1、遥感技术在区域地理研究中的应用教学目标：1、结合实例，了解遥感在资源普查、环境和灾害监测中的应用。（地理事实） 2、了解遥感技术的光谱学原理，提取特征波段，并简单应用。（过程原理） 3、通过不同的手段了解、研究地球，是为了让人地关系更和谐。（核心概念）重点：遥感技术（RS）在土地利用类型调查中的应用。难点：遥感技术的光谱学原理，引导学生提出解决问题的思路。教学方法：任务驱动式教学法技术教学工具：人文信息地理教室地理环境人类板书设计：教学环节教师活动学生活动设计意图1、故事导入据新闻报道，在全国土地利用类型遥感调查的过程中，有地方官员用绿色塑料膜覆盖裸地，以裸地冒充林地草地，企图瞒天过海，结果被
2、调查人员轻松识破，丝毫没有影响调查结果，这位官员反而受到了处罚。那是什么识破了这瞒天过海的种伎俩呢？今天我们就以大家最熟悉的京源足球场塑料草坪为例，来了解一下遥感技术怎样识破这种伎俩，并学习遥感在区域地理研究中的应用。思考提出问题激发兴趣2、遥感概念、流程什么是遥感？相当于高空拍照，其目的是获取地物信息。将“拍摄”到的地物信息传输回地面系统，根据不同的应用目的对这些信息作分析处理，最后制作成专业图件，这就是遥感的一般工作流程。从数千米高空拍照，能用普通相机吗？不能，需要用各种不同的传感器。而且传感器还得在高空，哪些设备可以把传感器搭载到高空？气球、飞艇、飞机、卫星等。按照高度可分成航空遥感和航
3、天遥感两类。感知方式可以是拍摄或者扫描。听讲了解遥感的一般工作流程2.1、遥感电磁基础遥感就是遥远的感知，是不直接接触目标物的，在高空通过什么来感知呢？要借助于一种媒介来进行感知，这种媒介就是电磁波。不同类型传感器接收的电磁波都哪儿来的呢？有的是地物自身发出的，有的是传感器主动发出经地物反射回来的，还有的是地物反射太阳辐射的。对于遥感来说，电磁波很重要啊，那什么是电磁波呢？（展示黑体辐射曲线图）根据黑体辐射理论，凡是温度高于绝对零度的物体，都会向外放出电磁波，且温度越高，波长就越短；温度越低，波长就越长。也就是说电磁波可分为很多不同的波段。但并不是所有的电磁波波段都能用于遥感，为什么呢？（展示
4、大气效应图）大家都知道，大气对电磁波有吸收、反射、散射效应，最后能够透过大气的电磁波就只有图中这些透射系数较大的波段了，这些波段不容易受到大气影响，叫“大气窗口”。那你能说出遥感一般用哪些波长的电磁波吗？紫外线、可见光、红外线、微波等。对不同类型物体的识别还要选择不同的波段，根据什么原则选呢？比如要识别森林、裸地、水体，就得用到这样图了。（展示不同地物的光谱反射曲线图）横坐标是反射不同电磁波的波长，纵坐标是对不同波长的反射率，曲线反应的是水体、绿色植被、裸地对不同波长反射率的高低。一般来说，地物对某一波段电磁波的反射率与其他地物相比差异越大，就越能区分地物。如果想调查植被选择什么波段呢？选反射
5、率最高的波段。绿色植被对哪个波段的反射率最高？波长是多少？那裸地呢？有没有发现植被和裸地有一段非常接近？哪一段？选择这一段会出现什么后果啊？那怎么办？所以要识别植被应该用哪一段？近红外波段如果要识别水体用哪一段？为什么？如果要同时区分植被和水体怎么办？两个波段组合起来用。读图思考了解遥感的电磁波基础2.2、真假彩色图像既然大家选近红外波段来识别植被，那我们来看看这个波段的图像。（展示灰度图像）结果是一张灰度图，上面白的可能是什么？黑的呢？这样的图能识别绿色植被吗？怎么办？（展示彩色图像）这张图好识别吗？为什么？因为它是彩色的，人眼分辨不同彩色的能力比分辨不同灰度级的能力强。所以我们总是希望得到
