数字地球
第九章GIS新技术
——①数字地球体系
遥感与地理信息系
2011.6
数字地球
?地球村?我们仅有一个地球?全球变化和区域可持续发展
引言
共同开发“数字地球”共享全球数据资源“Being Digital”
“Digital Economy”
E-Business, B2B
Internet/Intranet 信息高速公路EOS、GOOS
数字地球的由来
1998年1月31日，美国副总统戈尔在OGC年会的讲话：Digital Earth：Understanding our planet in21st Century
“我们需要一个数字地球，即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球表示，可以在其上添加许多与我们所处的星球有关的数据”
数字地球的概念
数字地球是指以地球作为对
象的、以地理坐标为依据，
具有多分辨力、海量的和多
种数据融合的，并可用多媒
体和虚拟技术进行多维(立体的和动态的)表达的，具有空间化、数字化、网络化、智
能化和可视化特征的技术系统，是实现地球数字化或信
息化的技术系统。
数字地球的技术系统
?数据获取技术，以多种分辨率的卫星遥感为主
?数据传输技术，以宽带光纤和宽带卫星通信网为主
?数据存储与管理技术，以分布式数据库及共享技术为主，包括互操作和标准、规范和法规等
?数据应用技术，以仿真与虚拟技术为主，包括为应用的服务的实验和试验
地球观测系统与全球观测信息网络
?气象卫星系列
?陆地卫星系列
?海洋卫星系列
?测地卫星系列
?地球物理卫星系列
用于数据获取——是数字地球基础设施的重要组成部分。
——气象卫星系列
?美国NOAA-TIROS系列
?日本对地静止气象卫星
(GMS)
?美国地球同步天气卫星
(GOES)
?欧空局的Meteosat
?中国风云卫星(FY)系列
?……
（南中国海热带气旋的SeaWiFS影象）
利用Radarsat 资料监测南极冰盖
——海洋卫星系列
?美国Seasat
?航天飞机成象雷达SIRA,B,C/X
?欧共体ERS 1,2系列，SAR
?日本JERS1系列
?加拿大Radarsat, SAR-A
（密西西比河鸟足状三角洲Seasat影象）
——陆地卫星系列
?美国Landsat 1,2,3,4,5,6,7?法国SPOT 1,2
?日本MOS/LOS
?俄罗斯USSRsat
?印度IRS 1,2?中国-巴西合作资源一号卫星
香港维多利亚港TM影象
中国试验卫星：香港岛
数字地球相关学科
全球定位系统(GPS)
导航
接收
高性能飞机Inertial Measurement
数字获取系统
差分GPS有限地面控制RGB
CIR
DSM
初发激光束水表面返回束
底层返回束
RECEIVER FIELD OF VIEW
INCIDENT
LASER PULSE
SEA SURFACE SCATTERING AND ABSORPTION DIFFUSE BOTTOM
REFLECTION
ILLUMINATED
BOTTOM REGION
MEAN WATER NADIR ANGLE ILLUMINATED SURFACE AREA VOLUME BACKSCATTER RETURNING BOTTOM REFLECTED SIGNAL U N S C A T T E R E D R E F P A T H V E R T I C A L D E P T H SURFACE REGION IN RECEIVER FOV （1）航空激光雷达系统
物理机理
美国Pennsylvania海岸带
> 0 m
-6 m
-18 m
-30 m -24 m
-12 m
区域海岸带制图
数字地球对全球变化与社会可持续发展的作用 全球变化与社会可持续发展已成为当今世界人们关注的重要问题，数字化表示的地球为我们研究这一问题提供了非常有利的条件。在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真，从而提高人类应付全球变化的能力。数字地球可以广泛地应用于对全球气候变化、海平面变化、荒漠化、生态与环境变化、土地利用变化的监测。与此同时，利用数字地球，还可以对社会可持续发展的许多问题进行综合分析与预测，如：自然资源与经济发展，人口增长与社会发展，灾害预测与防御等。我国是一个人口多、土地资源有限、自然灾害频繁的发展中国家、十几亿人口的吃饭问题一直是至关重要的。经过二十年的高速发展，资源与环境的矛盾越来越突出。九八年的洪灾，黄河断流，耕地减少，荒漠化加剧，已经引起了社会各界的广泛关注。必须采取有效措施，从宏观的角度加强土地资源和水资源的监测和保护，加强自然灾害特别是洪涝灾害的预测、监测和防御，避免第三世界国家和一些发达国家发展过程中走过的弯路。数字地球在这方面可以发 挥更大的作用。 数字地球对社会经济和生活的影响 数字地球将容纳大量行业部门、企业和私人添加的信息，进行大量数据在空间和时间分布上的研究和分析。例如国家基础设施建设的规划，全国铁路、交通运输的规划，城市发展的规划，海岸带开发，西部开发。从贴近人们的生活看，房地产公司可以将房地产信息链接到数字地球上；旅游公司可以将酒店、旅游景点，包括它们的风景照片和录象放入这个公用的数字地球上；世界著名的博物馆和图书馆可以将其收藏以图像、声音、文字形式放入数字地球中；甚至商店也可以将货架上的商店制作成多媒体或虚拟产品放入数字地球中，让用户任意挑选。另外在相关技术研究和基础设施方面也将会起推动作用。因此，数字地球进程的推进必将对社会经济发展与人民生活产生巨大的影响。 数字地球与精细农业 21世纪农业要走节约化的道路，实现节水农业、优质高产无污染农业。这就要依托数字地球，每隔 3~5 天给农民送去他们的庄稼地的高分辨率卫星影像，农民在计算机网络终端上可以从影像图中获得他的农田里庄稼的长势征兆，通过 GIS 作分析，制定出行动计划，然后在车载 GPS 和电子地图指引下，实施农田作业，及时地预防病虫害，把杀虫剂、化肥和水用到必须用的地方，而不致使化学残留物污染土地、粮食和种子，实现真正的绿色农业。