地球信息科学和数字地球(地理信息系统--原理、方法和应用)
地理信息系统(名词解释)
1、地理信息系统（geographic information system ， 即gis ）——一门集计算机科学、 信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科， 它是在计算机软件和硬件支持下， 运用系 统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划 、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统。
2．栅格——栅格结构是最简单最直接的空间数据结构， 是指将地球表面划分为大小均匀 紧密相邻的网格阵列， 每个网格作为一个象元或象素由行、列定义， 并包含一个代码表示 该象素的属性类型或量值， 或仅仅包括指向其属性记录的指针。
因此， 栅格结构是以规则 的阵列来表示空间地物或现象分布的数据组织，组织中的每个数据表示地物或现象的非几何属性特征。
特点：属性明显， 定位隐含， 即数据直接记录属性本身， 而所在的位置则根据行列号转换为相应的坐标，即定位是根据数据在数据集中的位置得到的，在栅格结构中，点用一个栅格单元表示；线状地物用沿线走向的一组相邻栅格单元表示，每个栅格单元最 多只有两个相邻单元在线上；面或区域用记有区域属性的相邻栅格单元的集合表示，每个 栅格单元可有多于两个的相邻单元同属一个区域。
3.矢量——它假定地理空间是连续， 通过记录坐标的方式尽可能精确地表示点、线、 多边形等地理实体， 坐标空间设为连续， 允许任意位置、长度和面积的精确定义。
对于点实体， 矢量结构中只记录其在特定坐标系下的坐标和属性代码；对于线实体， 用一系列坐标对的连线表示；多边形是指边界完全闭合的空间区域，用一系列坐标对的连线表示。
4. “拓扑”（topology）一词来源于希腊文，它的原意是 “形状的研究”。
拓扑学是 几何学的一个分支，它研究在拓扑变换下能够保持不变的几何属性——拓扑属性（拓扑属 性：一个点在一个弧段的端点， 一个点在一个区域的边界上；非拓扑属性：两点之间的距离， 弧段的长度， 区域的周长、面积） 。
数字地球-鲁教版选修七地理信息技术应用教案
数字地球-鲁教版选修七地理信息技术应用教案课程背景近年来，随着信息技术的不断发展和地理科学的不断深入，数字地球逐渐成为热门话题。
数字地球是指通过数字技术手段，将地球表面的自然、社会、经济等各种信息内容数字化、虚拟化和可视化，形成三维、多源、实时、动态、高精度的地球信息体系。
地理信息技术作为数字地球的关键技术之一，不断发展和应用。
本课程旨在教授地理信息技术的基本概念、原理与应用，让学生能够了解数字地球的基本特征以及地理信息技术在不同领域中的应用。
教学目标1.了解数字地球的基本概念、特征和应用；2.掌握地理信息技术的基本原理和方法；3.了解地理信息系统（GIS）的结构和功能；4.了解地理信息技术在城市规划、环境监测、资源调查和决策支持等方面的应用。
教学内容第一章数字地球的基本概念与特征1.1 数字地球的发展历程和意义1.1.1 数字地球概念的形成1.1.2 数字地球的发展历程1.1.3 数字地球的意义1.2 数字地球的基本特征1.2.1 三维性1.2.2 实时性1.2.3 高精度性1.2.4 动态性1.3 数字地球的应用1.3.1 环境监测1.3.2 城市规划1.3.3 航空航天第二章地理信息技术的基本原理和方法2.1 地理信息技术的基本概念2.1.2 地理信息技术的发展历程2.1.3 地理信息技术的应用领域2.2 地理信息技术的基本原理2.2.1 空间数据的存储和处理2.2.2 空间分析2.2.3 空间可视化2.3 地理信息系统（GIS）的结构和功能2.3.1 GIS的基础概念2.3.2 GIS的结构和组成2.3.3 GIS的应用第三章地理信息技术在不同领域中的应用3.1 城市规划3.1.1 城市规划的概念和意义3.1.2 GIS在城市规划中的应用3.1.3 城市规划案例分析3.2 环境监测3.2.1 环境监测的概念和意义3.2.2 GIS在环境监测中的应用3.2.3 环境监测案例分析3.3 资源调查3.3.1 资源调查的概念和意义3.3.2 GIS在资源调查中的应用3.3.3 资源调查案例分析3.4 决策支持3.4.1 决策支持的概念和意义3.4.2 GIS在决策支持中的应用3.4.3 决策支持案例分析教学方法本课程采用讲授、案例分析和实践教学相结合的教学方法，鼓励学生积极参与课堂讨论和实践操作。
