第二节 遥感技术及其应用公开课教学设计模版

遥感技术(RS)及其应用导学案设计

【学习目标】

1.通过阅读，了解遥感的基本概念。

2.结合实例，了解遥感（RS）在资源普查、环境和灾害监测中的应用。

【活动过程】

活动一：合作探究1：读下图分析，遥感技术的基本原理是什么？

活动二：阅读右图，思考。

1.图中所示四种地物中，哪种地物反射率较低？为什么？

2：图中的波段主要是哪两部分？

3：在那个波段我们可以最能够区分红砂岩和其他地物？

活动三：阅读左图，思考。

合作探究2：读图及阅读学案补充材料分析，风云四号卫星工作流程及卫星上获取地物辐射信息的关键 装置是什么？

活动四：读材料分析，思考。

合作探究3：读材料分析，风云四号遥感卫星有哪些特点？

●首次提供闪电预警

卫星装载的闪电成像仪能1秒钟拍500张闪电图，探测区域范围内的闪电频次和强度，在国内首次提供闪电预警。

●对地球风云“明察秋毫”

如果将太阳同步轨道卫星比喻为围绕着地球转动“流动巡逻的警察”，静止轨道卫星则好比“定点站岗的警察”。风云四号的“岗位”位于距离地球36000公里的高空，在如此遥远的太空对地球上风云变幻“明察秋毫”，得益于成功突破了代表国际先进水平的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制、定量化遥感等20余项关键技术。

●对地球24小时“执勤”

中国航天科技集团八院科研团队专门为风云四号“量身定制”了一个角秒级测量和控制精度的高轨三轴稳定卫星平台——SAST5000平台，平台采用六面柱体构型、单太阳翼、三轴稳定控制方案，并采用了双总线体制、高性能AOS技术、大功率电源、整星防污染技术等一系列关键技术，可实现对地球24小时“凝视”。

活动五：读下图，参考课本，思考。

合作探究4：风云四号遥感卫星属于图中哪类遥感？列表比较三类遥感优缺点。

遥感

平台

优点

缺点

航天遥感

航空遥感

近地遥感

活动六：读材料，思考回答。

2017年10月23日，21号强台风“兰恩”在日本静冈县御前崎市登陆，导致多地出现持续强风和降雨天气，目前已造成至少6人死亡，包括近畿和四国地区的7个府县中有80多人受伤。此外，台风也迫使大约350个航班被取消，大范围的火车服务被迫中断。数十万

民众撤离。

对台风分析和预报方面，风云四号能够每3分钟对台风区域进行观测，高频次观测可提供台风云结构及其演变的精细化动态信息，特别是对台风眼区的监测，可弥补目前在轨卫星云图分辨率和时间分辨率不够高的缺点，为台风定位、定强提供更可靠更精细的观测资料。