6、彩色遥感图像。但彩色图像不是一个波段，而是用三个波段的灰度图像合成的。这幅图像怎么合成的呢？红光、绿光、蓝光三个波段分别用红、绿、蓝三种颜色显示，就和人眼看到的效果一样，绿色植被看起来是绿色的，比较真实，叫真彩色合成。但有的波段自身没有颜色啊，比如刚才大家想用来识别植被的近红外波段（NIR）。怎么办？这时就需要人为给这些波段赋予不同的颜色，这样的颜色是不真实的，把样合成的彩色图像称为假彩色图像。通常情况下，如果我们把红、绿、蓝三个通道分别用近红外、红、绿合成，就得到了一张标准假彩色图像。这样合成的图像植被会是什么颜色呢？动手试试吧！（打开桌面上的笔记本电脑）下面我们就用遥感软件来亲自动手合成一
7、下。遥感软件：开始所有程序ENVI 5.1ENVI大家电脑里是一份北京地区的分波段接收遥感数据，由美国航空航天局(NASA) Landsat-8卫星于2014-09-04获取。遥感数据：打开文件“D:BeijingBeijing.hdr”原始数据一共有11个波段，今天只使用其中4个波段，分别是：波段2-蓝，波长（微米）0.45-0.51；波段3-绿，波长（微米）0.53-0.59；波段4-红，波长（微米）0.64-0.67；波段5-近红，波长（微米）0.85-0.88。目前显示的是什么彩色的图像？真彩色红绿蓝分别用什么波段表示的？打开数据管理器，改变一下组合吧下面要大家合成标准假彩色图像，想一
8、想标准假彩色图像怎么合成。标准假彩色影像里咱们熟悉的绿色植被变成什么颜色了？蓝绿色的水体变成什么颜色了？为什么？其实，假彩色合成识别地物的例子还有很多，比如：7,6,4假彩色合成，可用于城市监测；5,6,4假彩色合成，能有效区分陆地和水体；6,5,2假彩色合成，常用于农作物监测；7,5,2假彩色合成，能监测森林火灾。在实际分析中，可以通过尝试，发现某个波段或者组合对于所做的区域效果明显，那么这个波段或者波段组合方式就是适合的。思考用遥感软件合成假彩色图像了解真彩色图像、假彩色图像，及其应用2.3、遥感图像解译刚才咱们看了个大概，下面以大家最熟悉的学校操场来验证一下。首先，你能在真彩色图像中找到
9、咱们学校的位置吗？有难度用学校周边主干道的相对位置能找到吗？行，西五环和莲石路交汇处。那好，给大家提供一个北京市快速路网作参照。打开文件“D:Beijing快速路快速路.shp”，在遥感图像上添加一个北京市快速路的图层。找到学校的位置了吧，看看足球场，真假彩色图像切换一下。真彩色图像中什么颜色？假彩色呢？如果是真草坪，假彩色图像中应该是什么颜色？绿色，灰色，红色。咱们学校的假草皮在真彩色图像中还能以假乱真，在假彩色图像中就暴露无遗了。现在知道为什么调查人员能识破地方官员作假了吧。我们来看看别的地方足球场草坪的真假。添加图层在实际工作中，研究人员往往会在遥感图像中解译出不同类型的地物，并制作成专
10、题地图以供研究使用，比如这幅北京市2010年地表覆盖图。其实遥感技术不光能识别地物，还能统计某种地物的面积。比如这幅北京市2010年地表覆盖图中水体209 km2，湿地23 km2，人造地表2736 km2，草地2731 km2，裸地2 km2，耕地7908 km2，灌木地9 km2，森林10277 km2。怎么统计出面积的呢？每幅遥感图像都有自己的空间分辨率，而且分辨率越高图像越清晰。比如，这幅图像的空间分辨率是15m，也就是说图上一个像素代表实地15m*15m的面积。（把一幅图像不断放大就能看见像素了）能统计出咱们学校假草皮的面积了吧？数点！试试！告诉我你的结果。通过解译遥感图像判断草坪真