高中中图版地理必修3学案：第3章-第3、4节-地理信息系统的应用和数字地球-【含解析】
第三、四节地理信息系统的应用和数字地球学习目标：1.了解地理信息系统和数字地球的定义。
2.理解地理信息系统的功能和流程并结合实例学会分析地理信息系统可以解决的四类问题。
(重点) 3.会使用常见的GIS产品，能分别说明地理信息系统在城市管理中的应用。
(重点)4．掌握数字地球的核心思想和应用前景。
(难点)1．地理信息系统的应用(1)地理信息系统①概念依靠计算机实现地理信息的收集、处理、存储、分析和应用的系统，简称GIS。
②功能③工作流程信息输入→数据处理→数据库管理→空间分析→可视化表达(2)地理信息系统可以解决的四类基本问题①与分布、位置有关的基本问题查询“地点”和“状况”；查询符合一定条件的地物位置。
②趋势分析通过某地物随时间变化的过程，分析其发展趋势。
③模式问题揭示各种地物之间的空间关系。
④模拟问题利用已掌握的规律建立起一定模型，模拟具备某种条件时将出现的结果。
(3)地理信息系统在城市管理中的应用①城市信息管理与服务：向城市居民提供日常工作与生活所需的各种信息。
②城市规划：查询和统计，并用三维影像显示市貌，分析城市现状，有效管理城市地下管网。
③城市道路交通管理⎩⎨⎧显示道路的路况、交通流量、沿线环境等空间和属性信息提供多种类型的查询及时发布交通信息④城市救灾防灾⎩⎨⎧跟踪灾难发生、发展过程对灾害进行快速分析、评价和模拟辅助开展灾后的应急和恢复工作⑤城市环境管理：主要包括环境规划与决策、监测、评价、预测与模拟等。
(1)数字地球①含义：对真实地球及相关现象的统一性的数字化重现与再认识。
②应用技术：全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等。
③核心思想a．用数字化手段统一处理地球问题。
b．最大限度地利用信息资源。
④基础a．全球网络要求信息网络嵌入到每个人的日常生活中。
b．分布式存储信息分开存储到全球各地的计算机中。
高速宽带网络的建设及其传输速度，是建立数字地球的重要基础。
⑤最大特征与依据——虚拟现实技术。
地球信息科学与技术考研方向
地球信息科学与技术考研方向地球信息科学与技术是一个涉及地理信息系统（GIS）、遥感技术、地球大数据处理等领域的综合性学科。
在考研中，地球信息科学与技术的研究方向多种多样，以下是一些常见的考研方向：
1.GIS与空间分析：
研究地理信息系统的原理、技术和应用，包括地图制图、空间分析、地理数据处理等方面。
2.遥感技术与应用：
关注遥感数据的获取、处理和应用，研究卫星遥感、航空遥感等技术在环境监测、资源调查等领域的应用。
3.地球大数据处理与分析：
研究地球大数据的存储、管理、处理和分析方法，以应对大规模、多源地球数据的挑战。
4.地理空间信息工程：
着重研究地理信息的采集、处理、管理和传输技术，包括GPS 技术、地理信息工程软件等方面。
5.环境遥感与监测：
关注环境遥感技术在气候变化、自然灾害监测等方面的应用，以及环境信息处理与模型分析。
6.地球信息系统与可持续发展：
结合地球信息技术，研究如何促进可持续发展，包括土地利用规划、资源管理等方面。
7.数字城市与智慧城市：
探索地球信息科学在城市规划、交通管理、智慧城市建设等方
面的应用。
8.地球信息科学前沿技术：
关注地球信息科学领域的最新技术和研究方向，如人工智能、深度学习在地球信息领域的创新应用。
在考研过程中，可以根据个人兴趣和职业发展方向选择适合的研究方向。
同时，建议详细查看各高校的专业介绍和研究生招生信息，了解不同学校在地球信息科学与技术领域的优势和特色。
地球信息科学和数字地球
球形的地代替了平面的地，引起了大地观念的依次彻底变化。
这时人们无须扩展大地的圆盘以远远超过有人烟的地区，而认为有人烟的地区只包括地球的一小部分，更大的空余地面则可留待假说玄想去填充……阿尔夫雷德.赫特纳第十九章地球信息科学和数字地球导读：本章介绍了GIS发展的一些最新的概念，包括地球信息科学，数字地球等等，这些概念的具体含义至今仍在变化。
