数字地球平台Earth Exhibiter-国防科技大学
地质学中的数字地球模型应用与发展
地质学中的数字地球模型应用与发展地质学是研究地球的物质组成、内部结构、历史变化和地球表面现象的学科。
随着科技的不断进步，数字地球模型的应用在地质学中变得越来越重要。
数字地球模型是基于地球空间数据的计算机模拟工具，能够模拟和呈现地球的各种地质特征以及与之相关的物理、化学过程。
本文将介绍数字地球模型在地质学中的应用和发展。
一、数字地球模型的应用1. 地质资源勘探与开发：数字地球模型提供了从地下获取地质资源的方法。
通过将测量数据和地质知识与数字地球模型结合，可以实现矿产资源的合理开发与利用，并提高勘探效率。
2. 地震灾害预测与防治：数字地球模型能够模拟地震的传播过程，预测地震的震级、震中和震源深度，为地震灾害的预防与防治提供科学依据。
3. 地质灾害评估与风险管理：数字地球模型可以模拟山体滑坡、地质崩塌、地面塌陷等地质灾害的发生机制。
通过对数字地球模型的分析，可以评估地质灾害的危险性和风险程度，提前采取相应的防治措施。
4. 地球动力学研究：数字地球模型可用于研究地壳运动、火山爆发、板块运动等地球动力学过程。
通过模拟地球的变形和运动，可以揭示地球内部的结构和演化规律。
5. 地质环境评价：数字地球模型可以模拟地下水流动、污染物扩散、地表沉积等地质环境过程。
通过对数字地球模型的分析，可以评估地质环境的质量和可持续性，为环境保护和资源管理提供科学依据。
二、数字地球模型的发展1. 数据采集与处理技术的进步：随着卫星遥感、地下探测和地球物理勘探等技术的发展，获取地球空间数据的能力大大增强。
同时，数据处理技术的改进使得庞大的地球空间数据能够被有效地处理和管理，为数字地球模型的建立提供了基础。
2. 数字地球模型的精度与分辨率提高：传感器技术的改进和数据处理算法的优化，使得数字地球模型的精度和分辨率不断提高。
现代的数字地球模型可以提供更为准确的地质信息，实现对地质现象的更精细的模拟与分析。
3. 数字地球模型与人工智能的结合：人工智能技术的发展为数字地球模型带来了新的机遇。
数字地球技术研究与应用
数字地球技术研究与应用现代科技的发展让人们的生活变得更加便捷和丰富。
数字地球技术是近年来出现的一种新型科技，它通过对地球的大规模数字化、模拟和虚拟化，为我们提供了更加可靠、高效、精准的地球信息应用和服务。
数字地球技术的研究与应用有着广泛的领域，从环保、城市规划、国土资源管理，到灾害预警、农业生产、能源管理等，均可以通过数字地球技术的手段得到有效的解决方案和应用实践。
在数字地球技术中，地球信息系统（GIS）是一个很重要的工具。
它包括了各种软件和硬件设备，用于采集、处理、分析和展示地球信息。
其中，地理信息系统（GIS）是在计算机软硬件技术支持下对地球信息进行综合管理、分析和处理的一种软件系统。
GIS 可以以空间地图的形式呈现出地球上各种自然地理和人文地理信息。
并且可以把这些信息结合起来，快速搜寻和跟踪，实现对地理信息的多方面分析与处理，不但准确度高，而且可以大大缩短处理时间。
数字地球技术的另一个重要组成部分是遥感技术。
它是通过对地球表面及其环境视频、图像等图形进行勘测、观测，采用特定的技术手段获取数据信息，对地球进行预测、监测、管理和应用的系列技术和方法。
遥感技术的使用范围比较广泛，可以应用在许多领域，如生态环境保护、农业生产、能源管理、城市规划、灾害预警等，都可以得到较好的应用，这些领域都需要监测地球的某些基本参数来进行计划和预测。
数字地球技术在环保领域的应用也很受欢迎。
数字地球技术在研究环境保护方面的应用主要包括两个方面。
一是靠通过传感器采集环境参数，如空气质量、水质等信息，构建环境污染网格及污染地图，并进行综合分析和评价；另一个方面是应用GIS技术，对环保行业中涉及的数据信息进行处理、管理和分析。
这将有助于环境保护管理部门从长期和宏观的角度出发，加强对环境的监测和管理，推动环境质量的改善。
数字地球技术在城市规划领域也有着重要的应用。
城市规划的核心问题是如何平衡城市发展的社会、经济、环境等多方面的因素。
项目基本情况项目名称项目名称数字地球科学平台公布名数字
一、项目基本情况二、项目简介本项目属于地球科学领域。
