jīng)度、緯度和高程。若接收到4顆衛(wèi)星信號，就可以獲得定位時間。若捕捉到四顆以上的衛(wèi)星信號，就可以提高定位精度。若接收機不斷更新位置，就可以解算出移動方向和速度。

GPS可用于野外勘探包括測繪與資源勘探、交通運輸（車輛、船舶、飛機跟蹤、調(diào)度、路徑選擇等）、軍事（飛機、火炮、地空導彈、制導炸彈等）、旅游導航等領域。

3.地理信息系統(tǒng)（GIS）。GIS是以數(shù)據(jù)庫為基礎，在計算機軟硬件支持下，對地理數(shù)據(jù)進行輸入、存儲、管理、處理、分析和輸出的計算機技術系統(tǒng)。它一般由計算機系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和應用人員三部分組成。GIS具有四項基本功能，即數(shù)據(jù)輸入與編輯、數(shù)據(jù)存儲與管理、空間查詢與分析，制圖與產(chǎn)品輸出。GIS依托這些基本功能，解決實際的地理問題。

地理數(shù)據(jù)有矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)兩種表示方法，如圖2所示：

GIS的數(shù)據(jù)分析方法有緩沖區(qū)分析和疊加分析兩種方法?？捎糜谡芾恚ü苍O施、土地、交通、環(huán)保等）、公眾生活服務（生產(chǎn)、生活、出行等）、科研與國防應用等領域。

在3S技術中，遙感具有快速采集地理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，為GIS提供多種類、多時相和大范圍的地理信息源，也使GIS實現(xiàn)資源與環(huán)境動態(tài)監(jiān)測及數(shù)據(jù)庫的實時更新成為可能；GPS是地理事物和現(xiàn)象快速、精密定位的現(xiàn)代化工具，直接為遙感信息和地理信息的快速定位提供保證；GIS則為遙感信息的處理、分析和應用提供技術支持，GIS中存儲的電子地圖等信息可為GPS定位導航提供依據(jù)。3S技術具有互補性，它們有機結合，即RS和GPS向GIS提供或更新區(qū)域信息以及空間定位，GIS提供相應的信息查詢和智能化空間分析等重要功能，三者結合構成相得益彰的現(xiàn)代地理科學技術體系。

4.數(shù)字地球（DE）。數(shù)字地球是美國提出的新概念，是指按照地理位置把地球上每一點的信息都儲存在計算機里，人們可以通過因特網(wǎng)查找和顯示所需要的任何信息。中國認為數(shù)字地球是對真實地球的數(shù)字化重現(xiàn)，是以多分辨率地球空間數(shù)據(jù)為基礎，以高速計算機網(wǎng)絡為信息通道，以虛擬現(xiàn)實為信息表達形式的現(xiàn)代化信息服務系統(tǒng)。中國數(shù)字地球由國家信息基礎設施、國家地理數(shù)據(jù)基礎設施和數(shù)字地球?qū)嶒炇一厝糠纸M成。國家信息基礎設施主要是建設寬帶網(wǎng)絡、實現(xiàn)電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)與因特網(wǎng)相連接。國家地理數(shù)據(jù)基礎設施主要是建設全國的基礎地理數(shù)據(jù)庫，以及各專業(yè)數(shù)據(jù)庫，如數(shù)字地形、遙感影像、交通、水系、居民地等。數(shù)字地球?qū)嶒炇一刎撠熂夹g攻關和應用示范，如數(shù)字農(nóng)業(yè)、數(shù)字城市的建設。

三、題型回顧

例1 （2016年高考浙江文綜卷，第1～2題）云杉（亞寒帶代表性針葉樹種）分布與全球氣候變化密切相關。為研究北美洲氣候變化，用恢復歷史植物分布的方法，得到距今2.l萬年（圖3甲）、距今5000年（圖3乙）和距今500年（圖3丙）北美洲云杉主要分布區(qū)圖。讀圖，完成（1）～（2）題。

（1）云杉主要分布區(qū)北界的移動，反映了（ ）

A.甲到丙時期北美氣溫持續(xù)上升

B.乙到丙時期北美氣溫略有下降

C.甲到丙時期太陽輻射持續(xù)增強 D.乙到丙時期北美沿岸暖流加強

（2）運用地理信息技術得到甲、乙、丙三幅云杉主要分布區(qū)圖，其研究過程是（ ）

①實驗分析并建立云杉主要分布區(qū)地理信息數(shù)據(jù)庫 ②運用GPS對野外采樣點進行空間定位 ③運用GIS分析和輸出云杉主要分布區(qū)地理信息數(shù)據(jù)

