6.4 地理信息技术在防灾减灾中的应用（AI智学·情境教学课件）地理人教版必修一（江苏专用）

地理信息技术在防灾减灾中的应用 从灾前预警到灾后重建的“智慧大脑”--以郑州暴雨与积石山地震为例 GNSS RS GIS 适用教材：人教版高中地理必修第一册第六章第四节 学习目标 核心素养与学习目标: 人地协调观 通过地理信息技术赋能防灾减灾'真实案例，认识到人类可借 助科学技术顺应自然规律、降低灾害损失，树立"尊重自然技 赋能”的人地协调观念；结合我国自主研发的北斗、高分卫 星的应用成果，增强民族自豪感和科技报国意识。 RS GIS GIS GNSS 综合思维 Decision Hub 能够从灾前预警-灾中救援-灾后评估全链条，分析3S技术的 功能差异与协同运行逻辑，形成"多技术联动解决复杂灾害 问题”的综合分析能力。 区域认知 地理实践力 河南郑州 (洪涝) 对比河南郑州（东部季风区、洪涝灾害）、甘肃积石山 （西北高原边缘、地震灾害）的区域特征差异，归纳 不同区域、不同类型灾害中3S技术的应用侧重点，强 化对区域灾害风险的认知。 能够结合本地常见灾害类型，设计一套基于3S技术的 防灾减灾全流程方案；能准确识别生活中的3S技术 应用场景。 探究主线：从灾前预警到灾后重建，3S技术如何成为防灾减灾的“智慧大脑” 02 分情境一：遥感（RS） -灾害的“千里眼” 04 分情境三：地理信息系统（GIS） -调度的“智慧脑” 01 主情境导入: 双灾并现，科技破局 03 分情境二： 全球卫星导航系统（GNSS） -救援的“定位针” 04 分情境三： 05 迁移应用： 地理信息系统（GIS） 家乡灾害的“智慧防线” -调度的“智慧脑” 主情境导入：双灾并现，科技破局 案例一：2021年河南郑州“7·20”特大暴雨 案例二：2023年甘肃积石山6.2级地震 真实灾害重现：自然力量的 无情与人类科技的应对 区域特征：地处东部季风区，夏季降水集中。 区域特征：位于西北高原边缘，地形复杂，气 候寒冷。 灾害表现：极端强降水导致严重城市内涝与洪 涝劳灾害，交通瘫痪，通讯受阻。 灾害表现：突发性强，房屋倒塌严重，道路损毁， 救援环境极其恶劣。 背景补充：面对不同区域、不同类型的极端自然灾害，传统的防灾减灾手段 往往面临“看不清、找不到、调不准”的困境。 核心驱动问题 从灾前预警到灾后重建，3S技术如何成为防灾减灾的“智慧大脑”？ 摸清受灾范围 GNSS RS GIS 精准定位 破局关键：面对郑州暴雨的汪洋，如何快速摸清受灾范围? 科学调度 面对积石山地震的废墟与断联，如何精准定位被困人员? 面对海量的灾情信息，如何科学调度救援力量并评估损失? 分情境一：遥感（RS）--灾害的“千里眼” 第一部分 核心知识模块：遥感技术的工作原理与防灾应用 RS情境导入：郑州暴雨的“天眼”俯瞰 灾害发生后，如何迅速看清大地? »高分六号卫星的“火眼金睛” 补充说明：高分六号是我国自主研发的低轨光学遥感卫星，具备高分辨率、宽覆盖的特点， 能够在灾害发生后第一时间获取大范围地表影像。 I 影像解读：暴雨前，城区水体主要集中在河流与湖泊；暴雨后，大片城区被暗色水体覆盖，水体面积急剧扩大。 Gaofen-6 RS情境导入：积石山地震的“穿透”凝视 复杂地形下，如何快速锁定重灾区？ 高分七号卫星的“立体透视” 真实素材：积石山地震前后高分七号卫星拍摄 的房屋倒塌对比影像。 影像解读：震前房屋排列整齐，震后影像显示 大大量房屋呈现不规则的废墟形态，道路被滑 坡体阻断。 