合作探究5：遥感技术在台风灾害中具有的优势和作用有哪些？

活动七：读材料，思考回答。

风云四号卫星红外监测动画 FY4A2017年8月8日20时-9日8点15分红外动画

中国气象局要求，首先要加强震区气象灾害监测预报预警，针对震区抗震救灾加强针对性监测分析。

合作探究6：读图分析，加强震区气象灾害监测预报预警的原因？

小结1：试总结遥感在环境和灾害监测方面的应用

应用领域

环境监测

具体内容

作用

灾害监测

活动八：完成课本p92页活动二1-2。

A、在卫星图像上，怎样通过颜色差异判定植物的生长状况？

B、根据植物健康状况在发射波谱中变化的原理，遥感还可以应用到哪些领域？

小结2：试总结遥感在资源普查方面的应用

应用领域

矿产资源

生物资源

具体内容

作用

【课堂反馈】

一、单项选择题

在遥感技术中，可以根据植物的反射波谱特征判断植物的生长状况。读图回答1—3题。

1.图中，重度病害植物反射率高于健康植物反射率的波段是

①

红外线

②

X 光

③

可见光

④

紫外线

A.①

②

B. ②

③

C. ③

④

D .①

③

2.根据图中的原理，可用遥感技术直接

①

划分植物类型

②

判读植物生长的土壤类型

③

监测树木的生长状况

④

估计粮食作物的产量

A . ①

②

B .②

③

C .③

④

D .①

③

3.不同的地物和地物的不同状况也有不同的反射率，根据这个原理，可以利用遥感的工作有

①

判断水体污染

②

判断人口分布

③

分析城市大气污染

④

估算工业生产总值

A ．

①

②

B ．

②

③

C ．

③

④

D ．

①

③

4. 从某一时刻的遥感影像中，不能获取的信息是

（

）

A.森林火灾面积

B.土地干旱程度

C.洪峰流量

D.植物病虫害程度

5. 不同地物在同一光谱波段上的反射率差异越大，越容易区分。图5反映了甲、乙两类植物在生长期内两个波段上的反射率.在遥感影像上区分这两类植物,应该选择生长期内哪一天的影像最合适

A. ①——第30天

B. ②——第75天

C. ③——第100天

D. ④——第130天

二、综合分析题

10．下图反映了雪地、沙漠、湿地、小麦的反射光谱曲线，读图并回答下列问题。

（1）可见光的波段范围为

微米。

（2）从图中可以看出，不同的地物在同一波段其反射率不同；同一地物在不同波段反射率也不同，这是照片上判读各种地物的基础。例如，利用0.4～0.5微米波段的照片，可以把

与其他地物分开，利用0.5～0.6徽米波段的照片可以把沙漠与小麦、湿地区分开；利用0.7～0.9微米波段的照片可以把

和

区分开。

【巩固提高】

一、单项选择题

图a为“2002年10月30日由卫星所拍摄的意大利西西里岛某灾害发生后第4天的影像”，图b为“该地区的等高线图”。回答1～2题。

1.据图判断，该灾害最可能是

（ ）

A.森林火灾

B.火山喷发

C.龙卷风

D.沙尘暴

2.图片说明，在灾害监测中

（ ）

A.遥感技术可以发挥巨大作用 B.全球卫星定位系统可以发挥巨大作用

C.地理信息系统可以发挥巨大作用 D.雷达导航技术可以发挥巨大作用

下图是从Google Earth 上截取的世界某地区的卫星图片，图片中每个圆圈面积约200英亩。读图回答3～5题。

3.图片中的圆圈可能属于哪种土地利用方式

（ ）

A.储油罐

B.耕地

C.鱼塘

D.工厂

4.此种土地利用方式与下列哪种环境因素关系最密切

（ ）

A.地形

B.土壤

C.气候

D.地质

5.本区的主要水源最可能来自

（ ）

A.雨水

B.河水

C.地下水

D.淡化海水

6. 2007年11月26日9时32分，中国国家航天局正式公布“嫦娥一号”卫星传回的第一幅月面图像。摄取月面图像信号的技术手段是

（ ）

A.RS

B.GPS

C.GIS

D.数字地球

二、综合分析题

7．下图是根据遥感照片测算的1986～1996年黄河三角洲陆地面积增减的变化情况。读图回答下列问题。

（1）黄河三角洲陆地面积的增减反映了 。

（2）说明该期间黄河三角洲陆地面积的增减变化特点。

（3）简要分析导致这一地理现象产生的可能原因。

附件：

风云四号卫星简介

风云四号A星是我国首颗静止轨道上三轴稳定的定量遥感卫星，于2016年12月11日成功发射。在36000公里遥远太空中的风云四号卫星对地球拍照，它悬浮在空中，没有“三脚架”，还要在运转中拍出地球的高清美照风云四号是如何做到的呢？

