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| 數字地球 |
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中文名稱： 數字地球 外文名稱： The digital earth 性質： 地球虛擬系統 提出時間： 1998年1月 提出人： 美國副總統戈爾 提出地點： 加利福尼亞科學中心 |
"數字地球"就是數字化的地球，是一個地球的數字模型，它是利用數字技術和方法將地球及其上的活動和環境的時空變化數據,按地球的坐標加以整理，存入全球分布的計算機中，構成一個全球的數字模型，在高速網絡上進行快速流通，這樣就可以使人們快速、直觀完整地了解我們所在的這顆星球。"數字地球"將最大限度地為人類的可持續發展和社會進步以及國民經濟建設提供高質量的服務。[1]
簡介
數字地球，是美國副總統戈爾於1998年1月在加利福尼亞科學中心開幕典禮上發表的題為 "數字地球:認識二十一世紀我們所居住的星球" 演說時，提出的一個與GIS、網絡、虛擬現實等高新技術密切相關的概念。在戈爾的文章內，他將數字地球看成是"對地球的三維多分辨率表示、它能夠放入大量的地理數據"。在接下來對數字地球的直觀實例解釋中可以發現，戈爾的數字地球學是關於整個地球、全方位的GIS與虛擬現實技術、網絡技術相結合的產物。 顯然，面對如此一個浩大的工程，任何一個政府組織、企業或學術機構，都是無法獨立完成的，它需要成千上萬的個人、公司、研究機構和政府組織的共同努力。數字地球要解決的技術問題，包括計算機科學、海量數據存貯、衛星遙感技術、寬帶網絡、互操作性、元數據等。可以預見，隨着地球空間信息學的發展，而建立起的數字地球，必將促進測繪事業的現代化，為測繪事業與整個國民經濟建立更加緊密的聯繫，作出更大的貢獻，在未來和知識經濟社會中產生巨大的經濟效益和社會效益。
1998年江澤民總書記在接見兩院院士代表時的講話中指出:"當今世界，以信息技術為主要標誌的科技進步日新月異，高科技成果向現實生產力的轉化越來越快，初見端倪的知識經濟預示人類的經濟社會生活將發生新的巨大變化"。以理解為對真實地球及其相關現象統一的數字化重現和認識。其核心思想是用數字化的手段來處理整個地球的自然和社會活動諸方面的問題，最大限度地利用資源，並使普通百姓能夠通過一定方式方便地獲得他們所想了解的有關地球的信息，其特點是嵌入海量地理數據，實現多分辨率、三維對地球的描述，即"虛擬地球"。通俗地講，就是用數字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環境的時空變化裝入電腦中，實現在網絡上的流通，並使之最大限度地為人類的生存、可持續發展和日常的工作、學習、生活、娛樂服務。嚴格地講，數字地球是以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬帶網絡為紐帶運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，並利用它作為工具來支持和改善人類活動和生活質量。
數字地圖是紙制地圖的數字存在和數字表現形式，是在一定坐標系統內具有確定坐標和屬性的地面要素和現象的離散數據，在計算機可識別的可存儲介質上概括的、有序的集合。
在計算機技術和信息科學高度發展的當今，僅靠紙制的地圖和一些零散的數字地圖提供信息已無法滿足需要，取而代之的是在飛機、艦船導航、新武器制導、衛星運行測控和部隊快速反應、軍事指揮自動化以及經濟建設的各個行業中廣泛應用的，基於區域性或全國性的數字地圖及各種各樣的地圖數據庫管理系統和地理信息系統。
這些系統共同的特點是:信息豐富多樣，提供信息正確及時，修改、檢索、 傳輸信息方便快速，並可以對系統中的數據作進一步的分析操作，最後輸出人們關注的專題信息。
數據庫技術的應用和信息系統的建立使傳統紙制地圖的應用發生了質的飛躍，也為地圖產品開闢了一個新的應用天地。
技術基礎
要在電子計算機上實現數字地球不是一個很簡單的事，它需要諸多學科，特別是信息科學技術的支撐。這其中主要包括:信息高速公路和計算機寬帶高速網絡技術、高分辨率衛星影像、空間信息技術、大容量數據處理與存貯技術、科學計算以及可視化和虛擬現實技術。
高速網絡
一個數字地球所需要的數據已不能通過單一的數據庫來存貯，而需要由成千上萬的不同組織來維護。這意味着參與數字地球的服務器將需要由高速網絡來連接。為此，美國克林頓總統早在1993年2月就提出實施美國國家信息基礎設施(NII)，通俗形象地稱為信息高速公路，它主要由計算機服務器、網絡和計算機終端組成。美國為此計劃投入4000億美元，耗時20年。到2000年的目標是提高生產率20~40%，獲取35000億美元的效益。
在Internet流量爆發性增長的驅動下，遠程通信載體已經嘗試使用10G/S的網絡，而每秒1015byte的因特網正在研究中。相信在21世紀將會有更加優秀的寬帶高速網供人們使用。
高分辨率