A.①②③ B.①③②

C.③②① D.②①③

【解題思路】該題組考查考生根據(jù)分布區(qū)圖提取信息、探究分析問題的能力。第（1）題，根據(jù)題干文字信息可知云杉是亞寒帶代表樹種，云杉主要分布區(qū)北界的移動反映了氣候冷暖的變化。結合圖中冰蓋的范圍變化可知，甲時期云杉主要分布區(qū)緯度最低，冰蓋范圍最大，說明此時期北美氣溫最低；乙時期云杉分布區(qū)北界緯度最高，說明此時期北美氣溫最高；丙時期云杉分布區(qū)北界介于三個時期中間，即丙時期北美氣溫低于乙時期而高于甲時期，同時聯(lián)想到太陽輻射增強或北美沿岸暖流增強都會使氣溫升高，結合其氣溫變化順序可知B項正確。

第（2）題，考查考生對相關地理信息技術原理及應用的理解。運用地理信息技術得到甲、乙、丙三幅云杉主要分布區(qū)圖，首先需要通過遙感得出云杉的分布區(qū)域，或通過野外實地調(diào)查，運用GPS對采樣點進行定位，再建立云杉分布信息數(shù)據(jù)庫，然后用GIS進行分析處理，輸出云杉主要分布區(qū)圖。

【參考答案】（1）B （2）D

例2 （2016年高考江蘇地理卷，第15～16題）圖4為某地區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫示意圖。讀圖，回答（1）～（2）題。

（1）以下圖層組合最適合用遙感（RS）技術獲取信息的是（ ）

A.①②④ B.①③⑤

C.③④⑥ D.②③⑥

（2）進行農(nóng)業(yè)適宜性評價可以利用的圖層組合是（ ）

A.①②④⑤ B.②③④⑤

C.②③④⑥ D.①③⑤⑥

【解題思路】通過GIS疊加分析圖考查考生地理思維能力，需在理解3S技術原理的基礎上加以判定。第（1）題，遙感技術是從較遠的地方用電磁波獲取信息，圖中可以獲取信息的是居民點、水系和地形。土壤、巖層和地下水因易受地被覆蓋，靠電磁波從遠處不易獲取信息。

第（2）題，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要考慮的是水系、土壤、地形、水等因素，所以進行農(nóng)業(yè)適宜性評價可以利用的圖層組合是②③④⑥，一般不考慮居民和巖層。

【參考答案】（1） A （2） C

例3 （2015年高考江蘇地理卷，第17～18題）圖5為某冰川所在區(qū)域遙感影像，圖6為根據(jù)1973年、2009年遙感影像提取的該冰川分布圖層（局部），圖中每個方格面積表示900平方米。讀圖，回答（1）～（2）題。

（1）圖5中甲點所處的地形是（ ）

A.山谷 B.山脊

C.沖積扇 D.盆地

（2）圖6所示區(qū)域冰川面積變化的情況是（ ）

A.減少了1800平方米

B.增加了1800平方米

C.增加了2700平方米

D.減少了2700平方米

【解題思路】第（1）題，根據(jù)遙感影像可知，甲地地勢較低，上部冰川相對較多且有沿此向下流動的趨勢，最可能的地形是山谷，A項正確；而山脊和沖積扇地勢較高、盆地中低周高，均不符合圖示情況，B、C、D項錯誤。第（2）題，根據(jù)圖中1973年、2009年冰川分布圖層（局部），圖中每個方格面積表示900平方米可以計算出1973年冰川面積為900×18=16 200（平方米），2009年冰川面積為900×15=13 500（平方米），則2009年比1973年減少了16 200-3500=2700（平方米），D項正確。