这样一来，农民也成了电脑的重要用户，数字地球就这样飞入了农民家。到那时农民也需要有组织，有文化，掌握高科技。 数字地球与智能化交通 智能运输系统是基于数字地球建立国家和省市、自治区的路面管理系统、桥梁管理系统、交通阻塞、交通安全以及高速公路监控系统，并将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统，实现运输工具在道路上的运行功能智能化。从而，使公众能够高效地使用公路交通设施和能源。具体地说，该系统将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心集中处理后，传输到公路运输系统的各个用户（驾驶员、居民警察局、停车场、运输公司、医院、救护排障等部门）。出行者可实时选择交通方式和交通路线；交通管理部门可自动进行合理的交通疏导、控制和事故处理；运输部门可随时掌握车辆的运行情况，进行合理调度。这就使路网上的交通流运行处于最佳状态，改善交通拥挤和阻塞，最大限度地提高路网的通行能力，提高
数字城市、智能城市与智慧城市的区别 ——WORD文档，下载后可编辑修改—— 最近国内城市规划界不停的在出现新名词，出现新概念，出现新思潮，发起新运动，各地都在编制各种各样的规划，或许你也听到过智慧城市、数字城市、智能城市、城市全域物联网规划等等，那么你了解多少呢,本文为你解惑一二: 1.什么是智慧城市, 智慧城市是信息化应用取得良好效益的知识型城市。 智慧城市的优点在于通俗，易于宣传，缺点是无法准确定义，因为“智慧”是人们早已熟悉的词汇，自会以自己的理解想象智慧城市，“智慧城市”只能是公众视角，不是信息工程学的精确定义。 智慧城市是宏观概念，它反映了社会对未来城市的知识化、信息化、高效益的一种愿望，着眼于城市发展整体的总效果。信息化是智慧城市的重要内容，社会对智慧城市的期望并不局限于信息化，社会要求城市具有整体发展的智慧。 2.什么是智能城市, 智能城市是智能技术充分应用的城市。 智能技术也是信息技术，只是强调的重点不同。智能技术强调的是软件资源，强调自动处理系统的贡献，智能技术有望成为信息技术应用的新热点。 信息化普及与计算机的性价比密切相关，IT昂贵时代许多人围着一台计算机转，IT廉价时代一人一台计算机，在IT超廉价时代将会有许多计算机围着人服务，智能服务的特点是对事不对人，展现为自动化服务。 在一对一信息服务的时代，应用的中心是个人化的信息服务，主要是系统向人提供信息，供人使用，在多对一IT智能服务时代，信息系统是代替人自动处理事
务，如智能电网、智能交通、智能环保都是自动化系统，系统经常在人无所察的情况下为居民提供服务。 程序是人处理事务方法的逻辑表述，这些程序在特定系统上运行形成了自动处理事务智能，理论上可以用居民日平均利用的程序条数反映城市的智能化程度，城市的智能 化程度越高，居民的生活工作越方便也越有效率。 3.什么是数字城市, 数字城市是城市相关的管理与服务信息实现充分计算机化的城市。 数字城市概念是在上世纪末提出的，其推动力来自空间地理系统技术的成熟。 今天数字城市概念已不再局限地理系统，而成为能够提供完善信息服务的城市，有完善的信息基础设施、完善的网络服务和包罗万象信息内容服务。 数字城市强调直接面向人的信息服务，用户端设备是PC、手机、平板电脑、电子书等附属于人的终端，系统提供信息供人使用。数字城市代表了以人为直接目标的信息服务理念。 数字城市是智慧城市的基础和重要组成部分，智慧城市规划首先要完善数字城市建设，信息化基础好的地区适宜增加城市智能系统工程建设。 4.中国特色的智慧城市 智能建设将成为信息化的新热点。IBM的智慧城市概念实际是智能城市的概念，“智慧城市”的概念是中国特色的概念，其中国特色表现在以下几方面: (1)国内并未对智能项目建设给予更多关注。国外“SmartCity”侧重于智能项目建设，侧重于按行业设计，中国的智慧城市实际上是“信息化建设更有效益的城市”，国内信息化发展与发达国家差一个周期;在观念上、技术上、经验上对建设城市智能系统缺乏足够的准备。
WCS服务 Catalog Service-Web（CSW）—是一种OGC标准，它能够支持地理空间数据集的发布和搜索。元数据服务。 包括网络地图（WMS）服务、网络瓦片地图（WMTS）服务、网络要素（WFS）服务、网络覆盖服务（WCS）服务和KML服务。 KML，是 Keyhole 标记语言（Keyhole Markup Language）的缩写，是一种采用 XML 语法与格式的语言，用于描述和保存地理信息（如点、线、图像、多边形和模型等），可以被 Google Earth 和 Google Maps 识别并显示。 三维地图服务支持WMTS、WMS服务，数据存取服务可实现数据操作、地理编码等，支持OGC的WFS、WCS规范。数据分析处理服务遵循OGC WPS规范。 WMS：Web地图服务（Web map service)利用具有地理空间位置信息的数据制作地图。其中将地图定义为地理数据可视的表现。这个规范定义了三个操作：GetCapabitities返回服务级元数据，它是对服务信息内容和要求参数的一种描述； GetMap返回一个地图影像，其地理空间参考和大小参数是明确定义了的；GetFeatureInfo（可选）返回显示在地图上的某些特殊要素的信息。 WMTS，切片地图Web服务（OpenGIS Web Map Tile Service）当前版本是1.0.0。WMTS标准定义了一些操作，这些操作允许用户访问切片地图。WMTS 可能是OGC首个支持RESTful访问的服务标准。 WMTS提供了一种采用预定义图块方法发布数字地图服务的标准化 解决方案。WMTS弥补了WMS不能提供分块地图的不足。WMS针对提供可定制地图的服务，是一个动态数据或用户定制地图（需结合SLD标准）的理想解决办法。WMTS牺牲了提供定制地图的灵活性，代之以通过提供静态数据（基础地图）来增强伸缩性，这些静态数据的范围框和比例尺被限定在各个图块内。这些固定的图块集使得对WMTS服务的实现可以使用一个仅简单返回已有文件的Web服务器即可，同时使得可以利用一些标准的诸如分布式缓存的网络机制实现伸缩性。 WMTS接口支持的三类资源 a) 一个服务元数据（ServiceMetadata）资源（面向过程架构风格下对GetCapabilities操作的响应）（服务器方必须实现）。ServiceMetadata资源描述指定服务器实现的能力和包含的信息。在面向过程的架构风格中该操
