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同学们好，我是来自北京师范大学附属中学的叶雨生老师，很高兴和大家相聚在这里。上一节课中，同学们已经学习了一些防灾减灾的措施，比如利用气象卫星动态监测台风灾害，以及使用地震预警系统为各地居民争取避险时间。而这些实际上都是现代地理信息技术为防灾减灾作出的贡献。热爱科学的你是否好奇，地理信息技术究竟是什么呢？它有哪些种类？分别有什么样的功能？今天就让我们一起来学习。第六章第四节地理信息技术在防灾减灾中的应用。还记得我们上节课提到的 2008 年五月十二日汶川大地震吗？地震发生之时，救援工作实际上面临着更加严峻的考验，因为强震摧毁了当地的交通、电力和通信设备，地震灾区瞬间成为信息孤岛，一般的电话、手机、电脑、网络在那种情况下都无法正常使用，这个问题又是如何解决的？这里有一段当时情况的报道视频。

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在 2008 年汶川地震的时候，当时救援力量第一时间挺进到了映秀镇，但是由于我们的通讯中断，基础设施受损，这个时候前方的信息没办法第一时间回传到指挥中心，那这个时候我们的北斗短报文功能就派上了用场，帮助我们的救援队伍第一时间传回了信息。大家看，我现在手中拿到的就是一个北斗的卫星终端，这个就是短报文的界面，从外边看起来很像是我们手机发短信的界面，但是它可以在没有网络接入的情况下，仅凭北斗的这个卫星系统传输 120 个字的字符。而伴随着这一次我们北斗三号卫星的这个收官之星的发射，以及今后的这个全球组网的完成，这项功能其实还会得到很大的拓展。那么据我们了解到的是，这项功能在今后可能会拓展到 1000 个字符，也就是说会大大提升它的短报文功能的这个发送数字字符的能力。

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就像视频中提到的，地震发生约 8 小时后，当首批武警官兵跋涉到达地震重灾区，他们使用了北斗卫星终端实时传递灾情，这是地震重灾区发出的第一束生命急救电波。为什么这台设备有这么强大的功能？它使用的是什么技术？它通过什么渠道传递灾情？实际上，这些功能强大设备的开发和使用，都得益于我国近年来飞速发展的地理信息技术。它将地理信息、航空航天等科学技术结合起来，用各种信息采集设备和先进的计算机技术高效的获取和处理地理信息。

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作为一门新兴的科学门类，地理信息技术正在蓬勃发展，也衍生出越来越多的技术分支。今天我们主要介绍其中的 3 种地理信息技术，分别是遥感技术、全球卫星导航系统以及地理信息系统。接下来就让我们来一起了解一下这三种地理信息技术分别是如何应用于防灾减灾的。

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首先是遥感技术，遥感，顾名思义就是遥远的感知，这是一种利用装载航空器如飞机、高空气球或航天器如人造卫星的光学或电子设备，对地表物体进行远距离感知的技术，主要目标就是获取不同地物的属性信息。左图是中国科学院的两架高性能航空遥感飞机，正准备飞赴汶川地震灾区投入作业。右图则是国家测绘局的无人机在玉树地震灾区执行航空摄影任务。和刚才图中展示的两种航空遥感设备略有不同。这是一张卫星遥感技术原理示意图，主要展示了航天遥感的工作原理。同学们可以看到，在太阳辐射的照射下，不同的地表物体也向外发出不同的辐射。这些电磁波被远在高层大气的人造卫星接收到，在统一传输数据到地面接收站，就汇集成了一张张含有丰富信息的遥感影像图。

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所以说遥感影像和我们日常生活中的相片不同，它不是获取颜色信息，而是获取能够反映地物属性差异的电磁波等信息。科学家通过这些差异，就能够远距离、大范围的分辨地表物体的差异，比如草地和裸地道路与河流、健康的植被和患病枯萎的植被等等。目前我国的卫星遥感技术也在飞速发展当中，比如 2020 年8月刚刚正式投入使用的高分七号遥感卫星，已经达到了超高的亚米级分辨率。它还具有立体测绘功能，获取的遥感信息可以构建出三维立体模型。图中就是高分 7 号拍摄的北京大兴国际机场的立体遥感影像，可以说是在短短几分钟内就完成了原来几个月甚至几年才能完成的测绘任务。