悬浮在太空中的风云四号卫星在拍照时，不是一次‘啪’拍出来的，而是载荷扫描机构带着反射镜把一个拍照的小视场像一个小刷子一样移动，用15分钟把整个地球一点点“刷”完，最后形成图片。“刷”的过程中，由于15分钟内卫星姿态、轨道和热变形的影响，“刷子”的路径可能会变歪，如果没有一定的修正技术，拍出来的图片就会不准确。在风云四号卫星上这项修正的技术就是图像定位与配准技术。通过风云四号卫星研制，我国成为世界上继美国之后第二个掌握静止气象卫星图像定位与配准技术的国家。

风云四号卫星系统总师董瑶海表示，风云四号a星上共搭载了四种仪器，包括多通道扫描成像辐射计、干涉式大气垂直探测仪、闪电成像仪以及空间环境监测仪。与上一代静止轨道气象卫星风云二号相比，风云四号更为强大。风云四号扫描成像辐射计主要承担获取云图的任务，共14通道，是风云二号5通道的近3倍；在风云二号观测云、水汽、植被、地表的基础上，还具备了捕捉气溶胶、雪的能力，并能区分出云的不同相态和高、中层水汽。值得一提的是，风云四号首次制作出彩色卫星云图，最快1分钟生成一次区域观测图像。此外，与风云二号相比，风云四号的成像时间分辨率也提高了一倍。单星即可完成风云二号双星组网，才能实现的15分钟全圆盘成像。在1000×1000公里区域内，观测能力超过风云二号，只需3分钟。这跟欧美新一代静止轨道气象卫星，能力相当。

在系统观测能力上，风云四号也有显著提高：(1)眼睛更锐利——空间分辨率最高达500米;(2)反映更敏捷——区域观测时间分辨率可达1分钟;(3)光谱分辨率更高——可以看到更多的大气和地物特征;(4)可以剖析大气——获取大气三维温湿度结构。

首次提供闪电预警

风云四号的主用户为中国气象局。卫星投入使用后，可更加精确地开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测。卫星装载的闪电成像仪能1秒钟拍500张闪电图，探测区域范围内的闪电频次和强度，在国内首次提供闪电预警。

对地球风云“明察秋毫”

如果将太阳同步轨道卫星比喻为围绕着地球转动“流动巡逻的警察”，静止轨道卫星则好比“定点站岗的警察”。风云四号的“岗位”位于距离地球36000公里的高空，在如此遥远的太空对地球上风云变幻“明察秋毫”，得益于成功突破了代表国际先进水平的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制、定量化遥感等20余项关键技术。

高精度的图像定位与配准技术，是各国静止轨道卫星正在全力攻克的关键技术之一。这一技术能让卫星的“眼睛”从几万里之外的太空，精准地看到地球上任何想看的地方，并在拼接图像时做到零误差。为了突破这一技术，美国历时11年、经过5颗卫星的持续改进，在ＧＯＥＲ－Ｎ上才取得突破，在刚刚发射的ＧＯＥＳ－Ｒ卫星实现了定位精度达到1公里。

对地球24小时“执勤”

今后风云四号将每天24小时、共计2555天的“执勤”期间，不能有丝毫差错，更不能“因病请假”，这对卫星“身体素质”提出了极高的稳定性与可靠性要求。

中国航天科技集团八院科研团队专门为风云四号“量身定制”了一个角秒级测量和控制精度的高轨三轴稳定卫星平台——SAST5000平台，平台采用六面柱体构型、单太阳翼、三轴稳定控制方案，并采用了双总线体制、高性能AOS技术、大功率电源、整星防污染技术等一系列关键技术，可实现对地球24小时“凝视”。

风云四号卫星应用前景 风云四号静止气象卫星高时空分辨率观测资料，是天气监测与预报、气象防灾减灾、应对气候变化、生态环境监测的重要依据。其主要应用方向如下：

数值预报应用

新搭载的垂直探测仪将实现对我国及周边地区1小时一次的大气温湿分布的垂直探测，弥补现有地面探空站点稀少，时间频次有限（一天两次观测）的不足，提高数值天气预报特别是区域数值预报的精度，进一步提高短期临近预报的精度。风四卫星提供的云、水汽等监测产品，同样可以作为数值预报模式的输入，有效提升对大气云雨及动力过程的模拟精度。