从数字城市到智慧城市 1.“智慧城市”的概念来源 “智慧城市”的概念源自IBM公司2008年提出的“智慧地球”理念，其核心是“感知化”、“互联化”和“智能化”，是继“数字城市”和“智能城市”后，信息化城市的高级形态。是指借助物联网、传感网、云计算等技术，在环境、交通、医疗卫生、城市管理等诸多领域，构建城市发展的智慧环境，形成生活、产业发展、社会管理的新模式和新的城市形态，以一种更智慧的方式运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续的成长。 具体来说，“智慧城市”就是让城市变得越来越“聪明”，比如高速公路的ETC通道，驾车上下高速路，根本不用在收费站前排队，也没有收费员，连车都不用停，经过路口的时候通过智能系统就自动缴了费，这就是“智慧城市”的成功应用案例——“智慧交通”。 “智慧城市”的实现，离不开两项IT技术的支撑：云计算和物联网。 北京邮电大学校长方滨兴院士：“智慧城市离不开‘云’计算的支持，终端的计算和存储能力十分有限，云计算平台可以成为智慧城市的‘大脑’，实现对海量数据的存储与计算。” “云计算”概念由Google提出，是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，是透过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和“超级计算机”同样强大的网络服务。
“物联网”是在“互联网”的基础上提出的，指将其互联网的用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。 “物联网”被定义为：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。 2.数字城市与智慧城市 李德仁院士曾形象的将“智慧城市”描述为：智慧城市=数字城市+物联网。数字地球以空间位置为关联点整合相关资源(以地理信息系统和虚拟现实技术集成各类数据资源)，实现了“秀才不出门，能知天下事”。物联网将与水、电、气、路一样，成为地球上的一类新的基础设施。世界将继续“缩小”、“扁平化”和“智慧”，我们正在迈入智慧时代。数字地球把遥感技术、地理信息系统和网络技术与可持续发展等社会需要联系在一起，为全球信息化提供了一个基础框架。而我们将数字地球与物联网结合起来，就可以实现智慧的地球。当今世界，数字地球正向智慧地球转型，智慧城市应运而生。 数字城市是城市地理信息和其他城市信息相结合、并存储在计算机网络上的、能供用户访问的一个将各个城市和城市外的空间连在一起的虚拟空间，是数字地球的重要组成部分，是赛博空间的一个子集。数字城市为城市规划、智能化交通、网格化管理和服务、基于位置的服务、城市安全应急响应等创造了条件，是信息时代城市和谐发展的重要手段。数字城市为用户提供了各种各样的信息，使其有身临其境的感觉。建设数字城市是城市信息化的系统工程。 智慧城市是城市全面数字化基础之上建立的可视化和可量测的智能化城市管理和运营，包括城市的信息、数据基础设施以及在此基础上建立网络化的城市
第二节地理信息技术在区域地理环境研究中的应用 教学目的： 1．了解遥感、全球定位系统、地理信息系统的原理，以及数字地球的含义。 2．举例说明遥感、全球定位系统、地理信息系统在区域地理环境研究中的应用 教学重难点： 1．遥感、全球定位系统、地理信息系统的原理，以及数字地球的含义 2．遥感、全球定位系统、地理信息系统在区域地理环境研究中的应用 教具准备：有关挂图等、自制图表等 教学方法：比较法、图示分析法、图示法等 教学过程： 第二课时 三、全球定位系统(GPS) 1．概念： 利用卫星，在全球范围内适时进行导航、定位的系统，称为全球定位系统，简称GPS。 2．组成： 空间部分——GPS卫星星座(图)．7)； 地面控制部分—一地面监控系统； 用户设备部分——GPS信号接收机。 3．特点 全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天候、连续性和实时性 4．应用 ⑴为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 ⑵在区域地理环境研究中的应用。 如：野外调查是区域地理环境研究常用的方法之一，全球定位系统可以帮助野外考察人员确定考察点的地理位置(经度和纬度)、高程(海拔)，从而可在野外调查中获得更为精准的数据。 ⑶ 在日常生活中应用——GPS导航 无论是在何时何地，只要拥有GPS信号接收机，就能知道自己前进的方向和所处的地理坐标。利用GPS为导航服务也成为—种新兴的行业(图1．8)。 GPS汽车导航（图1．8）汽车导航装置可显示城市道路图和该车的位置。驾驶员辅入出发点和目的地的地名然后从系统显示的可行路线中选择其中的一条。系统除动态显示该车的位置》L还通过语音提示引导驾驶员把车开到目的地。 5．GPS卫星星座