数字地球与其说是一门技术，不如说是一个政策，它是GIS应用发展的顶点。
最后介绍了国家空间数据基础设施，它是一个国家推广GIS应用重要的第一步。
1．地球信息科学1．1几个相关概念近十几年来，随着遥感，全球定位系统，地理信息系统以及计算机网络技术的发展，出现了一系列新的、意义相近的、与地理信息系统相关的名词，如地理信息科学（Geographical Information Science），地球测量（Geomatics，地球信息学[宫鹏]，地球空间信息学[李德仁]），地球信息学（Geo-Informatics），地球信息科学（Geo-information Science）等等，这些概念提出的时间还都不长，其含义存在交叉，目前国内对其确切的译名有些也存在着争论，下面介绍地理信息科学，地球测量的概念以及地球信息科学的概念和内容。
1．1．1地理信息科学地理信息科学是1992年Goodchild提出的，与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题，包括：1）分布式计算2）地理信息的认知3）地理信息的互操作4）比例尺5）空间信息基础设施的未来6）地理数据的不确定性和基于GIS的分析7）GIS和社会9）地理信息系统在环境中的空间分析10）空间数据的获取和集成等等地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
数字地球技术的发展与应用
数字地球技术的发展与应用摘要：地球的空间表达方式，由过去的模拟地图到数字地图是数据处理技术的飞跃，由数字地图到地理信息系统再到“数字地球”是信息技术发展的本质飞跃。
因此“数字地球”的出现是时代发展的必然趋势。
本文通过对“数字地球”技术及其在地理环境和气象信息的可视化进行介绍，从而让我们对“数字地球”的发展与应用有进一步的了解。
关键词：数字地球；信息技术；地理环境可视化；气象信息可视化1数字地球技术1.1 数字地球的概念数字地球指的是一种地球信息模型，它把地球上每一个角落的信息都收集起来，按照地球上的地理坐标建立成一个完整的信息模型，是一个虚拟的地球，其核心是利用数字化手段处理地球，最大限度地利用信息资源。
它是以地球作为研究对象，以地理坐标为依据，具有多分辨率、海量数据和多种数据融合、并可用多媒体和虚拟技术进行多维的(立体的和动态的)表达，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。
1.2 数字地球的理论技术基础数字地球是遥感图像处理系统、地理信息系统、全球定位系统、宽带网络以及仿真和虚拟技术等现代科技的高度融合体，是信息技术发展的必然结果。
据不完全统计，在自然与人类社会的信息流量中，具有地理参考特征的各种信息流量占总信息流量的80%左右。
而具有地理特征属性的空间信息均与地球有关，因此在进入信息时代的社会中，提出数字地球的概念，创建数字地球，以至于在各个领域中应用数字地球，是必然的事情。
地球信息科学是数字地球的理论基础，包括地球信息系统理论和信息科学理论、地球耗散结构与自身组织理论和地球分形与自身相似理论等。
数字地球主要由空间数据、操作平台、应用模型组成。
1.3“3S”技术所谓“3S”技术，即全球导航定位系统（GNSS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）。
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。
将“3S”技术中有关部分有机集成起来，构成一个强大的技术体系，可实现对各种空间信息和环境信息的快速、可靠、准确的收集处理与更新。
数字地球学的新技术和应用
数字地球学的新技术和应用数字地球学是一门基于数字化技术和地球信息科学等多学科交叉的新兴学科，它将地球上的自然、社会、经济等多种信息数据进行集成、管理、分析和展示，形成了一种全球范围、实时更新、多尺度、多层级的地球信息系统。