天气分析与预报

利用风云四号高时空分辨率资料，可以提前检测到小的、但快速发展的初生对流。基于融合的资料，在临近预报中，可实现对初生对流的判识，成熟对流云的识别、追踪和外推预报，提高临近预报能力。闪电是对流系统发展的示踪器，风云四号卫星新搭载的闪电成像仪，可以实现对云总闪电的实时监测，为对流系统预警提供更重要支撑。在台风分析和预报方面，风云四号500米高时空分辨率的图像可以提供台风云结构及其演变的精细化动态信息，特别是对台风眼区的监测，可以弥补目前在轨卫星红外云图分辨率和时间分辨率不够高的缺点，为台风定位定强增加新的分析依据，同时也将成为研究和预报热带气旋发生、发展、演变和消亡整个生命史的有力工具。

气候预测与气候资源利用

风四卫星观测范围覆盖整个西太平洋和印度洋海域，可以对实现对亚洲季风区多时间尺度对流活动、季风环流、季风降水以及亚洲夏季风开始和结束时间、亚洲夏季风推进过程和亚洲夏季风强度的实时监测。风四卫星可见光资料、云产品、入射太阳辐射产品同时又是太阳能资源评估的重要参照。 灾害及环境监测

风云四号具备了高时空分辨率的特点，可以在灾害和环境（森林草原火灾、洪涝灾害、雾霾、蓝藻水华等）监测中发挥重要作用。例如，风云四号中红外通道，对热源信息敏感，对于快速发展的中小面积火点识别和发展监测具有十分重要的意义。配合可见光500米分辨率数据，可以监测火场上空烟雾的实时变化，进而估算当地的风向风速，为火灾扑救提供第一手的信息；风四卫星的高光谱分辨率成像仪资料可以定量估算大气气溶胶光学厚度，进而得到PM10和PM2.5含量，可以监测大气污染物的逐时变化，为污染防控提供重要参考。

人工影响天气

一方面，综合利用风云四号、地面雷达、常规观测和数值预报资料，可在人影作业临近时间里，定量判识目标云系属性和发展，包括层状云和对流云的演变情况，辅助确定作业方案。另一方面，将风云四号观测与人影作业配合，有可能对作业效果进行云顶观测分析和评估。

支持大气科学前沿性探索

风云四号卫星提供了全新的观测数据，有利于支持大气科学的前沿性研究。比如快速发展对流的研究；利用3-4层不同高度云的相对移动研究局地垂直风切变；中尺度对流系统云顶重力波分布研究等等。

为推动风云四号卫星资料应用，在风云四号A星地面应用系统工程中，专门设置了应用示范系统，针对数值预报、天气、气候、环境和军事气象等应用领域，设立了28个应用示范项目。希望通过示范项目的建设，进一步推动FY-4应用平台和产品在终端用户的应用，对FY-4新资料和新产品可用性进行检验，探索FY-4资料和产品与本地业务和数据的结合方法。

在风四示范项目的遴选上，兼顾了风四卫星的观测特色和气象主业务的需求，以天气应用和数值预报应用为主展开，优先考虑能提高气象卫星资料定量应用水平的项目，选择能发挥新增仪器和探测能力的优势项目。仅天气应用示范就设立了13个项目，细化为天气尺度系统分析、台风海洋监测预报、暴雨监测预报、强天气监测预警、高原天气监测、人工影响天气等多个应用领域。项目选择同时也考虑了创新与实践相结合，围绕中国气象局整体业务发展布局设置。针对一些前沿应用领域，适当引入国外优势单位参加。如数值预报应用示范，就选择了美国NESDIS、英国气象局和加拿大气候中心参与示范应用，希望借助他们在数值

模式同化方面的先进经验，测试风四新增垂直探测能力在全球、区域和气候模式上的应用效果。