本世紀的遙感衛星影像，在衛星遙感問世的20多年分辨率已經有了飛快的提高，這裡所說的分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率。空間分辨率指影像上所能看到的地面最小目標尺寸，用像元在地面的大小來表示。從遙感形成之初的80米，已提高到30米，10米，5.8米，乃至2米，軍用甚至可達到10cm。到下一世紀獲取1m或優於1m的空間分辨率影像將會十分方便。光譜分辨率指成像的波段範圍，分得愈細，波段愈多，光譜分辨率就愈高，21世紀的技術可以達到5~6nm(納米)量級，400多個波段。細分光譜可以提高自動區分和識別目標性質和組成成分的能力。時間分辨率指重訪周期的長短，一般對地觀測衛星為15-25天的重訪周期。通過發射合理分布的衛星星座可以3-5天觀測地球一次。
高分辨率衛星遙感圖像在下一世紀將可以優於1米的空間分辨率，每隔3-5天為人類提供反映地表動態變化的詳實數據，從而實現秀才不出門，能觀天下事的理想。
空間設施
空間信息是指與空間和地理分布有關的信息，經統計，世界上的事情有80%與空間分布有關，空間信息用於地球研究即為地理信息系統。為了滿足數字地球的要求，將影像數據庫、矢量圖形庫和數字高程模型(DEM)三庫一體化管理的GIS軟件和網絡GPS，將在下一世紀十分成熟和普及。從而可實現不同層次的互操作，一個GIS應用軟件產生的地理信息將被另一個軟件讀取。
當人們在數字地球上，進行處理、發布和查詢信息時，將會發現大量的信息都與地理空間位置有關。例如查詢兩城市之間的交通連接，查詢旅遊景點和路線，購房時選擇價廉而又環境適宜的住宅等都需要有地理空間參考。由於尚未建立空間數據參考框架，致使在萬維網上製作主頁時還不能輕易將有關的信息連接到地理空間參考上。因此，國家空間數據基礎設施是數字地球的基礎。
國家空間數據基礎設施主要包括空間數據協調管理與分發體系和機構，空間數據交換網站、空間數據交換標準及數字地球空間數據框架。這是美國克林頓總統在1994年4月以行政令下發的任務，美國將於2000年元月初步建成，我國也將在跨世紀之際，抓緊建立我國基於1:50000和1:10000比例尺的空間信息基礎設施。歐洲、俄羅斯和亞太地區也都紛紛抓空間數據基礎設施。
空間數據共享機制是使數字地球能夠運轉的關鍵之一。國際標準化組織ISO/TC211工作組正為此而努力工作。只有共享才能發展，共享推動信息化，信息化進一步推動共享。政府與民間的聯合共建是實現共享原則的基本條件，因為任何國家的政府也不可能包攬整個信息化的建設。在我國，要遵循這一規律就必然要求打破部門之間和地區之間的界限，統一標準，聯合行動，相互協調，互諒互讓，分工合作，發揮整體優勢。只有大聯合才能形成規模經濟的優勢，才能在國際信息市場的激烈競爭中爭取主動。
數據存貯
數字地球將需要存貯1015字節的(Quadrillions)信息。美國NASA的行星地球計劃EOS-AM1 99年上天，每天將產生1000GB(即1TB)的數據和信息，1米分辨率影像覆蓋廣東省，大約有1TB的數據，而廣東才是中國的1/53。所以要建立起中國的數字地球，僅僅影像數據就有53TB，這還只是一個時刻的，多時相的動態數據，其容量就更大了。美國的NASA和NOAA已着手建立用原型並行機管理的可存貯1800TM的數據中心，數據盤帶的查找由機器手自動而快速地完成，相信到下一世紀，還會有新的突飛猛進。
另一方面，為了在海量數據中迅速找到需要的數據，元數據(metadata)庫的建設是非常必要的，它是關於數據的數據，通過它可以了解有關數據的名稱、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶尋找所需數據的時間。
科學計算
地球是一個複雜的巨系統，地球上發生的許多事件，變化和過程又十分複雜而呈非線性特徵，時間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計算機，我們今日和跨世紀的未來，才有能力來模擬一些不能觀測到的現象。利用數據挖掘(Data Mining)技術，我們將能夠更好地認識和分析所觀測到的海量數據，從中找出規律和知識。科學計算將使我們突破實驗和理論科學的限制，建模和模擬可以使我們能更加深入地探索所搜集到的有關我們星球的數據。
行業概況
數字地球的提出是全球信息化的必然產物，它的一項長期的戰略目標，需要經過全人類的共同努力才能實現。同時，數字地球的建設與發展將加快全球信息化的步伐，在很大程度上改變人們的生活方式，並創造出巨大的社會財富，為人類社會的發展作出巨大貢獻。
"三S"作為數字地球的技術基礎和核心將得到迅速發展，一方面數字地球的研究和建設為"三S"技術的發展創造了條件，另一方面"三S"技術的發展為數字地球的建設提供了技術支持。
我國在地球空間信息科學領域的研究工作經過不懈努力取得了許多優秀成果，培養了一些國際知名的學者和一大批具有較高素質的中青年學術骨幹，為學科的發展作出了自己的貢獻。但是，我們必須清醒地認識到，由於在傳感器，計算機，通訊以及綜合國力等方面與先進國家存在較大差距，使得在相當長的一段時間在地球空間信息科學的若干方面將落後於國際先進水平。因此，只有發揮自己的優勢，不斷努力，努力建設數字中國和數字地球，才能逐步縮小與國際先進水平的差距，為我國的經濟建設和社會發展做出自己的貢獻。
目前來看，市場需求是很大的，而供應方面卻略顯不足，尤其是擁有核心知識產權，技術過硬的企業並不多，行業整體缺乏品牌效應。傲唯刃道呼籲業內企業共同努力，尤其發揮吹毛求疵的研發精神，進一步提高研發能力，降低成本，真正解決客戶的實際困難，嚴把質量關，提供最可靠的產品和技術。