收藏283108 数字城市编辑 “数字城市”（英文：digital city）[1] 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，运用遥感、全球定位系统、地理信息系统、遥测、仿真-虚拟等技术，对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，即利用信息技术手段把城市的过去、现状和未来的全部内容在网络上进行数字化虚拟实现。[2] 中文名数字城市 外文名digital city 基础计算机技术、多媒体技术和大规 纽带宽带网络 技术遥感、全球定位系统 目录 1定义 2基本概念 ?定位 ?目标 ?基础 ?关键环节 ?层次 3关键技术 ?体系结构 ?宽带网络 ?海量存贮 ?联邦数据库 ?数据共享与互操作 ?可视化与虚拟现实 ?超链接技术 4建设内容 ?城市设施的数字化 ?城市网络化 ?城市的智能化 ?公众服务平台建设 5专家观点 6未来发展 1定义 编辑 数字城市概念[3] “数字城市”系统是一个人地（地理环境）关系系统，它体现人与人、地与地、人与地相互作用和相互关系，系统有政府、企业、市民、地理环境等，既相对独立又密切相关的子系统构成。政府管理、企业的商业活动、市民的生产生活无不体现出城市的这种人地关系。CUDI 国际城市发展研究院认为城市的信息化实质上是城市人地关系系统的数字化，它体现"人"的主导地位，通过城市信息化更好地把握城市系统的运动状态和规律，对城市人地关系进行调控，实现系统优化，使城市成为有利于人类生存与可持续发展的空间。城市信息化过程表
现为地球表面测绘与统计的信息化（数字调查与地图），政府管理与决策的信息化（数字政府），企业管理、决策与服务的信息化（数字企业），市民生活的信息化（数字城市生活），以上四个信息化进程即数字城市。 介绍 数字城市是指利用空间信息构筑虚拟平台，将包括城市自然资源、社会资源、基础设施、人文、经济等有关的城市信息，以数字形式获取并加载上去，从而为政府和社会各方面提供广泛的服务。数字城市能实现对城市信息的综合分析和有效利用，通过先进的信息化手段支撑城市的规划、建设、运营、管理及应急，能有效提升政府管理和服务水平，提高城市管理效率、节约资源，促进城市可持续发展。[4] 由于人类生活和生产的信息有80%与空间位置有关，因此数字城市是构筑和运行在空间信息平台的基础上。某种意义上说，空间信息平台是数字城市建设过程中的基础设施建设，数字城市的各种高端应用都需要通过空间信息平台实现，并受空间信息平台的建设情况制约，空间信息平台与数字城市的关系就如同道路、桥梁与实体城市的关系。 历史发展 美国副总统戈尔于1998年1月21日提出了数字地球的概念之后，中国学者特别是地学界的专家认识到“数字地球”战略将是推动我国信息化建设和社会经济、资源环境可持续发展的重要武器，并于1999年11月29日至12月2日在北京召开了首届国际“数字地球”大会。从这之后，与“数字地球”相关相似的概念层出不穷。“数字中国”、“数字省”、“数字城市”、“数字化行业”、“数字化社区”等名词充斥报端和杂志，成了当前最热门的话题之一。甚至许多省、市把它作为“十五”经济技术发展的一个重要战略来抓。国家测绘局在2000年全国局长干部会议上明确提出，测绘局系统今后一个时期的主要任务是构建“数字中国”的基础框架；海南、湖南、山西、福建等省都已正式立项启动"数字海南"、"数字湖南"、"数字山西"、"数字福建"工程，其他省区的立项也在紧锣密鼓地筹划之中，而数字城市的立项更是如火如荼。 据报道：2000年5月13日，中国近百名市长与百名IT精英企业聚首"二十一世纪数字城市论坛"，共商推动中国城市数字化进程大计。 中国建设部部长俞正声在论坛开幕致辞时指出，所谓"数字城市"与"园林城市"、"生态城市"一样，是对城市发展方向的一种描述，是指数字技术、信息技术、网络技术要渗透到城市生活的各个方面。建设数字城市能够制止猖獗的违法建筑，并避免制约工程招标和房地产建设中的大量弊端。 科技部官员认为，"数字城市"符合中国目前工业化和信息化并行的经济生活现状，在中国城市现代化建设中具有重要意义。他透露，目前正在制订中的"十五"有关科技攻关计划和规划中，城市的规划、建设和管理，数字化城市工程将是其中的一项重要内容。 中国信息产业部信息化推进司司长宋玲说，实现城市信息化是中国城市融入全球化浪潮的首要和必要条件。中国现已制定了一套衡量信息化水平的比较体系。经过国务院信息化领导小组讨论通过将会发布。 建设部、科技部等部委"十五"期间将启动"数字化城市示范工程项目"，国家准备在"十五"期间共计投入5亿元人民币（地方和企业配套投入40亿人民币），建立5-10个市级综合应用和20-30个城市行业应用的城市数字化示范项目；30-40个社区和企业的数字化示范项目；2-3个跨省市的行业应用以及20-30个数据处理与系统集成的高技术企业。 与前两年仅仅炒作"数字地球"的概念不同，"数字省"、"数字城市"则开始进入到实质性的启动阶段。为了积极有效地推进中国"数字地球"战略的发展，本文以"数字城市"为核心讨论有关的基本概念及实现策略，与之相关的"数字省"、"数字化行业"、"数字化社区"也可以此为参考。
数字地球的概念与应用 地球是目前人类唯一赖以生存的星球，合理开发与利用地球资源，有效保护与优化地球环境，是全人类共同的责任。然而人类社会在经历了工业革命之后发现，这个强大的物质文明社会的基础——自然资源的供应正在出现危机，人类赖以生存的地球环境正受到自然和人为作用越来越严重的破坏，一系列全球性和区域性的重大资源环境问题正日益严重地威胁着人类的生存和可持续发展。 为了有效地研究和解决有关地球的重大问题，目前世界上许多国家都在积极地发展和运用先进的科学技术，如以遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）为代表的地球空间信息技术，以数字的方式获取、处理、分析和应用关于地球自然和人文要素的地理空间数据，并以此为基础提出解决资源环境问题的科学方案和有力措施，增强对地球的认识能力。人们利用空间信息去认识、开发和保护人类有限的生存空间，研究国民经济建设和社会发展在地域空间上的分布特征、运行状况、资源环境条件和社会经济基础等，进行规划、监测、管理、决策等。与此同时，随着席卷全球的信息技术革命的迅猛发展，人类组织、传输和实现各类与地理坐标有关的海量信息的观念和方式正在发生翻天覆地的变化。随着计算机技术、互联网技术的蓬勃发展，人们设想把有关地球的海量的、多分辨率的、三维的、动态的数据按地理坐标集成起来，形成一个数字地球。借助这个数字地球，人们不论走到哪里，都可以高速地、直观地、按地理坐标了解地球上任何一处、任何方面的信息。 数字地球的概念 数字地球是我们星球的虚拟表示，它包含了人类社会在内的所有
