师:同学们,现在我们学习高一人教版地理必修一第六单元问题,研究地理信息系统在防灾减灾中的应用,以救灾物资储备库的选址为例。
4000多年前,人们使用地图来描绘世界,记录和传播地理信息。数字信息时代,人们使用数字化地图描绘自然环境和社会生活,利用计算机管理和使用地理信息。通过前面两个课时的学习,我们知道遥感技术可以获取地表事物属性特征信息,全球卫星导航系统可以获取地表事物空间位置信息。这两类信息都是数字地球的数据基础。有一种地理信息技术,能够把以上基础数据进行管理,为生产生活和防灾减灾工作提供决策参考,这种地理信息技术就是地理信息系统。
比如,图一是遥感所获取的广州市植被影像,图二是全球卫星导航系统测量获得的广州市行政区划以及中心城区的边界线。利用地理信息系统对图一和图二的数据进行管理,就能得到广州市的植被指数,也就是图三,为广州市的绿化工作提供决策参考。这只是地理信息系统的一项应用,它还有更强大的其他功能。
本课时的学习目标:第一,绘制关系图,描述遥感、全球卫星导航系统和地理信息系统三者之间的相互关系以及技术的分工协作;第二,以温州灾害监测预警系统、救灾物资储备库的选址为例,分析不同类型的图层,掌握根据特定目的进行叠加分析的综合思维,体验空间分析和查询等地理实践力。
地理信息系统是对地理数据进行输入、处理、储存、管理、分析、输出等的计算机信息系统。简单来说,地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统,目的是为管理决策提供依据。从地理信息系统的概念可知,它是一种多学科的综合技术系统,核心是空间分析,包括空间查询和叠加分析等方面。为了进行空间分析,就必须对地理数据进行有效的管理。地理信息系统采用的管理方式叫做图层管理。
图书馆是一个数据库,里面有很多书,我们使用书架来管理。地理信息系统也是一个数据库,数据库里有很多描绘各种地理要素的地图,我们使用图层来管理。所谓图层,就是用图形、符号、文本等描述某一个主题的数据,如道路、村庄、河流等,它们通过位置叠加组合在一起。
大家看左图,第一个图层是雨量站图,可以看到雨量站点的分布;第二个图层是行政区划图。将它们按位置叠加组合,也就是将雨量站图的图层和行政区划图的图层进行叠加,就可以得到各个行政区的雨量站点个数的统计结果:1号行政区有5个,2号行政区有15个,3号行政区有13个。
也就是说,地理信息系统的数据处理基本上是以图层为基础,通过图层的叠加,可以形成具有不同实际应用价值的地图,为生产生活和防灾减灾工作提供决策参考。这就是地理信息系统。
下面请同学们阅读教材118页的案例,归纳温州灾害监测预警信息系统中用到了哪些不同类型的图层数据。接下来看看温州四大主城区之一洞头区的农村基层防汛预警预报系统图示,系统运用了哪些图层数据?从图中我们可以清楚看到,它运用了等高线、降水量、水库、潮位、风力、风向、台风路径等图层。也就是说,洞头区农村基层防汛预警预报系统利用雨量站、水位站、气象云图等提供的信息,进行气象要素、河湖水位、台风及其形成过程的动态监测。将这些信息与地形、交通、遥感影像等信息进行叠加分析,可实现对灾害的预报预警。
我们再来看看其他案例。首先看一个经典案例,1854年,伦敦出现一种流行病——霍乱,让居民人心惶惶。当时有一名叫约翰·斯诺的医生,他画出了两幅地图,一幅是所有患者的家庭分布图,另一幅是该地区所有水井的分布图。将两幅图叠加分析,发现患者的家庭位置和水井分布位置之间有很强的联系。于是他提出一个假设,认为图中的黑色方块所代表的水井是导致疾病蔓延的源头。然后,根据这位医生的请求,英国政府把这个地区的水井全部封掉了。水井被封掉之后,这些地区的霍乱病例就不再增加了。这是地理信息系统的雏形在流行病学上的一次著名应用,对今天全球各地的新冠疫情防控依然有着重要的参考意义。以此类推,面对近两年的新冠疫情,我们也可以通过地理信息系统将相关的数据图层进行叠加分析,为疫情防控的决策提供参考依据。
广东省疫情防控可视化辅助决策系统:近十多年来,大数据、人工智能、复杂系统模拟在公共卫生领域广泛应用,已成为重大未知疫情防控的重要手段。2020年1月,自新冠肺炎疫情暴发以来,在广东省科学院党委的领导下,广州地理研究所迅速响应,依托周成虎院士地理空间智能与大数据团队,充分发挥大数据、人工智能等技术优势,以返粤人群时空大数据分析与疫情风险预测为方向,开展了应急技术攻关,快速构建了广东省疫情防控可视化辅助决策系统,为疫情防控提供技术支撑。
首先,广东是外来务工人员就业大省,本次疫情恰逢春节,大规模跨地区的人口流动和集聚,使我省疫情防控工作面临巨大挑战。返粤人群迁徙规模预测模块,利用互联网、人口迁徙、手机信令等大数据,对国内外重点疫区返粤人群规模及时空分布开展分析,为疫情输入风险评估与预测提供支持。
