“數(shù)字地球”就是數(shù)字化的地球，是一個(gè)地球的數(shù)字模型，它是利用數(shù)字技術(shù)和方法將地球及其上的活動(dòng)和環(huán)境的時(shí)空變化數(shù)據(jù)，按地球的坐標(biāo)加以整理，存入全球分布的計(jì)算機(jī)中，構(gòu)成一個(gè)全球的數(shù)字模型，在高速網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)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(shù)字地球”將最大限度地為人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供高質(zhì)量的服務(wù)。
簡(jiǎn)介
數(shù)字地球，是美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栍?998年1月在加利福尼亞州科學(xué)中心開(kāi)幕典禮上發(fā)表的題為“數(shù)字地球：認(rèn)識(shí)二十一世紀(jì)我們所居住的星球”演說(shuō)時(shí)，提出的一個(gè)與GIS、網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù)密切相關(guān)的概念。在戈?duì)柕奈恼聝?nèi)，他將數(shù)字地球看成是“對(duì)地球的三維多分辨率表示、它能夠放入大量的地理數(shù)據(jù)”。在接下來(lái)對(duì)數(shù)字地球的直觀實(shí)例解釋中可以發(fā)現(xiàn)，戈?duì)柕臄?shù)字地球?qū)W是關(guān)于整個(gè)地球、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。顯然，面對(duì)如此一個(gè)浩大的工程，任何一個(gè)政府組織、企業(yè)或?qū)W術(shù)機(jī)構(gòu)，都是無(wú)法獨(dú)立完成的，它需要成千上萬(wàn)的個(gè)人、公司、研究機(jī)構(gòu)和政府組織的共同努力。數(shù)字地球要解決的技術(shù)問(wèn)題，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、海量數(shù)據(jù)存貯、衛(wèi)星遙感技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、互操作性、元數(shù)據(jù)等。可以預(yù)見(jiàn)，隨著地球空間信息學(xué)的發(fā)展，而建立起的數(shù)字地球，必將促進(jìn)測(cè)繪學(xué)事業(yè)的現(xiàn)代化，為測(cè)繪事業(yè)與整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建立更加緊密的聯(lián)系，作出更大的貢獻(xiàn)，在未來(lái)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1998年江澤民總書(shū)記在接見(jiàn)兩院院士代表時(shí)的講話(huà)中指出："當(dāng)今世界，以信息技術(shù)為主要標(biāo)志的科技進(jìn)步日新月異，高科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化越來(lái)越快，初見(jiàn)端倪的知識(shí)經(jīng)濟(jì)預(yù)示人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活將發(fā)生新的巨大變化"。以理解為對(duì)真實(shí)地球及其相關(guān)現(xiàn)象統(tǒng)一的數(shù)字化重現(xiàn)和認(rèn)識(shí)。其核心思想是用數(shù)字化的手段來(lái)處理整個(gè)地球的自然和社會(huì)活動(dòng)諸方面的問(wèn)題，最大限度地利用資源，并使普通百姓能夠通過(guò)一定方式方便地獲得他們所想了解的有關(guān)地球的信息，其特點(diǎn)是嵌入海量地理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多分辨率、三維對(duì)地球的描述，即"虛擬地球"。通俗地講，就是用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動(dòng)及整個(gè)地球環(huán)境的時(shí)空變化裝入電腦中，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的流通，并使之最大限度地為人類(lèi)的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂(lè)服務(wù)。嚴(yán)格地講，數(shù)字地球是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶運(yùn)用海量地球信息對(duì)地球進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類(lèi)的三維描述，并利用它作為工具來(lái)支持和改善人類(lèi)活動(dòng)和生活質(zhì)量。
數(shù)字地圖是紙制地圖的數(shù)字存在和數(shù)字表現(xiàn)形式，是在一定坐標(biāo)系統(tǒng)內(nèi)具有確定坐標(biāo)和屬性的地面要素和現(xiàn)象的離散數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)可識(shí)別的可存儲(chǔ)介質(zhì)上概括的、有序的集合。