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总结来说，与传统实地调查等信息获取手段相比，遥感技术具有探测范围大、获取信息速度快、周期短、信息量大、受地面条件限制少等优势，能够实现地物信息的实时动态监测。汶川地震中灾情最为严重的是山区中的村镇，这些地方交通不便，地面视野也十分有限。这时候探测范围大、信息量巨大的遥感影像图就可以为救灾工作提供非常重要而充分的地理信息支持了。请同学们仔细观察地震前后北川县城遥感影像对比图，思考一下，你能从这两张图中解读出什么信息，可以发现，地震造成了多处山体滑坡和泥石流。在北川县城的东北方向，有的滑坡泥石流堵塞了河道，这就有可能形成堰塞湖，增加下游的灾害风险。有的地方滑坡阻断了道路，可能需要派救援人员前往进行抢险维护，确保灾区交通线的畅通。县城当中有很多民房倒塌，判断可能存在重大人员伤亡和财产损失，必须尽快前往救援。直升机的起降，救灾物资的投放需要开阔平坦的地面，也可以依据这张遥感图像进行判断和选择。遥感技术不仅能够为地震抢险救灾提供帮助，它的动态监测功能也可以在其他自然灾害的防灾减灾中发挥极大的作用。比如我国的风云系列卫星覆盖范围广，重访周期短，一直应用于天气预报、台风监测等方面。

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这两张图是卫星拍摄的 2013 年 10 月我国第 23 号强台风菲特的遥感影像。可以看到， 10 月5日 20 时，台风菲特已经逼近我国东部沿海。到了7日 3: 30，向西北方向运动的台风已经登陆，正在影响浙江和福建大部分地区。气象学家可以根据实时更新的遥感影像，预测台风的前进路线和时间，从而及时地提醒沿线居民做好防护准备。

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所以，遥感技术主要是获取地物的属性信息，而还有一类地理信息技术，旨在获取更为基础但更是至关重要的地理信息时间和位置。这就是全球卫星导航系统。全球卫星导航系统是利用卫星在全球范围内进行实时定位导航的地理信息技术，这是全球卫星导航系统的原理。示意图可以看到它主要由空间部分的卫星星座、地面控制部分的地面监控系统和用户部分的信号接收系统三部分组成，能够为用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息。右图展示的是地面控制系统，也就是卫星地面站正在进行信号接收设备的吊装施工。

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全球卫星导航系统适用于陆地、海洋、航空和航天，具有全球性、全天候、连续性和实施性的特点。目前全球共有四大卫星导航系统，分别是美国的全球定位系统、俄罗斯的全球卫星导航系统、欧洲伽利略卫星导航系统，还有我国的北斗卫星导航系统。还记得这节课一开始我们提到的在汶川地震中立下汗马功劳的北斗用户机吗？它就是我国北斗卫星导航系统的一部分。北斗系统由 35 颗轨道卫星组成，卫星星座即卫星定位，精密授时，还有报道中提到的独一无二的短信报文功能于一体，能够高效快捷地实现信息传递。

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近年来，北斗卫星导航系统的应用领域迅速拓展，在防灾减灾中的应用也越来越广泛。利用安装在手机、汽车、飞机、轮船中的信号接收设备，可以精确定位，帮助用户在遭遇自然灾害或面临灾害风险时发出求救信号，及时报告位置和受灾情况，有效缩短救援搜寻时间。中国的北斗，也是世界的北斗，它既是我国国民经济的重要基础设施，也是为全人类提供时间坐标和空间坐标的国际性基础设施。缅甸的土地规划项目、老挝的病虫害监测管理系统、文来的智慧旅游系统。目前，北斗系统已覆盖巴基斯坦、沙特、缅甸等近 30 个一带一路沿线国家。

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2018 年 11 月，一带一路北斗产业创新发展高峰论坛在西安成功举行。 2020 年6月 23 日，我国在西昌卫星发射中心成功发射了北斗三号最后一颗全球组网卫星。这次成功发射，标志着北斗系统完成全球组网部署。未来，中国北斗将持续参与国际卫星导航事务，开展国际交流合作，根据世界民众需求，推动北斗海内外应用，共享北斗最新发展成果。

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至此，我们已经了解了遥感技术和全球卫星导航系统的强大功能在防灾减灾中的应用。而随着科学技术的进一步进步，融合，现在的地理信息技术又迈上了更高的台阶。这是全国气象灾害预警系统的使用界面，同学们都可以轻松地在网络上对它进行访问，请同学们仔细观察并思考这个系统中包含了哪些地理信息。

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可以发现，这里不光有遥感技术带来的地理信息，比如深圳的森林火险状况，泉州的大风灾害天气。全球卫星导航系统提供的定位信息，比如各个灾害预警地点的精确位置，还能够允许用户自由放大缩小，当点击不同灾害标识时，弹出的也不是直白的气象数据，而是经过概括分析的灾害预警信息。