数字地球学在地球科学、城市规划、环境保护、资源开发等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍数字地球学的新技术和应用。
一、数字地球学的新技术1. 三维空间数据管理技术传统的地理信息系统（GIS）主要关注地理信息的二维表示和操作，而数字地球学则将重点放在了三维空间数据的处理上。
三维空间数据管理技术是数字地球学的一项核心技术，它能够通过数字化手段对地球表面的物理特征进行精确的测量和建模，以达到对地球三维信息的全面理解和管理。
2. 遥感数据处理与分析技术遥感数据是数字地球学的另一个重要数据来源，它通过卫星、航空等手段对地球表面进行非接触式的观测和测量。
数字地球学可将遥感数据与其他类型的地理信息数据进行融合，以实现更加全面、准确的地球信息分析和预测。
3. 可视化技术数字地球学中的可视化技术能够将抽象的数字数据转化为具有视觉感官的表现形式，以促进人们对全球范围内复杂数据的理解和交互式操作。
例如：数字地球模型的可视化实现，可以让人们直观地了解地球的自然地貌、人文地理和环境等方面的信息。
二、数字地球学的应用1. 地球科学领域数字地球学技术在地球科学领域的应用非常广泛，包括地质勘探、地震预测、气象预报等。
例如，激光雷达测绘技术和数字地球模型可实现精确的地形和岩石结构还原，进而为地质勘探提供高精度地质信息；气象遥感数据的分析与处理可以对气象和气候进行更好的预测和监测，以提高气象预报的准确性和可靠性。
2. 城市规划与管理数字地球学技术在城市规划和管理领域的应用也非常广泛，能够为城市规划、土地管理、交通建设等提供帮助。
例如，数字地球模型可用于城市规划、建筑设计等多个领域，以便更好地实现城市建设规划的可视化呈现、市政设施的优化配置等功能；数字地球模型同时也可以用于交通规划，以实现交通状况的实时监测和改善。
GIS原理地球信息科学和数字地球
未来发展趋势和挑战
1 大数据和人工智能
大数据和人工智能技术将进一步提升GIS的分析能力和决策支持功能。
2 空间数据共享
推动各国之间的空间数据共享，有助于全球范围内的地理问题研究和解决。
3 隐私和安全
随着地理数据的增长和应用扩展，隐私保护和数据安全将成为重要的挑战。
测量技术
测量技术用于采集地形、地势 等地理数据，为GIS分析提供 基础。
地图制作与空间分析
1
空间查询
2
使用GIS软件进行空间查询，可以找
到特定区域内的地理对象和相关属性。
3
地图制作
通过GIS软件，制作具有多个图层和 标注的地图，用于展示地理现象和分 析结果。
空间统计
利用GIS进行空间统计分析，了解不 同地理区域的数据分布和相关规律。
数字地球的概念与应用
数字地球是一种利用GIS技术和地理数据构建的虚拟地球模型，可以模拟地球 上的各种现象和过程，用于研究和决策支持。
地球信息科学在环境管理和城市规划中 的应用
环境管理
GIS可用于监测污染物分布、自然资源管理 和环境规划，帮助保护和改善环境质量。
城市规划
GIS技术可以模拟城市增长模式、交通拥堵 和土地利用的变化，为城市规划提供决策支 持。
GIS原理地球信息科学和 数字地球
地球信息科学是研究地理空间现象、地图和地理数据的基础学科。
地球信息科学的定义
地球信息科学是一门综合性的学科，涵盖地理学、地图学、遥感技术和数据 库管理等领域，旨在研究地球上的空间现象和它们之间的关系。
GIS技术和原理数据、遥感数据和地理位置数据。
空间分析
GIS利用空间分析技术，对地理数据进行处理和分析，以揭示地理现象的规律和趋势。
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地球信息科学和数字地球(地理信息系统--原理、方法和应用)球形的地代替了平面的地，引起了大地观念的依次彻底变化。
这时人们无须扩展大地的圆盘以远远超过有人烟的地区，而认为有人烟的地区只包括地球的一小部分，更大的空余地面则可留待假说玄想去填充… …阿尔夫雷德.赫特纳导读：本章介绍了GIS发展的一些最新的概念，包括地球信息科学，数字地球等等，这些概念的具体含义至今仍在变化。
数字地球与其说是一门技术，不如说是一个政策，它是GIS应用发展的顶点。
最后介绍了国家空间数据基础设施，它是一个国家推广GIS应用重要的第一步。