在計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科學(xué)高度發(fā)展的當(dāng)今，僅靠紙制的地圖和一些零散的數(shù)字地圖提供信息已無(wú)法滿(mǎn)足需要，取而代之的是在飛機(jī)、艦船導(dǎo)航、新武器制導(dǎo)、衛(wèi)星運(yùn)行測(cè)控和部隊(duì)快速反應(yīng)、軍事指揮自動(dòng)化以及經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)行業(yè)中廣泛應(yīng)用的，基于區(qū)域性或全國(guó)性的數(shù)字地圖及各種各樣的地圖數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)。
這些系統(tǒng)共同的特點(diǎn)是：信息豐富多樣，提供信息正確及時(shí)，修改、檢索、傳輸信息方便快速，并可以對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步的分析操作，最后輸出人們關(guān)注的專(zhuān)題信息。
數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用和信息系統(tǒng)的建立使傳統(tǒng)紙制地圖的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍，也為地圖產(chǎn)品開(kāi)辟了一個(gè)新的應(yīng)用天地。
技術(shù)基礎(chǔ)
要在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球不是一個(gè)很簡(jiǎn)單的事，它需要諸多學(xué)科，特別是信息科學(xué)技術(shù)的支撐。這其中主要包括：信息高速公路和計(jì)算機(jī)寬帶高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星影像、空間信息技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)處理與存貯技術(shù)、科學(xué)計(jì)算以及可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
高速網(wǎng)絡(luò)
一個(gè)數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不能通過(guò)單一的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存貯，而需要由成千上萬(wàn)的不同組織來(lái)維護(hù)。這意味著參與數(shù)字地球的服務(wù)器將需要由高速網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接。為此，美國(guó)威廉·克林頓總統(tǒng)早在1993年2月就提出實(shí)施美國(guó)國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII），通俗形象地稱(chēng)為信息高速公路，它主要由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)終端組成。美國(guó)為此計(jì)劃投入4000億美元，耗時(shí)20年。到2000年的目標(biāo)是提高生產(chǎn)率20~40%，獲取35000億美元的效益。
在Internet流量爆發(fā)性增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)下，遠(yuǎn)程通信載體已經(jīng)嘗試使用10G/S的網(wǎng)絡(luò)，而每秒1015字節(jié)的因特網(wǎng)正在研究中。相信在21世紀(jì)將會(huì)有更加優(yōu)秀的寬帶高速網(wǎng)供人們使用。
高分辨率
本世紀(jì)的遙感衛(wèi)星影像，在衛(wèi)星遙感問(wèn)世的20多年分辨率已經(jīng)有了飛快的提高，這里所說(shuō)的分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率。空間分辨率指影像上所能看到的地面最小目標(biāo)尺寸，用像元在地面的大小來(lái)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(dá)到10cm。到下一世紀(jì)獲取1m或優(yōu)于1m的空間分辨率影像將會(huì)十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，21世紀(jì)的技術(shù)可以達(dá)到5~6nm（納米）量級(jí)，400多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。時(shí)間分辨率指重訪(fǎng)周期的長(zhǎng)短，一般對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星為15~25天的重訪(fǎng)周期。通過(guò)發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以3~5天觀測(cè)地球一次。
高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在下一世紀(jì)將可以?xún)?yōu)于1米的空間分辨率，每隔3~5天為人類(lèi)提供反映地表動(dòng)態(tài)變化的詳實(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)秀才不出門(mén)，能觀天下事的理想。
