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1、数字地球 全称：Digital Earth 中文：数字地球 将各种地理信息记录在计算 机互联网系统内，以供全球 共享。它利用了3S技术及全 息投影、虚拟现实等各种先 进技术。 一、数字地球的概念 : 数字地球（Digital Earth）是对真实地球及 其相关现象统一性的数字化重现与再认识，是 全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚 拟技术、网络技术等各种科技的综合应用。 “3S”技术是数字地球的核心技术核心技术 定义：把地球上每一个确定点（点的范围 因需要可大可小）的相关信息和数据组织 起来，然后进一步组合地球上所有这样的 点，构造一个能包容自然和人类大多数数 据和信息的虚拟地球。人们可以
2、快速、形 象地了解地球上的任何一点、任何方面的 信息，从而实现“信息就在指尖上”的梦 想。 通俗地讲，就是用数字的方法将地 球、地球上的活动及整个地球环境的 时空变化装人电脑中，实现在网络上 的流通，并使之最大限度地为人类的 生存、可持续发展和日常的工作、学 习、生活、娱乐服务。 “信息就在指尖上” 一是用数字化的手段来处理整个地球的自然和 社会等方面的问题。 二是最大限度地利用资源，并使人们能够通过 一定方式，方便地获得有关地球的信息。 数字地球的核心 特点： 嵌入海量地理数据，实现多分辨率和三 维的地球的表示，即“虚拟地球”。 二、数字地球的技术基础 n要在电子计算机上实现数字地球不是一件
3、 简单的事，它需要诸多学科，特别是信息科 学技术的支撑。这其中主要包括：信息高速 公路与高速网络技术、高分辨率卫星遥感技 术、空间信息技术与空间数据基础设施、大 容量数据存储技术、可视化和虚拟现实技 术、高性能计算能力。 数字地球的技术组成的层次 虚拟现实技术使数字地球与我们更加接近 近几年来，虚拟现实成为国内外科技界关注的一 个热点。虚拟现实借助计算机技术及硬件设备，通过 视、听、触、嗅等手段，让人感受一种数字虚幻情 境。 虚拟世界可以对使用者的输入（如手势、语言命 令）作出响应。如，你“拿起”一把虚拟的火炬，你 立即会被橙红色的火焰所照耀，并具有周身温暖的感 觉；你可以用虚拟的“手”，去感
4、触游弋在虚拟鱼缸 中的金鱼；坐在虚拟的驾驶室，你能够感觉到高速行 驶中的颠簸状态与耳边呼啸的风声。 数字地球的技术组成 1. 信息高速公路与高速网络技术 2. 高分辨率卫星遥感技术 3. 空间信息技术与空间数据基础设施 4. 大容量数据存储技术 5. 可视化和虚拟现实技术 1、信息高速公路与高速网络技术 一个数字地球所需要的数据已不能通过 单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的 不同组织来维护。这意味着参与数字地球的 服务器将需要由高速网络来连接。 在 Internet 流量爆发性增长的驱动下，远 程通信载体已经尝试使用 10G / S 的网络，而 每秒 1 015 byte 的因特网正在研究
5、中。相在 21 世纪将会有更加优秀的宽带高速网供人们使 用。 n信息高速公路，是把信息的快速传输比 喻为“高速公路”。所谓“信息高速公路 ”，就是一个高速度、大容量、多媒体的 信息传输网络。其速度之快，比目前网 络的传输速度高1万倍；其容量之大，一 条信道就能传输大约500个电视频道或50 万路电话。此外，信息来源、内容和形 式也是多种多样的。网络用户可以在任 何时间、任何地点以声音、数据、图像 或影像等多媒体方式相互传递信息。 2、大容量数据分布式存储技术 n数字地球将需要存贮 10 1 5 字节的（ Quadrillions ）信息。美国 NASA 的行星地球计 划 EOS 一 AMI 1
6、999 年上天，每天将产生 1 000 GB （即 1 TB ）的数据和信息， 1 米分辨率影 像覆盖广东省，大约有 1 TB 的数据，而广东才 是中国的 1 / 53 。所以要建立起中国的数字地球 ，仅仅影像数据就有 53TB ，这还只是一个时刻 的多时相的动态数据，其容量就更大了。目前美 国的 NASA 和 NOAA 已着手建立用原型并行机 管理的可存贮 1 800TM 的数据中心，数据盘带 的查找由机器手自动而快速地完成，相信在 21 世纪，还会有新的突飞猛进。 3、高分辨率卫星遥感技术 n20 世纪的遥感卫星影像，在卫星遥感问世的 20 多年分辨率已经有了飞快的提高，这里所说 的分辨率