系统和各种生命形式，并以多维、多尺度、多时相、多层面的信息设施表现出来。数字地球的外观是一个基于计算机的地球，具有交互式功能，是我们对真实地球认识的虚拟对照体，及对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现与认识。数字地球这一概念的提出，既是人们认识世界、改造世界的客观需要，更是知识经济、信息社会发展的必然进程。构筑数字地球对于提高人们的生活质量，促进科学技术的进步，实现经济与社会的可持续发展，有十分重要的意义。 自从数字地球这一概念于1998年提出之后，国际社会予以极大关注，很快得到很多国家和地区的广泛认可，我国政府也积极响应。江泽民同志在1998年6月1日接见两院院士时特别提到数字地球。中国科学院地学部及时成立了数字地球战略研究组，提出了《关于“中国数字地球”发展战略的建议》。1999年，中国科学院在北京隆重召开第一届数字地球国际会议，关于数字地球理论与技术的讨论及相关应用研究迅速发展起来。此后，第二、第三、第四、第五届数字地球国际会议分别于2001、2003、2005和2007年在加拿大、捷克、日本、美国成功召开，第六届数字地球国际会议将于2009年9月在北京举办。2006年成立了总部设在中国的国际数字地球学会，以推动数字地球在全球的发展。2008年3月，由国际数字地球学会与英国Taylor & Francis出版集团联合创刊的《国际数字地球学报》出版发行，为全球该领域学者提供了一个研究数字地球的学术交流平台。 数字地球的迅猛发展彰显其重要性。客观地说，数字地球是整合利用共享现有数据和信息资源的最佳途径，数字地球是可持续发展中信息资源的主体与核心，数字地球在社会发展、经济建设、国防安全中有重要作用。数字地球展现了地球科学技术、空间科学技术、信息
智慧城市背景介绍 一、智慧城市概念 1、智慧城市的定义 智慧城市就是运用信息和通信技术手段感测、分析、整合城市运行核心系统的各项关键信息，从而对包括民生、环保、公共安全、城市服务、工商业活动在内的各种需求做出智能响应。其实质是利用先进的信息技术，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中的人创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长。 智慧城市是以互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带网等网络组合为基础，以智慧技术高度集成、智慧产业高端发展、智慧服务高效便民为主要特征的城市发展新模式。智慧化是继工业化、电气化、信息化之后，世界科技革命又一次新的突破。利用智慧技术，建设智慧城市，是当今世界城市发展的趋势和特征。 “智慧城市”的理念就是把城市本身看成一个生态系统，城市中的市民、交通、能源、商业、通信、水资源构成了一个个的子系统。这些子系统形成一个普遍联系、相互促进、彼此影响的整体。在过去的城市发展过程中，由于科技力量的不足，这些子系统之间的关系无法为城市发展提供整合的信息支持。而在未来，借助新一代的物联网、云计算、决策分析优化等信息技术，通过感知化、物联化、智能化的方式，可以将城市中的物理基础设施、信息基础设施、社会基础设施和商业基础设施连接起来，成为新一代的智慧化基础设施，使城市中各领域、各子系统之间的关系
显现出来，就好像给城市装上网络神经系统，使之成为可以指挥决策、实时反应、协调运作的“系统之系统”。智慧的城市意味着在城市不同部门和系统之间实现信息共享和协同作业，更合理的利用资源、做出最好的城市发展和管理决策、及时预测和应对突发事件和灾害。 2、智慧城市总体目标 以科学发展观为指导，充分发挥城市智慧型产业优势，集成先进技术，推进信息网络综合化、宽带化、物联化、智能化，加快智慧型商务、文化教育、医药卫生、城市建设管理、城市交通、环境监控、公共服务、居家生活等领域建设，全面提高资源利用效率、城市管理水平和市民生活质量，努力改变传统落后的生产方式和生活方式。经过若干年的努力，将城市建成为一个基础设施先进、信息网络通畅、科技应用普及、生产生活便捷、城市管理高效、公共服务完备、生态环境优美、惠及全体市民的智慧城市。 3、智慧城市特征 （1）全面感测：遍布各处的传感器和智能设备组成“物联网”，对城市运行的核心系统进行测量、监控和分析； （2）充分整合：“物联网”与互联网系统完全连接和融合，将数据整合为城市核心系统的运行全图，提供智慧的基础设施； （3）激励创新：鼓励政府、企业和个人在智慧基础设施之上进行科技和业务的创新应用，为城市提供源源不断的发展动力；