空間設(shè)施
空間信息是指與空間和地理分布有關(guān)的信息，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，世界上的事情有80%與空間分布有關(guān)，空間信息用于地球研究即為地理信息系統(tǒng)。為了滿(mǎn)足數(shù)字地球的要求，將影像數(shù)據(jù)庫(kù)、向量圖形庫(kù)和數(shù)字高程模型（DEM）三庫(kù)一體化管理的GIS軟件和網(wǎng)絡(luò)GPS，將在下一世紀(jì)十分成熟和普及。從而可實(shí)現(xiàn)不同層次的互操作，一個(gè)GIS應(yīng)用軟件產(chǎn)生的地理信息將被另一個(gè)軟件讀取。
當(dāng)人們?cè)跀?shù)字地球上，進(jìn)行處理、發(fā)布和查詢(xún)信息時(shí)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的信息都與地理空間位置有關(guān)。例如查詢(xún)兩城市之間的交通連接，查詢(xún)旅游景點(diǎn)和路線(xiàn)，購(gòu)房時(shí)選擇價(jià)廉而又環(huán)境適宜的住宅等都需要有地理空間參考。由于尚未建立空間數(shù)據(jù)參考框架，致使在萬(wàn)維網(wǎng)上制作主頁(yè)時(shí)還不能輕易將有關(guān)的信息連接到地理空間參考上。因此，國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字地球的基礎(chǔ)。
國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)管理與分發(fā)體系和機(jī)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)站、空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架。這是美國(guó)威廉·克林頓總統(tǒng)在1994年4月以行政令下發(fā)的任務(wù)，美國(guó)將于2000年元月初步建成，我國(guó)也將在跨世紀(jì)之際，抓緊建立我國(guó)基于1:50000和1:10000比例尺的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。歐洲、俄羅斯和亞太地區(qū)也都紛紛抓空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。
空間數(shù)據(jù)共享機(jī)制是使數(shù)字地球能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC211工作組正為此而努力工作。只有共享才能發(fā)展，共享推動(dòng)信息化，信息化進(jìn)一步推動(dòng)共享。政府與民間的聯(lián)合共建是實(shí)現(xiàn)共享原則的基本條件，因?yàn)槿魏螄?guó)家的政府也不可能包攬整個(gè)信息化的建設(shè)。在我國(guó)，要遵循這一規(guī)律就必然要求打破部門(mén)之間和地區(qū)之間的界限，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合行動(dòng)，相互協(xié)調(diào)，互諒互讓?zhuān)止ず献鳎l(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)。只有大聯(lián)合才能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，才能在國(guó)際信息市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取主動(dòng)。
數(shù)據(jù)存貯
數(shù)字地球?qū)⑿枰尜A1015字節(jié)的（Quadrillions）信息。美國(guó)美國(guó)航空航天局的行星地球計(jì)劃EOS-AM1 99年上天，每天將產(chǎn)生1000GB（即1TB）的數(shù)據(jù)和信息，1米分辨率影像覆蓋廣東省省，大約有1TB的數(shù)據(jù)，而廣東才是中國(guó)的1/53。所以要建立起中國(guó)的數(shù)字地球，僅僅影像數(shù)據(jù)就有53TB，這還只是一個(gè)時(shí)刻的，多時(shí)相的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，其容量就更大了。美國(guó)的NASA和NOAA已著手建立用原型并行機(jī)管理的可存貯1800TM的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)盤(pán)帶的查找由機(jī)器手自動(dòng)而快速地完成，相信到下一世紀(jì)，還會(huì)有新的突飛猛進(jìn)。
另一方面，為了在海量數(shù)據(jù)中迅速找到需要的數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)（metadata）庫(kù)的建設(shè)是非常必要的，它是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通過(guò)它可以了解有關(guān)數(shù)據(jù)的名稱(chēng)、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶(hù)尋找所需數(shù)據(jù)的時(shí)間。
科學(xué)計(jì)算