11、假数点统计假草皮面积应用遥感技术识别植被了解遥感图像中面积的统计原理2.4、遥感时空尺度标准足球场的面积应该是7140平方米啊，误差够大的吧？这种误差是什么原因造成的？分辨率太小。为什么分辨率小？太远了。这已经是能够免费获得的最高分辨率卫星影像了！对于咱们学校操场这样的超小区域研究，用卫星航天遥感能满足要求吗？那怎么办？这就得靠它了！（展示飞行器）学校有专门获取地面信息的实验室，这是天眼航模社同学花了将近一年时间设计、组装的六旋翼无人机。（展示视频、图像）这是他们前段时间试飞的成果。相比卫星航天遥感的图像，无人机航空遥感的比例尺大多了。现在你能再计算一下操场的面积吗？数不过来啊！当然，空间分辨
12、率越高精度会越高，像素也会越多，单纯依靠数点统计，令人崩溃吧，这时就要借助计算机系统强大的自动处理功能了。虽说用无人机研究学校比较好，但是如果要研究石景山、北京市、全国甚至全世界的植被覆盖情况，我们的无人机能满足要求吗？不能所以在实际工作中大区域的研究用卫星航天遥感，小区域的研究用飞机航空遥感，他们是互为补充的。其实，遥感能做的事情远不止这些，如果动态的来看，这项技术的意义更大。（就像数字星球正在演示的一样）1972年Landsat系列第一颗发射升空，40多年来Landsat系列卫星每16天就会扫描地球一遍，像人类的天眼一样在太空中俯瞰着这颗蓝色星球，获取了大量地表数据。（播放视频地球资源卫星
13、观测地球40年变迁）通过这些数据我们能够洞察城市的变迁、农业的发展、雨林的缩减也许只有从上帝的视角，人类才会被雨林的破坏程度所震撼，提高对地理环境的认识，随着认识程度的加深，反思人类可以多大程度改变地球的面貌，重新思考人地关系。思考遥感监测中的时空尺度3、研究人地关系（展示全球30米地表覆盖）网址：http:/www.globeland30.org/Chinese/GLC30Download/index.aspx为了研究这种全球的变化，我国科学家利用这些数据历时四年，研制了全球30米分辨率的地表覆盖信息平台，并且作为中国赠与联合国气候峰会的礼物，分享给全人类使用。不同类型覆盖可以分类提取，并精
14、确计算出面积，告诉你哪个地区地表水最丰富，哪个地方的森林覆盖率最高，哪里的耕地最多。不仅如此，通过2000年和2010年两个年份数据的对比，你将看到世界每个角落这十年的变迁。（展示北京2000年、2010年30米地表覆盖）比如大家最熟悉的北京，你能识别出这十年北京地表覆盖发生了哪些变化吗？你能解释这背后的原因吗？认识这种变化对我们有何意义？最明显的变化是地表水体和人造地表，反映城市化过程，城市化中的问题。为北京功能区外迁提供认识上的支撑。我们可以说通过遥感技术重新思考了北京地区的人地关系，并且重新调整了自己的行为吧。（板书）技术是为人服务的，而人类通过地理信息技术可以更好的认识地理环境，处理好人与地理环境的关系。以上呈现的都是别人的研究成果，很漂亮也很震撼吧。咱们可以自己做点什么吗？能用今日所学关注自己的生存环境，研究石景山区这40多年来植被、城市的变化吗？研究性学习读图对比分析研究性学习介绍全球30米地表覆盖数据平台应用实践
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