1．地球信息科学1．1几个相关概念近十几年来，随着遥感，全球定位系统，地理信息系统以及计算机网络技术的发展，出现了一系列新的、意义相近的、与地理信息系统相关的名词，如地理信息科学（Geographical Information Science），地球测量（Geomatics，地球信息学[宫鹏]，地球空间信息学[李德仁]），地球信息学（Geo-Informatics），地球信息科学（Geo-information Science）等等，这些概念提出的时间还都不长，其含义存在交叉，目前国内对其确切的译名有些也存在着争论，下面介绍地理信息科学，地球测量的概念以及地球信息科学的概念和内容。
1．1．1地理信息科学地理信息科学是1992年Goodchild提出的，与地理信息系统相比，它更加侧重于将地理信息视作为一门科学，而不仅仅是一个技术实现，主要研究在应用计算机技术对地理信息进行处理、存储、提取以及管理和分析过程中提出的一系列基本问题，包括：1）分布式计算2）地理信息的认知3）地理信息的互操作4）比例尺5）空间信息基础设施的未来6）地理数据的不确定性和基于GIS的分析7）GIS和社会9）地理信息系统在环境中的空间分析10）空间数据的获取和集成等等地理信息科学在对于地理信息技术研究的同时，还指出了支撑地理信息技术发展的基础理论研究的重要性。
1．1．2GeomaticsGeomatics被定义为利用各种手段，通过一切途径获取和管理在空间基础信息生产管理过程中的空间参考数据部分的科学与技术[Gagnon]。
Geomatics还有其它的一些定义，这些定义有不同的表述，但是其要旨基本上是一致的：1）定义空间参考基础2）建立和使用对空间参照物体和现象进行定位和量测的方法、技术和工具3）整合不同参考系统中的数据4）提供合格数据5）运用计算机技术改善数据的处理、存储和发行Geomatics包括大地测量、地籍测量、摄影测量与测深等传统测绘领域以及遥感和空间信息系统等新领域，可以认为是测绘学应现代社会对空间信息有极大需求这一特点提出的一个更全面、更综合的学科体系。
1．1．3地球信息科学随着以地理信息系统技术为核心的遥感、全球定位系统等技术的发展以及其间的相互渗透，逐渐形成了3S集成化技术系统，为解决区域范围更广，复杂性更高的现代地学问题提供了新的分析方法和技术保证。
七十年代以来，由于整个人类社会面临的人口、资源、环境和发展等各方面的问题，逐渐开始重视全球变化（Global Change）以及可持续发展（Sustanable Development）等方面的研究，这两个方面的推动，最终促成了地球信息科学的产生。
地球信息科学以信息流的手段研究地球系统内部的物质流、能量流和人流的运动状态和方式（图19-1），它由三部分组成，“地球信息学”是其理论研究的主体，“地球信息技术”是其研究手段，“全球变化和区域可持续发展”是其主要应用领域。
[陈述彭]图19-1：信息流和地球系统内部物质流、能量流和人流的关系1．2地球信息科学的研究内容地球信息科学的本质是从信息流的角度来揭示地球系统的发生、发展及其演化规律，从而实现资源、环境和社会的宏观调控，作为其理论核心的地球信息机理研究包括：1）地球信息的结构、性质、分类和表达；2）地球圈层间信息传输机制、物理过程及其增益和衰减以及信息流的形成机理；3）地球信息的空间认识及其不确定性与可预见性；4）地球信息模拟物质流、能量流和人流相互作用关系的时空转换特征；5）地球信息的获取和处理的应用基础理论等。
作为地球信息科学的研究手段，地球信息技术包括：1）地球数据获取技术用以从外部世界获得记录地球性质和状态的地球数据。
遥感、全球定位系统等地球数据获取技术的发展已经形成了覆盖全球的监测运行系统，建立起多层次、立体的对地观测系统（EOS,Earth Observation System），是快速获取和更新地球数据的主要技术手段。
2）地球信息模拟技术用于将地球数据转化为地球信息，包括地球空间信息的加工、再生以及获得有关某一地球空间问题解决的目的、计划和策略信息。
3）地球信息传播技术用以实施空间数据的传递和信息的传播。
2．数字地球的产生背景以及其概念数字地球（The Digital Earth,DE）的概念最早出现于1997年下半年，1998年戈尔在一次演讲中将数字地球正式提了出来。