地球是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，地球上發(fā)生的許多事件，變化和過(guò)程又十分復(fù)雜而呈非線(xiàn)性特征，時(shí)間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計(jì)算機(jī)，我們今日和跨世紀(jì)的未來(lái)，才有能力來(lái)模擬一些不能觀測(cè)到的現(xiàn)象。利用數(shù)據(jù)挖掘（數(shù)據(jù) Mining）技術(shù)，我們將能夠更好地認(rèn)識(shí)和分析所觀測(cè)到的海量數(shù)據(jù)，從中找出規(guī)律和知識(shí)。科學(xué)計(jì)算將使我們突破實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)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(guān)我們星球的數(shù)據(jù)。
技術(shù)種類(lèi)介紹
（1）虛擬技術(shù)
可視化是實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球與人交互的窗口和工具，沒(méi)有可視化技術(shù)，計(jì)算機(jī)中的一堆數(shù)字是無(wú)任何意義的。
數(shù)字地球的一個(gè)顯著的技術(shù)特點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。建立了數(shù)字地球以后，用戶(hù)戴上顯示頭盔，就可以看見(jiàn)地球從太空中出現(xiàn)，使用"用戶(hù)界面"的開(kāi)窗放大數(shù)字圖像；隨著分辨率的不斷提高，他看見(jiàn)了大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是私人住房、商店、樹(shù)木和其它天然和人造景觀；當(dāng)他對(duì)商品感興趣時(shí)，可以進(jìn)入商店內(nèi)，欣賞商場(chǎng)內(nèi)的衣服，并可根據(jù)自己的體型，構(gòu)造虛擬自己試穿衣服。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人類(lèi)觀察自然，欣賞景觀，了解實(shí)體提供了身臨其境的感覺(jué)。最近幾年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展很快。虛擬現(xiàn)實(shí)造型語(yǔ)言（VRML）是一種面向Web、面向?qū)ο蟮娜S造型語(yǔ)言，而且它是一種解釋性語(yǔ)言。它不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)和過(guò)程的三維表示，而且能使用戶(hù)走進(jìn)視聽(tīng)效果逼真的虛擬世界，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球的表示以及通過(guò)數(shù)字地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種地球現(xiàn)象的研究和人們的日常應(yīng)用。實(shí)際上，人造虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在攝影測(cè)量中早已是成熟的技術(shù)，近幾年的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展，已經(jīng)能夠在計(jì)算機(jī)上建立可供量測(cè)的數(shù)字虛擬技術(shù)。當(dāng)然，當(dāng)前的技術(shù)是對(duì)同一實(shí)體拍攝照片，產(chǎn)生視差，構(gòu)造立體模型，通常是當(dāng)模型處理。進(jìn)一步的發(fā)展是對(duì)整個(gè)地球進(jìn)行無(wú)縫拼接，任意漫游和放大，由三維數(shù)據(jù)通過(guò)人造視差的方法，構(gòu)造虛擬立體。
（2）3S技術(shù)
數(shù)字地球的核心是地球空間信息科學(xué)，地球空間信息科學(xué)的技術(shù)體系中最基礎(chǔ)和基本的技術(shù)核心是"3S"技術(shù)及其集成。所謂"3S"是全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）的統(tǒng)稱(chēng)。沒(méi)有"3S"技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)變化中的地球是不可能以數(shù)字的方式進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的。
(3)定位技術(shù)
GPS作為一種全新的現(xiàn)代定位方法，已逐漸在越來(lái)越多的領(lǐng)域取代了常規(guī)光學(xué)和電子儀器。80年代以來(lái)，尤其是90年代以來(lái)，GPS衛(wèi)星定位和導(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。用GPS同時(shí)測(cè)定三維坐標(biāo)的方法將測(cè)繪學(xué)定位技術(shù)從陸地和近海擴(kuò)展到整個(gè)海洋和外層空間，從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從單點(diǎn)定位擴(kuò)展到局部與廣域差分，從事后處理擴(kuò)展到實(shí)時(shí)(準(zhǔn)實(shí)時(shí))定位與導(dǎo)航，絕對(duì)和相對(duì)精度擴(kuò)展到米級(jí)、厘米級(jí)乃至亞毫米級(jí)，從而大大拓寬它的應(yīng)用范圍和在各行各業(yè)中的作用。不久的將來(lái)，人人可以戴上GPS手表，加上移動(dòng)電話(huà)，你的活動(dòng)就可以自動(dòng)進(jìn)入數(shù)字地球中去。