年均100+次响应 年均100+次响应 *数据支撑：2024年应急管理部公开数据表明，“高分卫星年均支持100+次灾害应急响应”，成为国家防灾减灾的标配。 RS情境导入：驱动问题提出 思考与探究: 驱动问题：灾害发生后1小时内，应急管理部门就能拿到大范围的 受灾影像，靠的是什么技术？为什么人工排查做不到这么快？ 困境对比： 人工排查：受限于交通中断、恶劣天气、 次生灾害风险，耗时长，视野受限。 科技破局：需要一种能够“站得高、看 得远、不受地面条件限制”的技术手段。 RS深度探究：灾前预警的“未卜先知” 【文字内容】 遥感不仅能“看灾”，更能“防灾” 气象遥感卫星的灾前监测 案例深化：郑州暴雨前3天，气象部门 通过气象遥感卫星（如风云系列）持续 监测到副热带高压边缘的强降水云系移 动趋势。 预警行动：基于遥感云图的动态变化，提 前发布了多轮暴雨红色预警，为人员转 移争取了宝贵时间。 逻辑推导：遥感卫星通过接收云层反射或辐 射的电磁波，能够实时追踪天气系统的演 变，实现从“灾后响应”向“灾前防范” 的跨越。 RS深度探究：灾中识别的“神速圈地” 争分夺秒，遥感如何指引救援方向? 快速圈定核心受灾范围 案例深化：积石山地震发生后，遥感卫星 迅速过境，通过对比震前震后影像，快速圈 定了1200平方公里的核心受灾范围。 优势体现：避免了人工盲目排查带来的安 全风险（如余震、滑坡），直接为救援队 伍指明了“哪里受灾最重，哪里最需要人”。 背景补充：遥感技术通过传感器记录地物反射或辐射电磁波的差异，不同受损程度的建筑物在影像上呈现出不同的光谱特征。 RS深度探究：探究活动与原理剖析 小组合作探究：解密“千里眼” 探究问题： ①遥感除了灾中识别受灾范围，能不 能用于灾前预警？请结合刚才的案例 说明。 小组合作探究：解密“千里眼” 探究问题： ①遥感除了灾中识别受灾范围，能不 用于灾前预警？请结合刚才的案例 说明。 ②与人工排查相比，遥感在灾害监测 中有哪些不可替代的优势? 101011610101011010 1910160190101010 1001701916101010 遧感林 目标 目标中心 信息处理与分析 地面接理与分析 应用：防灾减灾 RS知识总结：遥感的核心功能与防灾应用 知识提炼：遥感（RS）--灾害的“千里眼” 获取地表影像：通过传感器远 距离感知目标物。 核心功能： 大范围动态监测：覆盖面广， 可进行周期性、连续性观测。 灾前预警： 灾中快速识别： 快速获取受灾范围、 监测台风云系、暴雨云团移动，监测山体 道路损毁情况、堰塞湖形成等。 监测山体微小形变。 防灾减灾应用场景： 灾中快速识别： 灾后动态监测： 快速获取受灾范围、道路 持续跟踪灾区恢复情况， 损毁情况、堰塞湖形成等。 监测次生灾害。 知识提炼：遥感（RS）--灾害的“千里眼” 第二部分 分情境二：全球卫星导航系统（GNSS）--救援的“定位针” 核心知识模块：全球卫星导航系统的功能与防灾应用 GNSS情境导入：绝境中的生命信号 通讯中断时，如何发出求救信号? 北斗导航系统 坐标 精准导航 & N35"xx'xx" E107 E103"xx'xx" 实时位置上报中 (积石山受灾点) 郑州暴雨中的北斗奇迹 积石山废墟上的“不迷路”救援 真实材料：部分区域基站断电，被困群众通过具备北斗短报文功 能的手机，成功发送带有精准经纬度坐标的求救信号。 真实材料：震区道路损毁严重，夜间救援视线极差。救援人员手持 北斗终端，不仅能精准导航，还能实时将受灾点位置上报指挥中心。 