数字地球:二十一世纪认识地球的方式
作者：戈尔文章来源： 点击数：1012 更新时间：2006-12-29
摘要：一场新的技术革新浪潮正允许我们能够获取、储存、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样的环境和文化数据信息。大部分的这类数据是“参照于地理坐标的”，即数据的地理位置是参照于地球表面的特定位置。
充分利用这些浩瀚的数据的困难之处在于把这些数据变得有意义——即把原始数据变成可理解的信息。今天，我们经常发现我们拥有很多数据，却不知如何处置。有一个很好的例子可以说明这一点。陆地卫星（LANDSAT）是设计来帮助我们了解全球环境的，它在两星期内将全球拍摄一遍，并已经这样持续收集图像数据二十多年了。尽管存在着对这些数据的大量需求，但是这些图像的绝大部分并未使任何一个人的任何一个神经细胞兴奋起来——它们仍静静地躺在电子数据仓库里。正如我们过去一个时期的农业政策一样，一方面生产的粮食被堆积在中西部的粮食仓库里霉烂，另一方面却有数百万人被饿死。现在，我们贪婪地渴求知识，而大量的资料却闲置一边，无人问津。
把信息显示出来能部分地解决这个问题。有人曾经指出，如果用计算机术语来描述人脑，人脑似乎有较低的比特率和很高的分辩率。比如，研究人员很早就知道，在短时记忆中，人们很难记住七个以上的事项，这就是比特率低下。另一方面，如果把大量的数据相互关联地排列成可辩认的图案——如人脸或是星系，我们却能在瞬间理解数十亿比特的信息。
目前人们通用的数据操作的工具--如象在Macintosh和Microsoft操作系统上所用的被称为“台式隐喻（desktop metaphor）”的图形工具等--都不能真正适应这一新的挑战。我相信我们需要一个“数字地球”，一种关于地球的可以嵌入海量地理数据的、多分辨率和三维的表示。
比如，可以设想一个小孩来到地方博物馆的一个数字地球陈列室，当她戴上头盔显示器，她将看到就象是出现在空中的地球。使用“数据手套”，她开始放大景物，伴随越来越高的分辨率，她会看到大洲，随之是区域、国家、城市、最后是房屋、树木以及其它各种自然和人造物体。在发现自己特别感兴趣的某地块时，她可乘上“魔毯”，即通过地面三维图像显示去深入查看。当然，地块信息只是她可以了解的多种信息中的一种。使用数字地球系统的声音识别装置，小孩还可以询问有关土地覆盖、植物和动物种类的分布、实时的气候、道路、行政区线，以及人口等方面的文本信息。在这里，她还可以看到自己以及世界各地的学生们为“全球项目”收集的环境信息。这些信息可以无缝地融入数字地图或地面数据里。用数据手套继续向超连结部分敲击，她还可以获得更多的有关她所见物体的信息。比如，为了准备全家去国家黄石公园渡假，她策划一个完美的步行旅游，去观看刚从书中读到的喷泉、北美野牛和巨角岩羊。甚至在离开她家乡的地方博物馆之前，她就可以把要去步行旅游的地方从头到尾地浏览一遍。
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技术创新的新浪潮使我们能够大量地获得、存储、处理和显示关于我 们行星的各种环境和文化现象信息。如此大量的信息构成了“地理坐 标系”，它涉及地球表面每一个特定的地方。利用卫星对地面遥感形 成“地球空间”（轨道）信息流，并将其中未经加工有用部分的数据 转变成为可供使用的信息。 今天,我们经常发现我们能够得到比我们 知道要做些什么更多的信息。地球资源技术卫星能够帮助我们更好地 了解全球的环境就是一个典型的例子。地球资源技术卫星能够每两星 期对地表进行一次完整的成像，而且它已持续收集了 20多年。尽管对 这类信息有着巨大的需求，但大多数图象还不能被人们使用。因此， 它们只能被存储在电子数据库中。我们过去曾有过这样的农业政策， 当成千上万的人们正面临饥饿死亡的时候， 在中西部地窖里却存储着 大量正在霉变的粮食。我们现在一方面表现出对知识的那种贪得无厌 的饥饿，另一方面是大量数据目前仍然根本未被使用过。 问题之一是
用什么方法把信息显示出来。有人曾经说我们是否能试用计算机术语 来描述人脑，然而，人脑看起来比特率比计算机低，但却具有极高的分 辨率。例如，研究表明由于人脑比特率低，因此，很难在短时间记住 七条以上的数据。 但是，如果这些信息被排列在一个相互可以被识 别的模型内如人类的脸或银河星系，人脑则能够同时吸收成千上万条 信息。过去我们通常利用Macintosh和Windows操作系统提供的桌 面图形来进行（实现）人机对话的，事实上，这些工具现在已经不适 合新的挑战。我相信我们需要一个“数字地球”，一个多种分辩率， 三维的表述方式，使我们能嵌入巨大数量的地理坐标系数据。例如， 设想一位年轻孩子去本地的博物馆参观数字地球展览。 在戴上显示头