(4)遙感技術(shù)
當(dāng)代遙感的發(fā)展主要表現(xiàn)在它的多傳感器、高分辨率和多時(shí)相特征。 1) 多傳感器技術(shù)。當(dāng)代遙感技術(shù)已能全面覆蓋大氣窗口的所有部分。光學(xué)遙感可包含可見(jiàn)光、近紅外和短波紅外區(qū)域。熱紅外遙感的波長(zhǎng)可從8~14mm，微波遙感觀測(cè)目標(biāo)物電磁波的輻射和散射，分被動(dòng)微波遙感和主動(dòng)微波遙感，波長(zhǎng)范圍為1mm~100cm，。
2) 遙感的高分辨率特點(diǎn)。全面體現(xiàn)在空間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率三個(gè)方面，長(zhǎng)線(xiàn)陣CCD成像掃描儀可以達(dá)到1~2m的空間分辨率，成像光譜儀的光譜細(xì)分可以達(dá)到5~6nm的水平。熱紅外輻射計(jì)的溫度分辨率可從0.5K提高到0.3K乃至0.1K。
3) 遙感的多時(shí)相特征。隨著小衛(wèi)星群計(jì)劃的推行，可以用多顆小衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)每2~3天對(duì)地表重復(fù)一次采樣，獲得高分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)，多波段、多極化方式的雷達(dá)衛(wèi)星，將能解決陰雨多霧情況下的全天候和全天時(shí)對(duì)地觀測(cè)，通過(guò)衛(wèi)星遙感與機(jī)載和車(chē)載遙感技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)獲取的有力保證。
遙感信息的應(yīng)用分析已從單一遙感資料向多時(shí)相、多數(shù)據(jù)源的融合與分析，從靜態(tài)分析向動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)渡，從對(duì)資源與環(huán)境的定性調(diào)查向計(jì)算機(jī)輔助的定量自動(dòng)制圖過(guò)渡，從對(duì)各種現(xiàn)象的表面描述向軟件分析和計(jì)量探索過(guò)渡。由于航空遙感具有的快速機(jī)動(dòng)性和高分辨率的顯著特點(diǎn)使之成為遙感發(fā)展的重要方面。
(5)GIS技術(shù)
隨著"數(shù)字地球"這一概念的提出和人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)的不斷加深，從二維向多維動(dòng)態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展是地理信息系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，也是地理信息系統(tǒng)理論發(fā)展和諸多領(lǐng)域的迫切需要如資源、環(huán)境、城市等。在技術(shù)發(fā)展方面，一個(gè)發(fā)展是基于Client/Server結(jié)構(gòu)，即用戶(hù)可在其終端上調(diào)用在服務(wù)器上的數(shù)據(jù)和程序。另一個(gè)發(fā)展是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展Internet GIS或Web-GIS，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程尋找所需要的各種地理空間數(shù)據(jù)，包括圖形和圖像，而且可以進(jìn)行各種地理空間分析，這種發(fā)展是通過(guò)現(xiàn)代通訊技術(shù)使GIS進(jìn)一步與信息高速公路相接軌。另一個(gè)發(fā)展方向，則是數(shù)據(jù)挖掘（數(shù)據(jù) Mining），從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)發(fā)現(xiàn)知識(shí)，用來(lái)支持遙感解譯自動(dòng)化和GIS空間分析的智能化。
(6)集成技術(shù)
"三S"集成是指將上述三種對(duì)地觀測(cè)新技術(shù)及其他相關(guān)技術(shù)有機(jī)地集成在一起。這里所說(shuō)的集成，是英文Integration的中譯文，是指一種有機(jī)的結(jié)合，在線(xiàn)的連接、實(shí)時(shí)的處理和系統(tǒng)的整體性。GPS、RS、GIS集成的方式可以在不同技術(shù)水平上實(shí)現(xiàn)。"三S"集成包括空基三S集成與地基三S集成。
空基"三S"集成：用空─地定位模式實(shí)現(xiàn)直接對(duì)地觀測(cè)，主要目的是在無(wú)地面控制點(diǎn)（或有少量地面控制點(diǎn)）的情況下，實(shí)現(xiàn)航空航天遙感信息的直接對(duì)地定位、偵察、制導(dǎo)、測(cè)量等。
地基"三S"集成：車(chē)載、艦載定位導(dǎo)航和對(duì)地面目標(biāo)的定位、跟蹤、測(cè)量等實(shí)時(shí)作業(yè)。
應(yīng)用