GNSS情境导入：驱动问题提出 思考与探究： 驱动问题：郑州暴雨时部分区域通讯中断，被困群众依然能发送位 置求救；积石山震区道路损毁严重，救援队不会迷路，靠的是什么技 术? 北斗卫星 核心疑惑: 为什么平时的手机导航在没有网络时 失效，而北斗终端却能正常工作? 卫星导航系统除了“指路”，还能 在救灾中发挥什么神奇作用? GNSS深度探究：灾中救援的“生命坐标” 精准定位，打通救援的“最后一公里” ❖ 北斗短报文与实时定位的协同 案例深化：郑州暴雨期间，共有1200余起求救信号通过北斗定位发出。指挥中心获取精准坐标后，平 均救援时间缩短了42%。 独特优势：我国北斗系统独有的“短报文”功能，允许用户在没有地面网络的情况下，直接通过卫星 发送文字和位置信息，真正实现了“不仅知道我在哪，还能告诉别人我在哪”。 北斗卫星（中继传输） 救援队（精准导航直达） 救援时间缩短42% 被困者（发出短报文） 指挥中心（接收坐标） 短报文+位置 北斗卫星（中继传输） 指挥中心（接收坐标） 救援队（精准导航直达） 被困者（发出短报文） 救援链路图 GNSS深度探究：灾前预警的“毫米级哨兵” 导航卫星也能防灾？看不见的位移监测 1.4万个预警点 地质灾害的毫米级预警 位移:2.1mm 实现高分秒级数据链的数据 实时，在现有情况下实现 运动的能量数流。 案例深化：积石山地震救援 国家力量 积石山地震救援，北斗土地监测 2024年数据的高庸力含量数据 全天气流监测 国家高风险区，一个的策全属 二次灾害警惕，营救人员安全 巨大安全网等一般缎连 GNSS深度探究：探究活动与功能对比 小组合作探究： 解密“定位针” GNSS与RS的功能辨析： RS（遥感）： GNSS（导航）： 探究问题： ① 为什么地面通讯中断时， GNSS依然可以正 常使用? ② GNSS除了定位导航， 在防灾减灾中还有哪 些应用? 侧重于“面”的监测， 获取大范围影像（看 清灾区长什么样）。 侧重于“点”的定位， 获取精确的三维坐标 （知道灾区/人在哪）。 GNSS知识总结：GNSS的核心功能与防灾应用 知识提炼：全球卫星导航系统（GNSS）--救援的“定位针” 灾前预警 精确定位：提供目标物 的三维坐标（经度、 地壳运动监测、山 纬度、海拔） 体滑坡/泥石流毫 米级位移监测 防灾减灾 核心 导航：为运动目标提供 应用场景 功能 实时的位置和速度信息 被困人员发送位置 置位坐标 求救(北斗短报文) 灾中 授时：提供高精度的标 救援 准时间 救援队伍精准导航 与调度 第三部分 分情境三：地理信息系统（GIS）--调度的“智慧脑” 核心知识模块：地理信息系统的功能与防灾应用 地形 发光大脑 地形 道路 道路 人口 适用教材：人教版高中地理必修第一册第六章第四节 GIS情境导入：海量数据如何化繁为简? 面对复杂的灾情，如何做出科学决策? 郑州暴雨的“风险地图” 积石山地震的“损失账本” *真实素材：郑州暴雨时，GIS系统生成的城区积水点风险分布图。 某导航软件基于此数据，向用户实时推送暴雨积水点预警， 避免车辆误入深水区。 *真实素材：积石山地震后，应急管理部发布的GIS受灾损失 评估图。不同颜色的色块清晰标明了房屋受损程度和道路 阻断情况。 思考与探究： 驱动问题：有了遥感（RS）拍下的受灾影像、北斗（GNSS）传回的定位数据， 怎么把这些海量、零散的数据整合起来，快速调度救援力量、评估灾害损失? 数据是孤立的：影像只是图片，坐标只是数字。 