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1、第四节第四节 数字地球数字地球一、数字地球的概念一、数字地球的概念数字地球是：数字地球是：信息化的地球信息化的地球 地球的地球的虚拟对照体虚拟对照体。数字地球将有关地球上。数字地球将有关地球上每一点的信息每一点的信息，按地球的，按地球的地理坐标加地理坐标加以整理以整理，然后构成一个全球的，然后构成一个全球的信息模信息模型型。人们可以快速、形象地了解地球。人们可以快速、形象地了解地球上的上的任何一点、任何方面任何一点、任何方面的信息，从的信息，从而实现而实现“信息就在指尖上信息就在指尖上”的梦想。的梦想。通俗地讲，通俗地讲，就是用数字的方法将就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球地球、地
2、球上的活动及整个地球环境的时空变化装人电脑中，实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、可持续发限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。娱乐服务。“数字地球数字地球”的提出的提出“数字地球数字地球”的提出的提出特点特点技术基础技术基础应用应用时间时间人物人物著作著作1998 年年 1 月月 31 日日时任时任美国美国副总副总统的统的阿尔阿尔戈尔戈尔 数字数字地球：地球：展望展望21世纪我世纪我们这颗们这颗行星行星 是一种可以是一种可以嵌入嵌入海量地海量地理数据理数据的、的、多分
3、辩率多分辩率的的和和三维的地三维的地球球的表示，的表示，可以在其上可以在其上添加许多与添加许多与我们所处星我们所处星球有关的数据。球有关的数据。遥感技术、遥感技术、地理信息地理信息系统、网系统、网络技术、络技术、虚拟现实虚拟现实技术技术可持续可持续发展，发展，农业、农业、灾害、灾害、资源、资源、教育等教育等方面方面二、数字地球的技术基础二、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要在电子计算机上实现数字地球不是一件简单的事，它需要诸多学科，特别是件简单的事，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
4、分辨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、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、高性能计算能可视化和虚拟现实技术、高性能计算能力。力。1、信息高速公路与高速网络技术、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。要由高速网络来连接。在在 Int
5、ernet 流量爆发性增长的驱动下，远程通流量爆发性增长的驱动下，远程通信载体已经尝试使用信载体已经尝试使用 10G / S 的网络，而每秒的网络，而每秒 1 015 byte 的因特网正在研究中。相信在的因特网正在研究中。相信在 21 世纪世纪将会有更加优秀的宽带高速网供人们使用。将会有更加优秀的宽带高速网供人们使用。网络及分布式数据库网络及分布式数据库2、高分辨率卫星遥感技术、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，这里所说多年分辨率已经有了飞快的提高，这里所说的分辨率指空间分辨率、光谱分辨率
6、和时间分辨的分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。标尺寸，用像元在地面的大小来表示。n高分辨率卫星遥感图像在高分辨率卫星遥感图像在 21 世纪将可以优于世纪将可以优于 1 米的空间分辨率，每隔米的空间分辨率，每隔 3 一一 5 天为人类提供反映天为人类提供反映地表动态变化的翔实数据，从而实现地表动态变化的翔实数据，从而实现“秀才不出门，秀才不出门，能观天下事能观天下事”的理想。的理想。卫卫星星影影像像“快快鸟鸟”卫卫星星拍拍摄摄的的中中国国台台湾湾的的卫卫星星影影像像。“快快
7、鸟鸟”卫卫星星拍拍摄摄的的美美国国纽纽约约市市区区的的卫卫星星影影像像。3、空间信息技术与空间数据基础设施、空间信息技术与空间数据基础设施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，世界上的事情有据统计，世界上的事情有 80 与空间分布有关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库和数字高程模型 (DEM)三库一体化管理的三库一体化管理的 GlS 软件和网络软件和网络 GPS ，将在将在 21
8、 世纪十分成熟和世纪十分成熟和普及。从而可实现不同层次的互操作，一个普及。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。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理数据整理地理信息系统（地理信息系统（GIS ）4、大容量数据存储技术、大容量数据存储技术n数字地球将需要存贮数字地球将需要存贮 10 1 5 字节的（字节的（ Quadrillions ）信息。美国信息。美国 NASA 的行星地球计的行星地球计划划 EOS 一一 AMI 1999 年上天，每天将产生年上天，每天将产生 1 000 GB （即即 1 TB ）的
9、数据和信息，的数据和信息， 1 米分辨率影像米分辨率影像覆盖广东省，大约有覆盖广东省，大约有 1 TB 的数据，而广东才是中的数据，而广东才是中国的国的 1 / 53 。所以要建立起中国的数字地球，仅仅。所以要建立起中国的数字地球，仅仅影像数据就有影像数据就有 53TB ，这还只是一个时刻的多时这还只是一个时刻的多时相的动态数据，其容量就更大了。目前美国的相的动态数据，其容量就更大了。目前美国的 NASA 和和 NOAA 已着手建立用原型并行机管理的已着手建立用原型并行机管理的可存贮可存贮 1 800TM 的数据中心，数据盘带的查找由的数据中心，数据盘带的查找由机器手自动而快速地完成，相信在机
10、器手自动而快速地完成，相信在 21 世纪，还会世纪，还会有新的突飞猛进。有新的突飞猛进。5、可视化和虚拟现实技术、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。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，就可以看后，用户戴上显示头盔，就可以看见地球从太空中出现。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
11、以在虚拟空间戴上数据仪器，可以在虚拟空间中体验太空漫步的美妙滋味中体验太空漫步的美妙滋味. .6、高性能计算能力、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，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，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只有利用高速计算机，我们今日和跨世纪的未来，才有能力来模拟一些不能观测到的现象。来，才有能力来模拟一些不能观测到的现象。利用数据挖掘（利用数据挖掘（ Data Mining ）技术，我们将
12、）技术，我们将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据，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。从中找出规律和知识。三、数字地球与我们的生活三、数字地球与我们的生活n“数字城市数字城市”：从广义上说，是通过宽带多媒：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，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
13、息化社家电、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区，最终实现城市国民经济和社会发展的全面信息化。面信息化。v“数字化社区数字化社区”：顾名思义，就是通过数：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相联结的社区。这种数字化的网络系统 使社区的管理者与住户之间可以实时地进使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
14、出了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。一个丰富多彩的虚拟社区。“地球村地球村”：信息高速公路的出现，：信息高速公路的出现，国际互联网的使用，国际互联网的使用，“数字地球数字地球”的产生，的产生，“缩小缩小”了我们生活的空了我们生活的空间，间，“缩短缩短”了我们联系交往的时了我们联系交往的时间，使我们生活的世界成为一个间，使我们生活的世界成为一个全球性、同时性的全球性、同时性的“地球村地球村”。n“数字化生存数字化生存”：我国：我国 IT 界有关人士界有关人士这样描述未来普通人的数字化生存状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。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。换、资源共享以及自动化控制。