数字地球的提出是建立在人类科学技术发展成果的基础上，有其深刻的社会、经济背景。
数字地球的科学背景，包括地理信息科学，地球信息科学等一系列学科，这些学科的发展，为数字地球的产生打下了理论基础；对地观测系统以及计算机网络的发展为数字地球提供了技术支持；全球变化和可持续发展的研究对数字地球的出现起到了推动作用。
（图19-2）图19-2：数字地球和其它理论以及技术的关系数字地球的基本概念，可以归纳为以下三个方面：1）数字地球是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、智能化和可视化的地球技术系统；2）实施数字地球计划，需要有政府、企业和学术界的共同协力参加。
实施数字地球计划是社会的行为，需要全社会的关心和支持；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的发展和推动社会经济的进步。
与地球信息科学、地理信息科学、Geomatics等一系列学科概念以及遥感、GPS、因特网等技术名词相比，数字地球更象是一项技术政策，在一定程度上涵盖了上述的领域，“更加通俗易懂，是一个面向社会的号召，实质地说，数字地球就是要求地球上的信息全部实现数字化”[陈述彭]。
数字地球的基础技术，由遥感、遥测、地理信息系统、因特网等组成，遥感、遥测等提供获取数据的手段，地理信息系统进行数据的管理、存储、分析和表现，通过因特网实现数据的传输发布，这样构成了数字地球技术系统的基本框架（图19-3）。
图3：数字地球技术的基本框架示意图数字地球: 展望21世纪我们这颗行星，1998 年1月31日发表于加利福尼亚科学中心（艾尔。
戈尔）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，但大多数图像还不能被人们使用。
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，一个三维的表述方式，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像；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，她能够请求关于陆地覆盖、植物和动物的物种分布、实时天气、道路、政治范围以及人口的信息。
她也能使她和其它学生收集的作为全球环境的一部分信息具体化。
这些信息能被天衣无缝的融入数字地图或者地形数据。
通过使用数据手套单击一个连接按钮，她能够获得她所看见的事物的更详细的信息。
例如，为全家去黄石国家公园渡假作准备，她计划徒步去看天然喷泉，她刚刚阅读到关于野牛和洛矶山羊的知识。
事实上，在她离开故乡的博物馆之前她能够进行虚拟旅行。
她可以不受限制穿越空间，同样也能穿越时间。
在进行虚拟地去巴黎参观卢浮宫的场景旅游之后，她通过对时间地反向移动，学习法国的历史、细读被数字地球表面覆盖的数字化地图、新闻短片、口述历史、报纸等主要的原始资料。
她向自己的电子邮件信箱发送一些有用的信息，以便今后学习。
时间序列，从这里延伸到遥远的过去，能以天、年、世纪、甚至是地质学的纪元，因为那些场合有利于她对恐龙的了解。
显然，没有一个政府、企业或学术界能单独从事这项工作。
像全球性网络，它需要成千上万的私人、公司、大学研究者以及政府组织的共同努力。
虽然，作为数字地球的一些数据是公共信息。
但数字地球也可以成为公司销售大量商用图像和有偿信息服务的数字化市场。
它也可以变为一个“没有墙壁的实验室”，科学家可以在这里通过研究寻求理解人类和环境之间复杂的、相互依存的关系。
创建数字地球需要的技术虽然这些情节似乎有些像科幻学小说，但大多数建造数字化地球需要的技术和能力已在这里或正在开发。
当然，数字地球的能力将追随时间不断地进化。
我们将有能力在2005年对2020年的数字化地球进行一次原始的比较。
下面一些技术是需要的：计算科学直到计算机的出现，实验和理论两种创造知识的方法长期以来被限制，实验科学家对所要进行研究的现象的观察太艰难，这些现象不是太小就是太大；不是太快就是太慢。
它们存在要么不到10亿分之一秒要么超过10亿年。
另一方面，纯粹的理论不能预报像雷雨或飞机上的空气流动那样复杂的自然现象。