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这个系统使用的技术实际上就是地理信息系统。简单来说，地理信息系统就是对由遥感和全球导航定位系统提供的基础地理数据进行输入、处理、存储、管理、查询、分析、输出等的计算机信息系统。建立在发达的现代计算机技术之上，地理信息系统的功能也十分强大，它的基本功能包括数据输入与处理、数据存储与管理、空间查询与分析、制图与产品输出。这些功能同学们在以后的上机实践中会有更深的体会，但今天我们仍然可以探究一下其基本工作原理。举个例子，在监测洪涝灾害的过程中，实际的防灾减灾工作是以行政区为单位分开进行部署的，因此各行政区政府就需要掌握本区内的雨粮站分布信息。请同学们思考，要达到这个目标，需要哪些地理信息？应该如何操作？这就要用到地理信息系统中最常用也是最强大的空间查询与分析功能，它可以根据不同目的对相关数据进行叠加分析。因为地理信息系统就是以图层为基础的，在每个图层上会用图形、符号、文本等形式描述某个主题的数据，比如道路、村庄、房屋或者河流。在这个情境中，我们就可以用到点状的语量栈数据图和面状的行政区数据图。把这两个图层通过地理信息系统叠加之后，可以看到新的专题图，清晰显示了不同行政区与粮站的分布信息，再通过数据查找功能，就可以迅速计算出每个区的雨粮站个数。

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再来看一个例子，汶川镇后，除了重建村镇，我们也非常关心自然生态的恢复。这是三张不同年份地震灾区洪溪河流域滑坡泥石流分布图，请大家读图思考，从 2008- 2018 年滑坡泥石流分布有什么样的变化，如何评价地震灾区的生态恢复状况？这组图运用了地理信息系统的什么功能？可以看到，从 2008 年到 2018 年，镇区的滑坡泥石流分布面积在逐渐缩小，分布点在逐渐减少，这说明镇区的生态恢复取得了一定成效，生态损失呈现整体下降趋势。但到 2018 年，仍有一些滑坡泥石流的成片分布区，说明当地的生态系统仍需长期系统性的修复。

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这组图实际上运用了地理信息系统的制图与产品输出功能。回忆对比一下刚刚学习遥感技术时在北川县遥感影像中分辨滑坡泥石流的案例。显然，地理信息系统把原本复杂的遥感图像处理成了更加直观、易于对比的专题地图，更能便利于防灾减灾研究工作的开展。总结来说，将各种地理数据通过地理信息系统进行处理分析，我们就可以对自然灾害进行动态监测、预报预警，快速确定受灾范围及受灾情况，为制定减灾预案、评估灾害损失和指导灾后恢复重建等提供依据。再比如，这个案例中的温州灾害监测预警信息系统就是利用了雨粮站、水微站气象云图提供的信息，对气象要素合乎水位的变化、台风及其形成过程进行动态监测，再将这些信息与地形、交通、遥感影像等信息进行叠加分析，可实现对灾害的预警预报。左图中的点状符号表示与粮站的颜色不同，表示查询时段的降水量不同。右图中的三角形符号表示水位站，查询时段有水位站的水位，超过警戒水位时，系统就会发出预警。现在我们已经介绍了 3 种地理信息技术，同学们还记得它们分别的特点和功能吗？针对不同的自然灾害以及不同的应用情境，我们应该选择何种地理信息技术来支持防灾减灾工作？这里有一个小活动，请大家利用地理信息技术判断周曲泥石流灾害的影响。请同学们根据课本第 119 页活动中的文字和图片进行小组讨论、思考并回答第一到第3小题。首先请大家对比灾害前后卫星遥感影像，在灾后影像图中勾勒出泥石流的范围。对比两张遥感影像图可发现泥石流主要沿着三眼玉和罗家玉下泄，图中增加的浅灰色部分即为泥石流覆盖的范围。同时大家也可以看到，沿山谷倾泻而出的泥石流冲毁了不少居民住宅，而远离山谷的住宅相对损毁较少。这和我们之前学过的泥石流灾害发生特征也十分吻合。

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如果估算泥石流冲毁的住宅数量还需要哪些信息？为了完成这个问题，我们又需要用到地理信息系统的哪些功能？相信有不少同学已经想到了，我们还需要掌握当地住宅分布的具体数据，如受灾村镇的居民户数和人数等。接着，我们可以利用地理信息系统的空间查询与分析功能，利用涂层叠加的原理，将遥感图中泥石流影响的空间范围与当地住宅的空间分布数据进行叠加，利用计算机进行分析处理，从而估算出泥石流冲毁的住宅数量。最后，让我们来对本节课进行一个小节，这节课我们主要学习了 3 种地理信息技术，它们的原理、功能以及在防灾减灾中的应用。首先是遥感技术，它主要是通过电磁波远距离获取地表物体的属性信息，多用于气象灾害等的动态监测、灾情评估、灾后救援救助等工作。第二种是全球卫星导航系统，它在灾害发生时可以利用卫星进行定位与导航，通过用户端的精准定位，可以发出求救信号、报告位置和受灾情况等。最后是把前两种技术搜集的地理数据在计算机中进行输入、处理、存储、管理、查询与分析的地理信息系统，它可以建立起自然灾害动态监测系统，在防灾减灾的过程中能够快速反应，为灾情评估、灾害救援和灾后重建提供科学的指导。好的，那么今天这节地理信息技术在防灾减灾中的应用就上到这里，下节课，大家将继续进行本章的综合问题探究。救灾物资储备库应该建在哪里？很高兴与大家一起学习思考。同学们，再见。