决策是复杂的：救援需要考虑路通不通、哪里人多、哪里水深。 谁来充当这个“超级大脑”进行计算和分析? 情境导入：驱动问题提出 GIS深度探究：灾中调度的“超级算法” 运筹帷幄，GIS如何规划最优救援路线? 多源数据整合与智能调度 案例深化：郑州暴雨时，GIS系统整合了降水 降水数据、积水点分布、人口密度、交通线路、 救援队伍位置等12类海量数据。 智能输出：系统通过空间分析，自动避开积水 积水深、道路断裂的区域，为1300余支救援队 伍推送了最优救援路线，极大提高了救援效率。 逻辑推导：GIS的核心在于“图层叠加”与“空间分析”， 它能像人类大脑一样，综合考虑多种因素，得出最优解。 地形图层 交通线路图层 积水点图层 人口分布图层 救援队位置图层 最优救援路线 GIS深度探究：灾后评估的“精准算盘” 灾后重建，GIS如何提供的科学依据? 快速完成全震区损失评估 重建规划 案例深化：积石山地震后，如果依靠人工统计房 屋受损和道路损毁情况，可能需要数月时间。 震前建筑物数据库 遥感影像数据 基于评估结果，GIS还能结合地质条件，为灾后 重建选址（如避开断裂带和滑坡易发区）提供科 学的数据支撑。 科技赋能：仅用3天就完成了全震区的受损评估。 GIS深度探究：探究活动与协同逻辑 小组合作探究：解密“智慧脑” 探究问题： ① GIS和RS、GNSS的关系是什 么？ 请画出3S技术的协同关系 示意图。 ② 如果要做本地的山洪灾害风险 区划，需要往GIS中输入哪些数据 图层? RS（提供面状影像数据） GNSS（提供点状空间坐标） 输入 GIS GIS（数据整合、空间分析） 输出 抗灾减灾洪风黄周露 拉花岗能波密图 貢業切點點 防灾减灾决策方案 影像 坐标 人口 数据整合 灾前 图层 地形 灾害风险区划、应急预案模拟 统一组个数据库 防 灾 减 灾 应 用 场 景 核 心 功 能 空间分析 灾中 算法与分析 算法与分析 图层叠加、缓冲区分析 救援路线规划、物资智能调度 地理信息系统（GIS） -调度的“智慧脑” 可视化输出 灾后 地图、图表 复杂、美丽的交互地图 灾害损失快速评估、灾后重建科学选址 表示分析结果 第四部分 迁移应用与课堂总结 核心任务：学以致用，构建家乡的“智慧防线” 第29页：迁移应用：家乡灾害的“智慧防线” RS/GIS 北方的寒潮/旱灾 RS RS/GNSS 西南地区：滑坡泥石流 东南沿海：台风 实践挑战：定制你的防灾减灾全流程 方案 情境拓展：你的家乡最主要的自 然灾害是什么? 任务要求： 必须包含： 灾前预警、 灾中救援、灾后评估三个 环节。必须明确指出每个环节具体使 用了哪种技术（RS/GNSS/GIS）， 并说明其作用。 学生活动： 分组讨论5分钟，选派代表展示方 案。注意区分技术应用场景，避免混 淆。 【课堂总结】 3S技术在防灾减灾中的应用→人地协调：科技赋能+尊重自然 遥感RS：千里眼 全球卫星导航系统GNSS：定位针 核心功能：获取地表影像。 大范围动态监测 核心功能：精确定位、导航、授时 3S技术 防灾应用：灾前预警、灾中快速 防灾应用：被困人员求救、 识别受灾范围、灾后动态监测 防灾减灾 救援人员导航、灾害位移监测 地理信息系统GIS：智慧脑 核心功能：数据整合、空间分析 【课后作业】 可视化输出 查阅资料，了解我国北斗系 防灾应用：风险区划、救援调度 损失评估、重建规划 统在防灾减灾中的最新应用成 果，写一篇200字左右的科普 短文。 协同逻辑：RS/GNSS获取数据→GIS分析输出→支撑全流程防灾 $