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第三章第四节数字地球一、数字地球的含义1．数字地球的概念•数字地球是：信息化的地球―地球的虚拟对照体。数字地球将有关地球上每一点的信息，按地球的地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型。人们可以快速、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入电脑中，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。•严格地讲，数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类的活动和生活质量。【背景知识】数字地球的核心思想•数字地球的核心思想：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，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方式，方便地获得他们所想了解的有关地球的信息。•数字地球的特点：数字地球的特点是嵌入海量地理数据，实现多分辨率、三维的地球的描述，即“虚拟地球”。【阅读指导】“数字地球”的提出“数字地球”的提出特点技术基础应用时间人物著作1998年1月31日时任美国副总统的阿尔．戈尔《数字地球：展望21世纪我们这颗行星》是一种可以嵌入海量地理数据的、多分辩率的和三维的地球的表示，可以在其上添加许多与我们所处星球有关的数据。遥感技术、地理信息系统、网络技术、虚拟现实技术可持续发展，农业、灾害、资源、教育等方面2．数字地球的技术基础•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。（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。为此，早在1993年2月美国前总统克林顿就提出实施美国国家信息基础设施（Nll),通俗形象地称为“信息高速公路”，它主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成。美国为此计划投入4000亿美元，耗时20年。到2000年的目标是提高生产率20％一40%，获取35000亿美元的效益。•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1015byte的因特网正在研究中。相信在21世纪将会有更加优秀的宽带高速网供人们使用。信息高速公路•是一个集电话、电脑、电视等功能于一体，能够综合传输和处理图、文、声、像等各种信息的一个全社会的立体化通信网。国际互联网•是当前信息领域发展最快、作用最大、影响最广、公众关注程度最高的通信网络，它是信息高速公路的具体体现。（2）高分辨率卫星遥感技术•20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标尺寸，用像元在地面的大小来表示。•从遥感形成之初的80米，已提高到30米，10米，5.8米，乃至2米．军用甚至可达到10厘米。在21世纪获取1米或优于1米的空间分辨率影像将会十分方便。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5一6nm（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。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。•高分辨率卫星遥感图像在21世纪将可以优于1米的空间分辨率，每隔3一5天为人类提供反映地表动态变化的翔实数据，从而实现“秀才不出门，能观天下事”的理想。（3）空间信息技术与空间数据基础设施•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。•当人们在数字地球上，进行处理、发布和查询信息时，将会发现大量的信息都与地理空间位置有关。例如，查询两城市之间的交通连接，查询旅游景点和路线，购房时选择价廉而又环境适宜的住宅等都需要有地理空间参考。由于尚未建立空间数据参考框架，致使目前在万维网上制作主页时还不能轻易将有关的信息连接到地理空间参考上。因此，国家空间数据基础设施是数字地球的基础。(4)大容量数据存储技术•数字地球将需要存贮1015字节的（Quadrillions）信息。美国NASA的行星地球计划EOS一AMI1999年上天，每天将产生1000GB（即1TB）的数据和信息，1米分辨率影像覆盖广东省，大约有1TB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1800TM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。(5)可视化和虚拟现实技术•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。•人造虚拟现实技术在摄影测量中早已是成熟的技术，近几年的数字摄影测量的发展，已经能够在计算机上建立可供量测的数字虚拟技术。当然，当前的技术是对同一实体拍摄照片，产生视差，构造立体模型，通常是当模型处理。进一步的发展是对整个地球进行无缝拼接，任意漫游和放大，由三维数据通过人造视差的方法，构造虚拟立体。(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来，才有能力来模拟一些不能观测到的现象。利用数据挖掘（DataMining）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。例1“数字地球”的出现是科技创新的又一典范。这意味着（）•A．科技创新日益全球化•B．科学技术是先进生产力的集中体现•C．科技的发展离不开雄厚的经济实力•D．任何科技必然为政治服务B例2“数字地球”的核心技术包括（）•①遥感技术②全球定位系统③地理信息系统④现代通信技术•A．①②③•B．②③④•C．①②④•D，①③④A【阅读指导】一次虚拟旅行工具应用戴上头盔显示器使用“数据手套”乘上“魔毯”使用语音识别装置使用虚拟技术看到出现在太空中蔚蓝色的、美丽的地球会看到大洲、国家、城市，最后是房屋、树木以及其他各种自然和人造物体深入查看细节可以询问所在地区的土地利用，动植物种类，实时的气候道路，以及人口等方面的文本、图像、视频信息能够跨越时空，返回到数日、数年、数世纪以前的环境，甚至可以与恐龙接触例3“数字地球”的组成除了地图测绘系统（EOS）、全球定位系统（GPS）外，还包括（）A．航空遥感B.WPSC．地理信息系统D．汉字处理系统C解析：“数字地球”是地图测绘、航空卫星遥感、探空和深钻技术的深化，是对地图测绘系统（EOS）、全球定位系统（GPS）与地理信息系统（GIS）的综合，实现地球图层间物质流、能量流与信息流数据的集成，便于对全球化问题进行广泛研究。（二）数字地球与我们的生活•“数字城市”：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。•“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。•“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”。•“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。