项目面向国际数字地球科学前沿以及国家对空间信息的重大需求,通过承担国家863、中科院等科研项目，创建了国际第一个数字地球科学平台。
该平台将数据密集型高性能计算与地球空间信息高精度反演进行集成创新，突破了多源长时序遥感数据不确定性分析及归一化处理、分布式异构空间数据高效汇聚、地学模型自动匹配调度、PB级空间信息管理与服务等关键技术，实现了以遥感数据为核心的地球科学数据一体化综合分析与多领域应用，引领了数字地球科学及其在全球变化空间观测、重大地震灾害遥感应急监测等方面的发展，在国内外产生了重大影响。
主要科技创新内容如下：1.数据密集型高性能地学计算关键技术突破了网络环境下PB级数据的存储与按需服务、分布式异构空间数据高效汇聚、网格节点自动构建、地学模型自动匹配调度等关键技术，建立了数据“存储-计算-服务”一体化集成平台,为各要素数据的快速汇集、模拟、分析和服务提供计算环境。
2.空间数据综合分析与可视化模拟关键技术突破了卫星遥感成像组网规划与快速处理、长时序遥感数据不确定性分析及归一化、多源信息融合与数据同化、空间数据共享与信息发布等关键技术，实现了信息反演-多维呈现-网络发布的技术集成，为数字地球科学平台的多领域应用提供了模型方法和运行环境。
3.全球环境变化的空间观测方法体系与应用系统依托数字地球科学平台，实现了多尺度、全谱段、长时序、异构大数据的互联互通和高效计算，建立了地表要素高精度遥感反演与环境信息模拟模型，揭示了典型全球变化敏感因子的时空特性，支撑了以青藏高原、环渤海地区为重点的全球变化研究。
4.重大地震灾害遥感监测与灾情评估应用系统依托数字地球科学平台，突破了灾情遥感动态监测、精确模拟、快速评估与预测预警等系列关键技术，实现了海量灾情遥感数据产品的准实时共享和灾情信息的快速通报，在汶川、玉树、芦山等重大地震灾害中为国家抗震救灾决策提供了重要的科学依据。
_数字地球_科学工程
作“数字地球”科学工程报告的基础上修改完成。1期崔伟宏等:“数字地球”科学工程
立国家空间数据基础设施(NSDI)、发展超级计算机、大容量时空数据存储、管理、模拟仿
真和虚拟现实、显示等。“数字地球”科学工程是在“数字地球”的基础研究和技术支撑体
1“数字地球”科学体系
“数字地球”—是集地球科学、信息科学、计算机科学、空间探测和数字通讯等诸多学科理论、技术于一体，以工程建设和产业化发展为导向的、旨在促进21世纪人类社会可
持续发展的一项宏伟的科学体系。它不单是几门学科的综合或几种技术的集成，而是由理
论、技术和工程构成的三位一体的、庞大的系统工程，我们称之为“数字地球”科学体系。
戈尔在“数字地球”讲话中指出，“数字地球”是一种能嵌入巨量的地理信息、对我们星球
所做的多分辨率、三维的描述。它由用户界面—呈现某种可浏览的、适于各种分辨率的三维地球图像界面和一种快速增长川，拥有连网的地理空间信息系统，与整合和显示来自不
同渠道的信息机制这两部分组成。因此，“数字地球”的目的是要建立可运行的、网络化的
“数字地球”科学工程发展到成熟阶段，是在“数字地球”基础研究取得重要进展和新
一代网络技术走入千家万户之后。成熟的标志应该是普及，由于基础研究对“数字地球”的
物理机制，信息机制和网络机制有了实质性的突破，人类对于“数字地球”的规律有了新
的认识，人类才能对“数字地球”应用自如，使“数字地球”具备了实用化的可能，这就
机机理突破破破进入千家万户户
““数字地球”科学工程’’
图1“数字地球”科学工程的发展
数字地球三维空间信息服务关键技术研究
数字地球三维空间信息服务关键技术研究数字地球是指基于地理信息系统等技术，通过数字化的手段对地球上的各类信息进行整合、分析和展示的空间信息平台。
随着科技的进步和社会的发展，数字地球已经渗透到了我们的日常生活中，并成为推动经济发展和社会进步的重要力量。
在数字地球的建设过程中，三维空间信息服务是其中的关键技术之一，它为我们提供了一个更为真实、直观、全面的地球空间信息服务。
首先，三维地球模型是数字地球的核心组成部分。
它是通过将地球表面的地理数据进行三维建模，使得我们可以在计算机上观察和分析地球表面的地理现象。
三维地球模型能够提供具有高度真实感的地理空间信息，在城市规划、资源管理、应急救援等方面起到重要作用。