1、数字城市的特点：（可以只背大标题）（1）数字性。数字性是 数字城市最基本的技术特征之一。数字城市运作的前提就是信息的数字化。城市中的客观实体通过数字化高度抽象和提炼，形成数字城市的信息资源。 （2）整体性。数字城市是一个复杂的系统。根据系统论的观点，整体性是其最主要的特征。在数字城市这个巨大的信息系统中，城市的各个职能部门只有遵循统一的规范和标准，并在数字城市的综合数据平台上，实现资源共享的前提下实现互通互联，实现整个系统的一体化，才能充分发挥城市系统的功能和作用，最大限度的避免数字城市建设中的资源浪费和重复建设。 （3）层次性。（4）共享性（5）开放性（6）智能性（7）可视性（8）无限性 2、数字城市的作用：作用主要表现为：（1）改变城市产业结构。（2）改变城市空间结构（3）改变城市功能结构（4）改变城市社会结构（5）改变城市生活方式（6）改变城市政府职能 3、数字城市的发展： 4、数字城市建设中存在的问题： （1）理论研究滞后，学术观点杂乱。2）缺乏整体规划和统一标准及规范3）脱离实际，确立过高的数字城市发展目标，建设时效和作用发挥不足4）资源整合力度和共享程度低5）信息人才缺乏，现有人员素质不高6）资金投入单一，发展后劲不足7）信息安全体系建设不足 5、数字城市的建设是当前城市建设与发展的重要方向，城市建设总体框架是数字城市建设和发展的基础平台，也是实现数字城市信息共享的前提，对于提高城市管理和决策水平，促进地方经济增长具有重要意义。（填空题） 6、从技术方面将，数字城市是以信息技术为核心的现代技术的高度综合，遵循信息理论，系统理论，具有非线性和复杂性特征，其技术特征涉及面广，且多为高新前沿技术。 7、数据获取技术有哪些：1）遥感技术2）GPS技术3）数字摄影测量技术4）遥测技术5）卫星遥感数据的智能化获取技术6）多传感器集成空间信息获取技术7）城市活动空间数据的智能化获取技术 8、名词解释：云计算：云计算是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机和网络技术发展融合的产物。云计算的最终目标是将计算、服务和应用作为一种公共设施提供给公众，使人们方便的使用计算机资源，不再需要购买计算机软硬件，只需租用云计算服务提供商提供的服务，以极低的成本按需从基础设施获取高质量的计算、存储、数据、平台和应用服务。
谈谈你对数字地球的认识 数字地球，首先是数字，而二十一世纪的数字，是建立在计算机科学的基础之上。 从1964年的“埃尼阿克”(ENIAC）的诞生到现在，我们的生活发生了翻天覆地的变化。当我们早上起来，打开自己的PDA，查看备忘录，收发邮件；之后打开电脑，浏览新闻；出门购物，商家用网络管理自己的商品，确保您购物愉快；行车上路，交通部门对特殊路段进行实时监控，方便人们出行；吃饭的时候，可以上网浏览一下餐馆信息。这些我们生活的方方面面都已经里不开计算机。现在的人们，一顿饭不吃可以，但是一天不上网，那是不行。当人们从计算机科学中获得便利的时候，我们更希望它能更好的服务与我们。 这样，我们更加需要一个极为数字的地球，来满足我们。 数字地球，一个以地球坐标为依据的、具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。 首先，我们需要足够精确的地球信息，精确到地球上每一平方米的土地，甚至是地面以下的；足够大的网络带宽，够我们顺畅的浏览；足够海量的数据库，能够存储下巨大的地球信息。当然，这些只是首先，只是我们建立数字地球的一些根本需求。 当世界上有80%的事情都和空间信息有关的时候，那么数据的采集将变得十分的困难。试想一下，把时间暂停在这一秒，看看我们周围，有多少事情发生；再前进一秒，看看那些事情已经改变。而我们，肯定不只是希望看到一秒的地球，我们渴望看到过去，看到未来。 要建立起整个中国的数字地球时，仅影响数据就有53T，而中国的面积只占地球面积的1.88%。面对这样的海量数据，存储，查找等方面都是难题，由此，元数据库的建设是非常必要的。它是关于数据的数据，通过它可以了解有关数据的名称、位置、属性等信息，从而大大减少用户寻找所需数据的时间。 其次，信息不能只是仅仅的存储，还需要进行计算才能够被人们所使用，而地球上发生的大部分的事，都是非线性的，变化过程复杂，而空间时间跨度又大，这样计算的难度呈几何倍数增加，我们只能依靠于超级计算机的计算能力，及开发新的算法。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。科学计算将使我们突破实验和理论科学的限制，建模和模拟可以使我们能更加深入地探索所搜集到的有关我们星球的数据。 最后，将所有“大菜”呈现在我们眼前的是可视化技术，只有实现了可视化，我们之前的所有努力才没有白费，我们才能够真正享受到数字地球带给我们的便利。有了可视化，我们才能真正的坐在家里，去看帕特浓神庙，去看孟菲斯的金字塔，去看第一缕阳光，照耀在本初子午线上。当我们可以坐在家里，却看着自己在商店试衣服；当我们在出门前就可以避开堵车，选定行车路线；当我们决定去旅游时，可以提前安排好自己的一切衣食住行；那样，才是数字地球的真正意义。 在数字地球中，最根本的是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是"3S"技术及其集成。所谓"3S"是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。没有"3S"技术的发展，现实变化中的地球是不可能以数字的方式进入计算机网络系统的。 你也许会问，数字地球究竟会给我们什么方面带来大的影响？答案是：所有。对全球变化与社会可持续发展，对社会经济和生活，对精细农业，对智能化交通，对Cybercity，对专家服务，甚至包括现代化战争。 现在，全球变暖，土地荒漠化，赤潮，冰川溶解，洪水，飓风······这些都可以在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真，从而提高人类应付全球变化的能力。与此同时，利用数字地球，还可以对社会可持续发展的许