【參考答案】（1）A （2）D

例4 （2014年高考福建文綜卷，第1～2題）圖7示意新一代信息技術支撐下的智慧城市。讀圖，回答（1）～（2）題。

（1）地理信息系統(tǒng)為智慧城市建設提供（ ）

A.分析、管理空間信息

B.跟蹤動態(tài)定位信息

C.整合集成網(wǎng)絡信息

D.獲取實時通信信息

（2）智慧城市建設對城市發(fā)展最重要的作用是（ ）

A.調(diào)整地域結構 B.加速人口集散

C.擴大空間規(guī)模 D.提升服務功能

【解題思路】該題組通過GIS知識在生活當中的應用，考查考生分析解決問題的能力，第（1）題，地理信息系統(tǒng)在城市管理中通過計算機處理數(shù)據(jù)，對空間信息進行分析、管理，因此A項正確。跟蹤動態(tài)定位信息屬于GPS的功能，整合集成網(wǎng)絡信息是處理信息的環(huán)節(jié)，獲取實時通信信息是數(shù)據(jù)的收集，故B、C、D項均錯誤。

第（2）題，A選項調(diào)整地域結構和城市功能區(qū)布局有關；B選項加速人口集散往往與城市經(jīng)濟發(fā)展水平高低有關；C選項擴大空間規(guī)模一般與城市經(jīng)濟發(fā)展水平和速度有關，這些并非智慧城市建設所能直接產(chǎn)生的作用，只能說智慧城市的建設對地域結構的調(diào)整提供相關數(shù)據(jù)支撐，對人口集散、空間規(guī)模提供相關數(shù)據(jù)反映。因為智慧城市建設屬于數(shù)字地球范疇，或者說是屬于數(shù)字城市，是將城市的基礎設施、功能設施數(shù)字化，建立數(shù)據(jù)庫，并用高速通信網(wǎng)絡鏈接，實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理和調(diào)控。能夠充分和高效的利用信息，使信息快速流動，可以提高對城市的管理效率，提高生產(chǎn)和貿(mào)易效益，擴大生產(chǎn)規(guī)模，提升服務質(zhì)量，促進城市發(fā)展。故A、B、C項均錯誤。結合圖示可知，智慧城市包括智慧交通、智慧政務、智慧社區(qū)等，城市管理借助于GIS、云計算、大數(shù)據(jù)存儲與查詢，使得城市發(fā)展更加合理化，故智慧城市的建設對城市發(fā)展最重要的是為城市發(fā)展提供服務功能，故此題選D項。

【參考答案】（1）A （2）D

例5 （2013年高考江蘇地理卷，第3～4題）2013年4月20日，四川雅安蘆山縣發(fā)生7.0級地震。在震后救災中，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）發(fā)揮了重要作用。BDS是我國自行研制的全球衛(wèi)星定位與短文通信系統(tǒng)，是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯格洛納斯（GLONASS）之后的第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。據(jù)此回答（1）～（2）題。

（1）BDS在抗震救災中發(fā)揮的主要作用有（ ）

①提供災區(qū)的影像 ②統(tǒng)計災區(qū)的經(jīng)濟損失 ③確定救災人員的位置 ④提供短文聯(lián)絡

A.①② B.①③

C.②③ D.③④

（2）蘆山地震與2008年汶川8.0級地震震中位置同處龍門山斷裂帶，但蘆山地震造成的損失較小，主要原因有（ ）

①震級較低 ②提前預報 ③防震意識強 ④救援及時

A.①②③ B.①③④

C.②③④ D.①②④

【解題思路】第（1）題，本題的關鍵在于材料中“BDS是我國自行研制的全球衛(wèi)星定位與短文通信系統(tǒng)”，故③④正確，而①為遙感的主要作用；統(tǒng)計災區(qū)經(jīng)濟損失，需要GIS的參與。

第（2）題，蘆山地震震級比汶川地震震級小，故①正確；地震的發(fā)生具有突發(fā)性，預報較為困難，不能提前預報，故排除②。在汶川地震以后，無論政府還是個人，抗震意識增強、反應及時，所以有效降低了蘆山地震的損失，故③④正確。本題涉及對考生推測能力的考查。