在构建三维地球模型时，关键技术包括数据获取、数据处理、数据可视化等。
数据获取是指通过遥感技术、测绘技术等手段获取地理数据，数据处理是指将获取的数据进行整合、处理和加工，数据可视化是指将处理后的地理数据以直观的方式展示给用户。
其次，三维场景建模技术是实现三维地球模型的核心技术之一。
通过三维场景建模技术，我们可以将地球上的景物、建筑、植被等要素进行三维建模，形成一个真实的地球场景。
在三维场景建模过程中，需要解决的技术问题包括三维数据编辑、三维数据处理和三维数据可视化。
三维数据编辑是指对三维数据进行编辑和修正，三维数据处理是指对三维数据进行优化和精简，三维数据可视化是指将处理后的三维数据以真实、自然的方式展现给用户。
通过三维场景建模技术，我们可以实现对地球上的任意区域进行高精度的三维重建，为数字地球的应用提供了强有力的支持。
另外，三维空间分析和挖掘技术也是数字地球三维空间信息服务的关键技术之一。
通过三维空间分析和挖掘技术，我们可以对三维地球模型中的地理数据进行分析和挖掘，从中获取有价值的地理空间信息。
三维空间分析和挖掘技术主要包括地理空间数据挖掘、地理空间数据分析、地理空间关联分析等。
地理空间数据挖掘是指通过数据挖掘算法从三维地球模型中挖掘出具有潜在价值的地理信息，地理空间数据分析是指通过分析地理数据的空间分布特征，发现地理数据之间的关系。
(信息技术基础与应用)第九章数字地球与智慧地球
面临的挑战与机遇
数据安全与隐私保护
随着数字地球和智慧地球技术的不断发展，数据 安全和隐私保护问题将日益突出，需要采取更加 有效的措施来保障用户的数据安全和隐私权益。
跨学科人才培养
数字地球和智慧地球技术的发展需要跨学科的人 才支持，包括地理学、计算机科学、数据科学等 多个领域，需要加强跨学科人才的培养和引进。
共同发展
数字地球与智慧地球共同发展，二者在技术创新、应用拓 展等方面相互促进，共同推动地球信息化进程。
04
数字地球与智慧地球的关键技术
遥感技术
遥感技术定义
利用传感器对远距离目标进行非接触式探测，获取目标反射、辐射或散射的电磁 波信息，并进行处理、分析和应用的技术。
遥感技术应用
在数字地球与智慧地球中，遥感技术用于获取地球表面的空间信息，如地形地貌 、植被覆盖、城市扩张等，为环境监测、资源调查、灾害预警等提供数据支持。
智慧旅游
智慧旅游概述
01
智慧旅游是利用信息技术手段，对旅游业进行智能化升级和服
务的综合系统。
智慧旅游的应用
02
智慧旅游在旅游信息服务、智能导游、旅游电子商务等方面具
有广泛应用，如智能语音导游、在线旅游预订平台等。
智慧旅游的意义
03
智慧旅游可以提升旅游体验和服务质量，促进旅游业发展，推
动经济转型升级。
律和趋势，为决策提供支持。
智慧地球的应用领域
智慧城市
智慧城市是智慧地球在城市管理领域的具体应用，通过物联网、云计 算、大数据等技术，实现城市基础设施的智能化管理和服务。
智慧交通
智慧交通利用信息技术对交通运行状况进行实时监控和管理，提高交 通运行效率和安全性。
智慧医疗
地理信息技术专业中的数字地球研究与应用
地理信息技术专业中的数字地球研究与应用数字地球是地理信息技术专业中的一项重要研究内容，它的应用范围广泛，对于解决人类面临的各类地理问题具有重要意义。
本文将围绕数字地球的研究与应用展开探讨。
一、数字地球的概念与特点数字地球是基于地理信息系统(GIS)和遥感技术的研究成果，将地球表面的各种现象以数字形式表达出来，形成一个虚拟的地球模型。
其主要特点包括地理空间信息的收集、存储、处理和分析，以及多种数据源的整合与共享。
数字地球的研究与应用可以帮助我们更好地理解和解决地理问题。
二、数字地球研究的重要性与应用领域数字地球的研究对于地理信息技术专业来说具有重要意义。
首先，数字地球可以提供准确的地理信息，对于地理学、环境科学和城市规划等领域的研究提供了重要数据支持。
其次，数字地球可以帮助我们更好地保护和管理地球资源，例如农业、林业、水资源和自然灾害等方面。
此外，数字地球还可以应用于城市交通、军事安全、公共卫生和旅游等领域，为决策和规划提供有效的支持和指导。
三、数字地球研究的方法与技术手段数字地球研究主要依赖于地理信息系统和遥感技术。