7、指空间分辨率、光谱分辨率和时间分 辨率。空间分辨率很高。从遥感形成之初 80 m ，提高到 30 m， 10 m， 5 . 8 m，乃至 2 m。 军用可达 10 cm。在 21 世纪获取 1 m或优于 1 m的空间分辨率影像将会十分方便 n光谱分辨率指成像的波段范围，处得愈细，波 段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以 达到 5 一 6 nm （纳米）量级， 400 多个波段。 细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和 组成成分的能力。 n时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地 观测卫星为 15 一 25 天的重访周期。通过发射 合理分布的卫星星座可以 3 一 5 天观测地球一 次。 卫
8、星影像 “快鸟”卫星拍摄的中国 台湾的卫星影像。 “快鸟”卫星拍摄的美国 纽约市区的卫星影像。 4、空间信息技术与空间数据基础设施 n n 空间信息是指与空间和地理分布有关的信息空间信息是指与空间和地理分布有关的信息 ，据统计，世界上的事情有 80 与空间分布 有关空间信息用于地球研究即为地理信息 系统。为了满足数字地球的要求，将影像数 据库、矢量图形库和数字高程模型 (DEM) 三库一体化管理的 GlS 软件和网络 GPS ，将 在 21 世纪十分成熟和普及。从而可实现不同 层次的互操作，一个 GIS 应用软件产生的地 理信息将被另一个软件读取。 全球定位系统全球定位系统 咨询 管理 信息管
9、理 数据整理 地理信息系统（地理信息系统（GIS GIS ） 5、可视化和虚拟现实技术 n可视化是实现数字地球与人交互的窗 口和工具，没有可视化技术，计算机中 的一堆数字是无任何意义的。数字地球 的一个显著的技术特点是虚拟现实技 术。建立了数字地球以后，用户戴上显 示头盔，就可以看见地球从太空中出 现。 头戴式虚拟现实成像设备头戴式虚拟现实成像设备 戴上数据仪器，可以在虚拟空间 中体验太空漫步的美妙滋味. 6、高性能计算能力 地球是一个复杂的巨系统，地球上发生的许 多事件、变化和过程又十分复杂而呈非线性 特征，时间和空间的跨度变化大小不等，差 别很大，只有利用高速计算机，我们今日和 跨世纪的未
10、来，才有能力来模拟一些不能观 测到的现象。利用数据挖掘（ Data Mining ）技术，我们将能够更好地认识和分析所观 测到的海量数据，从中找出规律和知识。 应用领域数字地球举例意义 可持续 发展 模拟人类活动对生产和环 境的影响 制定可持续发展对策 数字化空间实验室 从全球角度研究可持续 发展问题 政府 决策 虚拟大型水库建成后，库 区周围和上下游的环境变 化 为是否修建水库和水库 修建后可能出现的问题 及对策提供依据 GIS分析犯罪模式和犯罪 频率 合理分配警力资源 百姓 生活 模拟教育、商场、娱乐、 风景名胜、博物馆、美术 馆、艺术画廊的景象 坐在家中享受生活 三、数字地球的应用前景
11、三、数字地球与我们的生活 n“数字城市”： n从广义上说，是通过宽带多媒体信息网络、 地理信息系统等基础设施平台，整合城市信息 资源并加以充分利用，建立电子商务、电子政 务、科技信息系统、劳动和社会保障信息系统 等子系统，通过发展信息家电、网上教育、远 程医疗，建设信息化社区，最终实现城市国民 经济和社会发展的全面信息化。 n中国：一些城市也在积极投入数字城市 建设、并制定了相应的目标。例如：“数 字北京”、“数字上海”、“数字广州”、“ 智能济南”等。其中，北京市明确提出“ 数字北京”的建设目标是通过建设宽带信 息网络、地理信息系统等基础设施平台 ，整合首都信息资源，建立电子政务、 电子商务
12、系统，实现国民经济信息化和 公共服务领域的信息化；构建起秘信息 社会相适应的信息化软环境；发展信息 家电、远程教育、网上医疗、建设信息 化社区。 下列不属于“数字中国”服务领域的工作是() A了解长江流域的水土流失状况 B了解股市行情 C通缉罪犯 D设计时装 应用网络技术可能对国家安全构成直接威胁() 在互联网上存在着许多容易扩散的计算机病毒 敌对势力利用网络散布谣言，扰乱社会秩序 外国情报机构可以利用网络技术窃取国家机密 网上黑客经常破坏一些计算机网络 A B C D D C v“数字化社区”：顾名思义，就是通过数字技 术将管理、服务的提供者与每个住户相联结的 社区。这种数字化的网络系统 使
13、社区的管理 者与住户之间可以实时地进行各种形式的信息 交互，由于现代网络浏览器的先进性以及多态 的表现性，加上各种网络多媒体技术的应用， 从而营造出了一个丰富多彩的虚拟社区。 n数字校园 “地球村”：信息高速公路的出现，国际互联 网的使用，“数字地球”的产生，“缩小”了我 们生活的空间，“缩短”了我们联系交往的时 间，使我们生活的世界成为一个全球性、同 时性的“地球村”。 n“数字化生存”：我国 IT 界有关人士这样描 述未来普通人的数字化生存状态：宽带将代替 电话拨号的窄带方式成为家庭和外部信息交流 的高速公路。单芯片技术产生的数字产品会不 断丰富、满足用户高品质数字化生活的需要。 所有产品通过有线网络或无线网络联成一体并 实现设备之间的数据交换、资源共享以及自动 化控制。