地理信息系统复习思考题 第一章导论 1、解释：信息、数据、地理信息、地理数据、地理信息系统 2、地理信息有何特点？ 3、地理信息系统与CAD、数字制图、一般事务管理有何主要区别？ 4、地理信息系统有哪些类型？ 5、G IS的基本构成有哪些？务部分的主要作用？ 6、G IS的基木功能有哪些？并筒要说明。 7、G IS主要应用在哪些方面？ 8、G IS的发展主要经历了哪4个阶段？备有何主要特点？ 第二章空间信息基础 1、G IS中为什么要考虑地图投影？我国大比例尺采用什么投影方式？ 2、地理空间实体的三要素是什么？它们之间的关系是怎样的？ 3、空间数据的基本特征有哪些？地理信息的数字化描述方法有哪些？ 4、地图投影有哪些类型？ 5、解释：地图投影、拓扑、空间数据、元数据 6、空间对象的描述要素有哪些？ 7、拓扑关系中有哪儿种基本的拓扑关系？其基本含义是什么？在GIS+用拓扑有什么主要作用？ 8、什么是地理空间数据？有哪些类型，并简要说明。 9、地理信息系统的应用功能主要包括哪些方面，并简要说明。 10、地形图“都江堰”的编号是H48G024026,简要说明其编号的含义。 第三章空间数据结构 1、空间实体可抽象为哪几种基本类型？它们在矢量数据结构和栅格数据结构分别是如何表示的? 2、叙述四种栅格数据存储的压缩编码方法。 3、试写出矢量和栅格数据结构的模式，并列表比较其优缺点。 4、叙述由矢景数据向栅格数据的转换的方法。 5、叙述由栅格数据向矢量数据的转换的方法。 6、简述栅格到矢量数据转换细化处理的两种基木方法。 7、解释：地理空间、栅格数据、矢量数据、空间数据结构 8、费尔曼链码的含义是什么？如何取值？ 9、游程编码的含义是什么？有哪2种方式？ 10、块码给栅格数据编码的方式是什么？ 11、四叉树编码的基木思想是什么？ 12、矢量数据的获取方式有哪些？ 13、DIME编码什么？有何特点？
如何构建数字城市 一个国际一流的数字城市是一个开放的、复杂的巨大系统。它利用良好的基础设施和信息平台将城市的各类数据有机地整合在一起，通过各类应用系统为政府．企业和市民提供无所不在的服务和信息。 数字城市包含以下几方面内容：首先是信息安全保障体系，标准法规及运营管理体系等，这是数字城市建设的基础。其次，在数字城市中具有随手可得的访问方式，比如Ｗｅｂ门户、手机、ＰＤＡ、传真、触摸屏电话等。第三是数字化生活，数字化管理和数字化经营。 数字城市中居民的数字化生活涵盖广泛，包含数字社区、网络电视、数字医疗、数字家庭、远程教育、网上购物等等；而政府数字化的管理也包含很多方面，如决策支持、税务征管、智能交通、应急联动指挥、财政预算管理、一站式服务等等；还有企业的数字化经营，包括电子商务、在线交易、企业资源管理、客户管理、辅助设计制造、供应链管理等。 所有这些服务，都建立在面向服务的应用支撑平台之上，而这个平台主要由应用集成、流程管理、数据交换、服务注册、服务管理、数据挖掘等方面构成。 整个数字城市最底层的基础是开放式的计算、存储和通
信平台。这个基础又包含虚拟计算能力、高性能计算机、宽带多媒体网络、海量存储设备、无线宽带网络等等．不一而足。 面对有意开展全面数字建设的城市，Ｉｎｔｅｌ提供了合作型建设模式： 银行方面：银行乐意为具有良好商业模式的项目贷款，这些项目投产运营后将具有自我造血功能，同时又能够服务于广大人民群众。 政府方面：作为世界领先的高科技公司。Ｉｎｔｅｌ将为目标城市的信息化建设添砖加瓦，能够为获取银行贷款提供计算机技术和项目运营模式方面的咨询；提供数字城市规划方案；配合各个项目的招投标工作；引导一流的合作伙伴参与建设。 整个数字城市的建设，从可行性分析开始，到立项审批，到项目招标，到承建商选择，Ｉｎｔｅｌ可帮助提供全程服务，并在自己的生态系统中选择合适的承建商帮助建设，包括ＢＥＡ、ＩＢＭ、甲骨文、微软、红帽等世界顶级公司。 目前，在此模式下成功的案例，有中国的台北．英国伦敦的维斯特敏思，马来西亚新首都普特拉贾亚等。如台北推进无线城市的建设，搭建了覆盖全市的Ｗｉ—Ｆｉ通讯，其基于无线的各种应用初见成效，包括电子交通管理、宽带电视、Ｅ—Ｌｅａｒｎｉｎｇ在线学习、市民一站式服务、家
数字城市与智慧城市的相互关系 简单的说，数字城市、无线城市和智慧城市可以认为是智慧城市经历的三个阶段，第一阶段是数字城市，即城市的数字化阶段，实现了信息的数字化转换；第二阶段是无线城市，即城市的网络化阶段，实现了城市的信息共享；第三个阶段进入智慧城市，即城市的智能化阶段，依托于前两个阶段最终实现了智慧应用的展现，详细说明如下： 一、数字城市、智慧城市概念 数字城市概念是在上世纪末提出的，是指应用计算机、互联网、多媒体等技术将城市地理信息和城市其他信息相结合，数字化并存储于计算机网络上所形成的城市虚拟空间。 智慧城市的概念源自IBM公司2008年提出的“智慧地球”理念，是指以移动互联网、云计算、物联网等新一代信息技术为支撑，以宽带泛在互联网络和数据中心等基础设施为基础，以知识社会的创新和智能融合应用为主要内容的城市发展高级形态。其核心是“感知化”、“互联化”和“智能化”。智慧城市是继“数字城市”和“智能城市”后，信息化城市的高级形态。 二、数字城市、智慧城市的联系 数字城市是智慧城市的基础和重要组成部分。智慧城市是数字城市与物联网相结合的产物。智慧城市的理念是把传
感器装备到城市生活中的各种物体中形成物联网，并通过超级计算机和云计算等技术实现物联网的整合，从而实现数字城市与城市各相关系统的有效整合。通过智慧城市，最终实现城市的智慧管理及服务。 三、数字城市、智慧城市的区别 （1）采用技术有所不同 数字城市采用了计算机、互联网、多媒体等相关技术。智慧城市在原有技术之上，融入云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能、知识管理、社交网络等新兴技术。 （2）依托网络有所不同 数字城市基于互联网形成初步的业务协同，智慧城市则更注重通过泛在网络、移动技术实现无所不在的互联和随时随地随身的智能融合服务。 （3）参与建设力量有所不同 数字城市致力于政府通过信息化手段实现城市运行与发展各方面功能，提高城市运行效率。智慧城市则更强调通过政府、市场、社会各方力量的参与，最终实现城市公共价值塑造和独特价值创造。 （4）协同效果有所差异 数字城市通过城市各行业的信息化提高了各行业管理效率和服务质量。智慧城市则更强调从行业分割、相对封闭的信息化架构迈向作为复杂巨系统的开放、整合、协同的城