在人類(lèi)所接觸到的信息中有80%與地理位置和空間分布有關(guān)，地球空間信息是信息高速公路上的貨和車(chē)。數(shù)字地球不僅包括高分辨率的地球衛(wèi)星圖像，還包括數(shù)字地圖，以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人口等方面的信息，它的應(yīng)用正如戈?duì)柛笨偨y(tǒng)在報(bào)告中提到的有時(shí)會(huì)因?yàn)槲覀兊南胂罅Χ艿较拗疲瑩Q句話(huà)說(shuō)，數(shù)字地球的應(yīng)用在很大程度上超出我們的想象，可以樂(lè)觀地說(shuō)下一世紀(jì)中，數(shù)字地球?qū)⑦M(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)和各行各業(yè)。這里只能就我們的理解提出一些現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用。
1、作用
全球變化與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今世界人們關(guān)注的重要問(wèn)題，數(shù)字化表示的地球為我們研究這一問(wèn)題提供了非常有利的條件。在計(jì)算機(jī)中利用數(shù)字地球可以對(duì)全球變化的過(guò)程、規(guī)律、影響以及對(duì)策進(jìn)行各種模擬和仿真，從而提高人類(lèi)應(yīng)付全球變化的能力。數(shù)字地球可以廣泛地應(yīng)用于對(duì)全球氣候變化，地平線(xiàn)變化，荒漠化，生態(tài)與環(huán)境變化，土地利用變化的監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，利用數(shù)字地球，還可以對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的許多問(wèn)題進(jìn)行綜合分析與預(yù)測(cè)，如：自然資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口增長(zhǎng)與社會(huì)發(fā)展，災(zāi)害預(yù)測(cè)與防御等。
我國(guó)是一個(gè)人口多，土地資源有限，自然災(zāi)害頻繁的發(fā)展中國(guó)家，十幾億人口的吃飯問(wèn)題一直是致關(guān)重要的。經(jīng)過(guò)二十年的高速發(fā)展，資源與環(huán)境的矛盾越來(lái)越突出。九八年的洪災(zāi)，黃河斷流，耕地減少，荒漠化加劇，已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。必須采取有效措施，從宏觀的角度加強(qiáng)土地資源和水資源的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，加強(qiáng)自然災(zāi)害特別是洪澇災(zāi)害的預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)和防御，避免第三世界國(guó)家和一些發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展過(guò)程中走過(guò)的彎路。數(shù)字地球在這方面可以發(fā)揮更大的作用。
2、影響
數(shù)字地球?qū)⑷菁{大量行業(yè)部門(mén)、企業(yè)和私人添加的信息，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間分布上的研究和分析。例如國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，全國(guó)鐵路、交通運(yùn)輸的規(guī)劃，城市發(fā)展的規(guī)劃，海岸帶開(kāi)發(fā)，西部開(kāi)發(fā)。從貼近人們的生活看，房地產(chǎn)公司可以將房地產(chǎn)信息鏈接到數(shù)字地球上；旅游公司可以將酒店、旅游景點(diǎn)，包括它們的風(fēng)景照片和錄象放入這個(gè)公用的數(shù)字地球上；世界著名的博物館和圖書(shū)館可以將其收藏以圖像、聲音、文字形式放入數(shù)字地球中；甚至商店也可以將貨架上的商店制作成多媒體或虛擬產(chǎn)品放入數(shù)字地球中，讓用戶(hù)任意挑選。另外在相關(guān)技術(shù)研究和基礎(chǔ)設(shè)施方面也將會(huì)起推動(dòng)作用。因此，數(shù)字地球進(jìn)程的推進(jìn)必將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活產(chǎn)生巨大的影響。
3、精細(xì)農(nóng)業(yè)
下一世紀(jì)農(nóng)業(yè)要走節(jié)約化的道路，實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)無(wú)污染農(nóng)業(yè)。這就要依托數(shù)字地球，每隔3~5天給農(nóng)民送去他們的莊稼地的高分辨率衛(wèi)星影像，農(nóng)民在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端上可以從影像圖中獲得他的農(nóng)田里莊稼的長(zhǎng)勢(shì)征兆，通過(guò)GIS作分析，制定出行動(dòng)計(jì)劃，然后在車(chē)載GPS和電子地圖指引下，實(shí)施農(nóng)田作業(yè)，及時(shí)地預(yù)防病蟲(chóng)害，把殺蟲(chóng)劑、化肥和水用到必須用的地方，而不致使化學(xué)殘留物污染土地、糧食和種子，實(shí)現(xiàn)真正的綠色農(nóng)業(yè)。這樣一來(lái)，農(nóng)民也成了電腦的重要用戶(hù)，數(shù)字地球就這樣飛入了農(nóng)民家。到那時(shí)農(nóng)民也需要有組織，有文化，掌握高科技。