【參考答案】（1）D （2）B

四、命題預測

隨著信息化時代的到來，3S技術普遍應用于生產(chǎn)、生活、科研和軍事等各個方面，在國土勘探、資源調(diào)查、城市管理、旅游、交通建設等領域應用越來越廣泛。試題的取材內(nèi)容豐富，情境創(chuàng)新度越來越高。但高考試題的命制是為了體現(xiàn)選拔性，考查考生地理素養(yǎng)、地理思維能力，即調(diào)動和運用相關知識分析、探究并解決地理問題的能力。從該出發(fā)點可知高考命題一定會采用生產(chǎn)、生活中與3S技術密切相關的試題情境，設計體現(xiàn)思維張力的試題加以考查。目前3S技術的應用熱點眾多，如我國各種自然災害發(fā)生范圍廣泛，城市洪澇現(xiàn)象嚴重，則利用3S技術對自然災害的動態(tài)監(jiān)測、預報，對城市污水管網(wǎng)的設計；在城市管理當中智能交通的建設；精準農(nóng)業(yè)的推行；我國東海、南海與周邊國家政治問題復雜，沖突摩擦問題不斷，則軍事領域?qū)?S技術的依賴越來越強。美國末端薩德反導系統(tǒng)入韓，中國公開中段反導技術等，這些都可以成為命題的材料。故考生備考時首先要吃透3S技術相關原理和應用方法，然后培養(yǎng)自己運用知識解答問題的能力。

五.能力測試

1.用戶在智能手機上運行打車軟件，輸入目的地即可將信息發(fā)送給離他最近的出租車。打車軟件運用的核心技術是（ ）

A.數(shù)字地球（DE）

B.遙感（RS）

C.地理信息系統(tǒng)（GIS）

D.全球定位系統(tǒng)（GPS）

精準農(nóng)業(yè)是由現(xiàn)代信息技術支持的現(xiàn)代化農(nóng)事操作技術與管理的系統(tǒng)。讀圖8，回答第2題。

2.精準農(nóng)業(yè)系統(tǒng)（ ）

A.依據(jù)植物生長模型，利用數(shù)字地球技術實施監(jiān)測

B.依據(jù)產(chǎn)量分布圖，利用RS技術控制收割機轉(zhuǎn)向

C.依據(jù)施肥處方圖，利用GPS技術進行精準施肥

D.利用GIS識別田間雜草、害蟲，控制農(nóng)藥噴灑量

我國某大學基于GIS（地理信息系統(tǒng)）的數(shù)字評估，完成中國某重要地理分界線（過渡帶）分布圖的繪制。讀“該分界線西段、中段、東段示意圖”（圖9），回答第3題。

3.GIS在繪制該線時的作用主要是（ ）

A.獲取相關地理空間信息

B.確定地理事物空間位置

C.空間數(shù)據(jù)的分析與應用

D.將相關信息立體化呈現(xiàn)

車厘子，即美國櫻桃。源于英文Cherries的音譯，原產(chǎn)于小亞細亞半島的安納托利亞高原。2010年昆明某生態(tài)農(nóng)業(yè)開發(fā)公司試種車厘子成功。據(jù)此回答4～5題。

4.美國最適宜種植車厘子的地區(qū)是（ ）

A.佛羅里達半島 B.西部高原區(qū)

C.中央大平原 D.密西西比河口

5.該生態(tài)農(nóng)業(yè)開發(fā)公司在收獲車厘子之前進行估產(chǎn)，主要用到的地理信息技術是（ ）

①遙感技術 ②全球定位系統(tǒng) ③地理信息系統(tǒng) ④數(shù)字地球

A.①② B.①③

C.②③ D.②④

圖10為我市某日地表溫度分布圖。讀圖，回答第6題。

6.獲取該地區(qū)地表溫度分布的方法是（ ）

A.GIS B.RS

C.GPS D.PS

岡仁波齊，位于東經(jīng)81.3°，北緯31°，海拔6638米，是岡底斯山的主峰，冰川廣布。據(jù)岡仁波齊周圍景觀照片（圖11），回答7～9題。

7.對岡仁波齊海拔的測量，最簡便的方法是（ ）

A.GPS B.RS

C.GIS D.數(shù)字地球

8.在該區(qū)域，遙感技術可以（ ）

A.監(jiān)測河流流速變化

B.調(diào)查冰川分布

C.測算冰川消融速度

D.預警地質(zhì)災害發(fā)生

9.跟蹤研究該區(qū)域湖泊面積的變化需要運用（ ）

①GPS ②RS ③GIS ④數(shù)字地球

A.①② B.③④

C.②③ D.②④

10.圖12是車載導航儀面板示意圖，行駛中顯示的車頭朝向始終如圖示，指向標箭頭隨行車方向而轉(zhuǎn)動。據(jù)此回答下列問題。

（1）說明導航儀能進行導航工作依靠的技術及其工作過程。

（2）推測汽車在前方左拐彎后，駕駛員觀察到的導航儀面板示意圖上指向標的變化。