智慧城市整体架构 1、整体框架 智慧城市技术参考模型如图1所示 a) 物联感知层：提供对环境的智能感知能力和执行能力，通过感知设备、执行设备及传输网络实现对城市范围内基础设施、环境、设备和人员等要素的识别、信息采集、监测和控制； b) 网络通信层：为智慧城市提供大容量、高带宽、高可靠的光网络和全城覆盖的无线宽带接入网络所组成的网络通信基础设施；包括以互联网、电信网、广播电视网等为主体的核心传输网，提供无线接入服务的蜂窝无线网络，以及，以及集群专网等一些专用的网络等； c) 计算与存储层：包括软件资源、计算资源和存储资源，为智慧城市提供数据存储和计算以及相关软件环境的资源，保障上层对于数据的相关需求； d) 数据及服务融合层：通过数据和服务的融合支撑，承载智慧应用层中的相关应用，
提供应用所需的各种服务，为构建上层各类智慧应用提供支撑，本层处于智慧城市总体参考模型的中上层，具有重要的承上启下的作用； e) 智慧应用层：在物联感知层、网络通信层、计算与存储层、数据及服务融合层之上建立的各种基于行业或领域的智慧应用及应用整合，如智慧政务、智慧交通、智慧公共服务、智慧医疗、智慧园区、智慧社区、智慧旅游等，为社会公众、企业用户、城市管理决策用户等提供整体的信息化应用和服务； f) 安全保障体系：为智慧城市构建统一的安全平台，实现统一入口、统一认证、统一授权、日志记录，涉及各横向层次； g) 运维管理体系：为智慧城市提供整体的运维管理机制，涉及各横向层次，确保智慧城市整体的建设管理和长效运行； h) 建设管理体系：为智慧城市建设提供整体的建设管理要求，加强智慧城市建设管理机制，指导智慧城市相关建设，确保智慧城市建设的科学性和合理性。 2 智慧城市的主要特征 智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。是新一代信息技术创新应用与城市转型发展深度融合的产物，是推动政府职能转变、推进社会管理创新的新手段和新方法，是城市走向绿色、低碳、可持续发展的本质需求。 智慧城市的基础是推进实体基础设施和信息基础设施相融合、构建城市智能基础设施；主线是推进物联网、云计算、大数据、移动互联网、空间地理信息集成等新一代信息技术应用与城市经济社会发展的深度融合；其核心是最大限度地开发、整合、融合、共享和利用各类城市信息资源，构建城市规划、建设、管理和服务的智慧化体系；主要手段包括为居民、企业和社会提供及时、高效、智能的信息服务等；其宗旨是实现城市规划管理信息化、基础设施智能化、公共服务便捷化、产业发展现代化、社会治理精细化。 智慧城市具有以下主要特征： a) 复杂巨系统。智慧城市是一个要素复杂、应用多样、相互作用、不断演化的综合性复杂系统。通过将功能完全不同的系统互连在一起形成的“系统的系统”，其复杂度将随着构成系统的增加而呈指数增加。
摘要“数字地球”是遥感、遥测、数据库与地理信息系统、全球定位系统、互联网/万维网、仿真与虚拟技术等现代科技的高度综合集成和升华。“数字黄河”是从数字地球外延而来，其关键的支撑技术是空间数据共享平台、元数据管理、空间数据仓库、异构环境管理复杂数据对象、分布式海量数据存储技术、无级比例尺模型等。 关键词数字地球数字黄河关键技术 一、“数字地球”的基本概念 由来：1998年1月，美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球：21世纪认识地球的方式”的报告。 要点：在三维地球的数字框架上，按照地理坐标集成有关的海量空间数据及相关信息，构建一个数字化的地球，即“数字地球”，为人们认识、改造和保护地球提供一种重要的信息源和新技术手段。 实质：数字地球是遥感、遥测、数据库与地理信息系统、全球定位系统、互联网络（Internet）/万维网（Web）、仿真与虚拟技术等现代科技的高度综合集成和升华，是当今科技发展的制高点。 推进：“数字地球”计划与我国的“国家信息化”或“国民经济信息化”的战略目标是一致的，在国内也引起了我国领导人与科技界极大的关注。“数字地球”计划是中国21世纪信息产业发展的切入点，是我国实施可持续发展战略的技术保障。实现“数字地球”计划是关系到国家和国防的安危以及经济和科技发展战略的重大问题。 内涵与外延：“数字地球”的内涵实质上是信息化的地球，包括地球大部分要素的数字化、网络化、智能化、可视化的全部过程。外延包括数字区域与数字行业，如数字北京、数字福建、数字铁路、数字国土等。 数字地球的基础技术：多种分辨率的遥感技术、快速定位技术、以计算机为核心的WebGIS与Open GIS技术以及高速计算机通信网络技术等。 二、“数字地球”的支撑技术 “数字地球”的学科交叉与知识融合模式可概括为： 3S（GIS/RS/GPS）+NET+VR 其中：GIS为地理信息系统；RS为遥感技术，GPS为全球定位系统；NET为网络；VR为虚拟现实。 关键技术包括分辨率的卫星遥感技术，海量数据的快速存储与处理技术，高速网络技术，WebGIS与OpenGIS的互操作技术，多分辨率多维数据的融合与主体动态表达技术，仿真与虚拟技术，元数据Metadata技术。 从“数字地球”与“数字黄河”应用需求看，应重点考虑以下关键支撑技术： 1.空间数据共享平台 地理空间信息具有基础性、区域性、共享性、综合性和分布性，已得到广泛的重视和应用。由于缺乏协调和管理，各个系统之间是独立的，对基础数据进行了重复采集和数字化，系统间缺乏交流和共享，不能适应信息化和网络化的要求，限制了地理信息的广泛应用。 空间数据共享平台由通信网络、空间信息资源、空间信息处理服务和用户操作界面构成，实现各专业部门对基础信息和处理功能的共享，以及各专业部门信息和处理功能间的集成和融合的框架。 空间信息资源包括各种类型的数字地理空间信息和空间参考信息，具体有电子地