4、智能交通
智能運(yùn)輸系統(tǒng)是基于數(shù)字地球建立國(guó)家和省市、自治區(qū)的路面管理系統(tǒng)、橋梁管理系統(tǒng)、交通阻塞、交通安全以及高速公路監(jiān)控系統(tǒng)，并將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、電子控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面運(yùn)輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合運(yùn)輸和管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸工具在道路上的運(yùn)行功能智能化。從而，使公眾能夠高效地使用公路交通設(shè)施和能源。具體地說(shuō)，該系統(tǒng)將采集到的各種道路交通及服務(wù)信息經(jīng)交通管理中心集中處理后，傳輸?shù)焦愤\(yùn)輸系統(tǒng)的各個(gè)用戶(hù)（駕駛員、居民、警察局、停車(chē)場(chǎng)、運(yùn)輸公司、醫(yī)院、救護(hù)排障等部門(mén)），出行者可實(shí)時(shí)選擇交通方式和交通路線(xiàn)；交通管理部門(mén)可自動(dòng)進(jìn)行合理的交通疏導(dǎo)、控制和事故處理；運(yùn)輸部門(mén)可隨時(shí)掌握車(chē)輛的運(yùn)行情況，進(jìn)行合理調(diào)度。從而，使路網(wǎng)上的交通流運(yùn)行處于最佳狀態(tài)，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網(wǎng)的通行能力，提高整個(gè)公路運(yùn)輸系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性、安全性和生產(chǎn)效率。
對(duì)于公路交通而言，ITS將產(chǎn)生的效果主要包括以下幾個(gè)方面：
-提高公路交通的安全性。
-降低能源消耗，減少汽車(chē)運(yùn)輸對(duì)環(huán)境的影響。
-提高公路網(wǎng)絡(luò)的通行能力。
-提高汽車(chē)運(yùn)輸生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各方面都將產(chǎn)生積極的影響。
-通過(guò)系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)和普及，創(chuàng)造出新的市場(chǎng)。
美國(guó)國(guó)會(huì)1991年頒布"冰茶法案"(ISTEA- Intermodel Surface Transportation Efficiency Act)，1998年頒布"續(xù)茶法案"(NEXTEA-National Economic Crossroad Transportation Efficiency Act)，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高效、安全和利于環(huán)境的現(xiàn)代交通體系。
5、Cybercity
基于高分辨率正射影像、城市地理信息系統(tǒng)、建筑CAD，建立虛擬城市和數(shù)字化城市，實(shí)現(xiàn)真三維和多時(shí)相的城市漫游、查詢(xún)分析和可視化。數(shù)字地球服務(wù)于城市規(guī)劃、市政管理、城市環(huán)境、城市通訊與交通、公安消防、保險(xiǎn)與銀行、旅游與娛樂(lè)等，為城市的可持續(xù)發(fā)展和提高市民的生活質(zhì)量等。
6、專(zhuān)家服務(wù)
顧名思義，數(shù)字地球是用數(shù)字方式為研究地球及其環(huán)境的科學(xué)家尤其是地學(xué)家服務(wù)的重要手段。地殼運(yùn)動(dòng)、地質(zhì)現(xiàn)象、地震預(yù)報(bào)、氣象預(yù)報(bào)、土地動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、災(zāi)害預(yù)測(cè)和防治、環(huán)境保護(hù)等等無(wú)不需要利用數(shù)字地球。而且數(shù)據(jù)的不斷積累，最終將有可能使人類(lèi)能夠更好地認(rèn)識(shí)和了解我們生存和生活的這個(gè)星球，運(yùn)用海量地球信息對(duì)地球進(jìn)行多分辨率、多時(shí)空和多種類(lèi)的三維描述將不再是幻想。
7、現(xiàn)代大戰(zhàn)
數(shù)字地球是后冷戰(zhàn)時(shí)期"星球大戰(zhàn)"計(jì)劃的繼續(xù)和發(fā)展，在美國(guó)眼里數(shù)字地球的另一種提法是星球大戰(zhàn)，是美國(guó)全球戰(zhàn)略的繼續(xù)和發(fā)展。顯然，在現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)和國(guó)防建設(shè)中，數(shù)字地球具有十分重大意義。建立服務(wù)于戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)役的各種軍事地理信息系統(tǒng)，并運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)，這是數(shù)字地球在國(guó)防建設(shè)中的應(yīng)用。