盔后，她看见地球从太空中出现，使用数据手套放大电子图象；使用 越来越高的分辨率，看见大陆，然后是乡村、城市，最后是私人住房、 树木和其他天然和人工的物质。她采用类似“魔毯骑乘”通过地形的 3D视图，眼前被发现的行星区域引起她探究的兴趣。当然 ，地7形仅 仅是她能与之相互作用的多种数据之一。利用声音识别能力系统，她 能够请求优品课件
《数字地球》 讲义
一、什么是数字地球
当我们提及“数字地球”这个概念时，您可能会感到有些陌生，但实际上它已经在不知不觉中影响着我们的生活。简单来说，数字地球就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与认识。
它并非是一个孤立的存在，而是融合了多种技术和信息的一个综合体系。通过整合地球空间数据、地理信息系统、全球定位系统、遥感技术等，数字地球能够为我们提供一个更加清晰、全面和动态的地球视图。
想象一下，您能够在电脑屏幕上看到地球的每一个角落，了解那里的地形、气候、资源分布，甚至能够预测未来的变化趋势，这就是数字地球所带来的可能性。
二、数字地球的构成要素
要实现数字地球的功能，有几个关键的构成要素不可或缺。
首先是海量的数据。这些数据包括地理空间数据、环境数据、人口数据、经济数据等等。这些数据的来源十分广泛，有的来自卫星遥感，有的来自地面观测，还有的来自各种统计报表。只有拥有了丰富、准确的数据，才能为数字地球的构建提供坚实的基础。 其次是强大的计算机技术。处理如此庞大的数据量，需要高性能的计算机来进行存储、计算和分析。云计算、大数据技术等的发展，为数字地球的数据处理提供了有力的支持。
再者是先进的传感器技术。卫星遥感、无人机、地面传感器等设备能够实时获取地球表面的各种信息，为数字地球提供源源不断的新鲜数据。
最后是地理信息系统（GIS）。它是数字地球的核心技术之一，能够将各种数据进行整合、分析和可视化展示，让我们能够直观地理解和利用这些信息。
三、数字地球的应用领域
数字地球的应用领域广泛，几乎涵盖了我们生活的方方面面。
在环境保护方面，数字地球可以帮助我们监测气候变化、森林砍伐、水污染等问题，为制定环保政策和采取相应措施提供科学依据。通过对历史数据的分析和未来趋势的预测，我们能够提前做好应对措施，减少环境破坏带来的影响。
在城市规划中，数字地球能够提供详细的地形、地貌和土地利用信息，帮助规划者更加合理地布局城市功能区，优化交通网络，提高城市的运行效率和居民的生活质量。
数字地球导论
第一章 绪论
一、基本概念
1、数字地球概念的由来
1996年5月，联合国在南非约翰内斯堡召开了“信息社会和发展大会的部长级会议”，通过了互联网的建设计划，全球环境与资源管理计划，全球紧急情况管理计划等重大计划。
1998年1月，戈尔提出了“数字地球”的构想。
2000年，西方七国在日本冲绳会议上正式宣布当今社会进入“信息时代”。
4、数字地球与有关术语的关系
与国家空间数据基础设施（NSDI）及国家信息基础设施(NII)的关系
NII与NSDI均是数字地球的重要组成。
NII又称为信息高速公路，包括了各类网络和各类标准、规范、安全和保密等规则。
NSDI相当于高速公路上行驶的货运与客运的各种车辆及其组织的运行规则，及客流与物流源的状况等。
NSII是NII与NSDI的结合。
与数字国家与数字地球及数字城镇的关系
数字地球可划分为这三个层次，分别为：全球层、国家层和城镇层
与信息化、信息社会的关系
数字地球是信息化或信息社会建设的空间信息基础设施。
数字地球与国家信息化、国民经济信息化及城市信息化、地区信息化、省区信息化密切相关。
一、基本概念
美国总统戈尔在其1998年的报告中指出：数字地球是指可以整合海量地理数据的、多分辨率的、真实地球的三维表示，并可以在其上增加与地球有关的数据，实现在不同分辨率水平上对地球进行三维浏览的虚拟地球系统。
数字地球的概念，可以归纳为以下三个方面：
（1）数字地球指数字化的三维显示的虚拟地球，或指信息化的地球，包括数字化、网络化、智能化与可视化的地球技术系统。
（2）实施数字地球计划，需要有政府、企业和学术界共同齐心协力参加。实施数字地球计划是社会的行为，需要全社会来关心和支持。
（3）数字地球是一次新的技术革命，将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术、经济发展和推动社会的进步。