這其中包括了地形地貌偵察、軍事目標(biāo)跟蹤監(jiān)視、飛行器定位、導(dǎo)航、武器制導(dǎo)、打擊效果偵察、戰(zhàn)場(chǎng)仿真、作戰(zhàn)指揮等等方面，對(duì)空間信息的采集、處理、更新提出了極高的要求。在戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始之前需要建立戰(zhàn)區(qū)及其周?chē)貐^(qū)的軍事地理信息系統(tǒng)；戰(zhàn)時(shí)利用GPS、RS和GIS進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察，信息的更新，軍事指揮與調(diào)度，武器精確制導(dǎo)；戰(zhàn)時(shí)與戰(zhàn)后的軍事打擊效果評(píng)估等等。而且，數(shù)字地球是一個(gè)典型的平戰(zhàn)結(jié)合，軍民結(jié)合的系統(tǒng)工程，建設(shè)中國(guó)的數(shù)字地球工程符合我國(guó)國(guó)防建設(shè)的發(fā)展方向。
總之，隨著"三S"技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字地球?qū)?duì)社會(huì)生活的各個(gè)方面產(chǎn)生巨大的影響。其中有些影響我們可以想象，有些影響也許我們今日還無(wú)法想象。
行業(yè)概況
數(shù)字地球的提出是全球信息化的必然產(chǎn)物，它的一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略目標(biāo)，需要經(jīng)過(guò)全人類(lèi)的共同努力才能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，數(shù)字地球的建設(shè)與發(fā)展將加快全球信息化的步伐，在很大程度上改變?nèi)藗兊纳罘绞剑?chuàng)造出巨大的社會(huì)財(cái)富，為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)。
"三S"作為數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)和核心將得到迅速發(fā)展，一方面數(shù)字地球的研究和建設(shè)為"三S"技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件，另一方面"三S"技術(shù)的發(fā)展為數(shù)字地球的建設(shè)提供了技術(shù)支持。
我國(guó)在地球空間信息科學(xué)領(lǐng)域的研究工作經(jīng)過(guò)不懈努力取得了許多優(yōu)秀成果，培養(yǎng)了一些國(guó)際知名的學(xué)者和一大批具有較高素質(zhì)的中青年學(xué)術(shù)骨干，為學(xué)科的發(fā)展作出了自己的貢獻(xiàn)。但是，我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，由于在傳感器，計(jì)算機(jī)，通訊以及綜合國(guó)力等方面與先進(jìn)國(guó)家存在較大差距，使得在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間在地球空間信息科學(xué)的若干方面將落后于國(guó)際先進(jìn)水平。因此，只有發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，不斷努力，努力建設(shè)數(shù)字中國(guó)和數(shù)字地球，才能逐步縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn)。
目前來(lái)看，市場(chǎng)需求是很大的，而供應(yīng)方面卻略顯不足，尤其是擁有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，技術(shù)過(guò)硬的企業(yè)并不多，行業(yè)整體缺乏品牌效應(yīng)。傲唯刃道呼吁業(yè)內(nèi)企業(yè)共同努力，尤其發(fā)揮吹毛求的研發(fā)精神，進(jìn)一步提高研發(fā)能力，降低成本，真正解決客戶(hù)的實(shí)際困難，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，提供最可靠的產(chǎn)品和技術(shù)。
會(huì)議
數(shù)字地球大會(huì)
11月18日，由國(guó)際數(shù)字地球?qū)W會(huì)和中國(guó)科學(xué)院主辦的首屆中國(guó)數(shù)字地球大會(huì)在北京開(kāi)幕。本屆大會(huì)以“地球大數(shù)據(jù)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展”為主題，旨在聚焦數(shù)字地球應(yīng)用和技術(shù)，為科學(xué)家與決策者搭建地球大數(shù)據(jù)背景下的交流新平臺(tái)，共同探討梳理大數(shù)據(jù)時(shí)代數(shù)字地球發(fā)展脈絡(luò)，理清數(shù)字地球的科學(xué)和技術(shù)瓶頸問(wèn)題，促進(jìn)數(shù)字地球與社會(huì)經(jīng)濟(jì)接軌，探討如何基于數(shù)字地球技術(shù)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略及人類(lèi)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。
參考資料 >