地理信息系统可以对地理信息进行收集、存储、处理和管理，通过空间分析等方法提取出有用的信息。
遥感技术则可以利用卫星、航空器和遥感设备等手段获取地球表面的遥感影像数据，并通过遥感图像处理和解译等技术进行分析和应用。
此外，数字地球研究还涉及到计算机科学、数学模型和数据挖掘等领域的交叉应用。
四、数字地球研究的挑战与发展趋势数字地球的研究与应用仍然面临一些挑战。
首先，数据的获取、整合和共享存在一定的困难，需要建立更加完善的数据采集和管理机制。
其次，数字地球的研究还需要进一步提高地理信息系统和遥感技术的处理能力，以应对大数据时代的需求。
此外，数字地球的应用还需要考虑隐私保护和数据安全等问题。
未来的数字地球研究将面临更多的发展机遇。
一方面，随着地理信息技术的不断进步，数字地球的数据质量和处理能力将得到进一步提高。
数字地球平台Earth Exhibiter-国防科技大学新
EarthExhibiter数字地球平台综述1 概述开发了一个数字地球平台－EarthExhibiter。
EarthExhibiter在Windows XP操作系统下，基于VirtualPlanetBuilder（VPB）和OpenSceneGraph-2.9.5（OSG），采用Visual C++ 2005开发。
VPB和OSG 可以从下载，它们都是开源的。
EarthExhibiter旨在提供一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。
2 平台功能作为基础平台框架，为了支撑与三维虚拟环境相关的二次开发，EarthExhibiter实现了以下主要功能：z实现了数字地球卫星影像、数字高程等基础地理数据的集成和可视化，构建了一个全球三维虚拟数字化环境。
z提供了方便友好的交互接口，用户能够方便地多角度、多方位观察，在全球范围虚拟环境中自由漫游，并实现了不同细节层次之间的平滑过渡。
z实现了三维模型的导入和表现，并能方便地对模型姿态、大小等进行调整，支持flt、3ds等格式。
z实现了星空、大气、雾效、日照等多种自然环境元素和现象的可视化，增强了数字地球的逼真效果。
z提供了场景图像、视频输出保存。
z提供了指北针、鹰眼视图等工具。
3 平台结构EarthExhibiter平台由五个模块组成，其基本结构如图1所示。
图1 EarthExhibiter平台的基本结构EarthExhibiter平台在用户进行应用程序二次开发过程中的作用和地位如图2所示。
图2 EarthExhibiter 平台对应用程序开发的支撑作用EarthExhibiter 主要包含下列类，它们的层次结构如图3所示。
其中，蓝色箭头表示调用关系，指向被调用类；绿色箭头表示继承关系，指向派生类。
绿色字体表示OSG 自带类，红色字体表示我们设计的核心类，黑色字体表示我们设计的常用类，蓝色字体表示独立的辅助类。
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EarthExhibiter数字地球平台综述
1 概述
开发了一个数字地球平台－EarthExhibiter。
EarthExhibiter在Windows XP操作系统下，基于VirtualPlanetBuilder（VPB）和OpenSceneGraph-2.9.5（OSG），采用Visual C++ 2005开发。
VPB和OSG 可以从下载，它们都是开源的。
EarthExhibiter旨在提供一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。
2 平台功能
作为基础平台框架，为了支撑与三维虚拟环境相关的二次开发，EarthExhibiter实现了以下主要功能：z实现了数字地球卫星影像、数字高程等基础地理数据的集成和可视化，构建了一个全球三维虚拟数字化环境。
z提供了方便友好的交互接口，用户能够方便地多角度、多方位观察，在全球范围虚拟环境中自由漫游，并实现了不同细节层次之间的平滑过渡。
z实现了三维模型的导入和表现，并能方便地对模型姿态、大小等进行调整，支持flt、3ds等格式。
z实现了星空、大气、雾效、日照等多种自然环境元素和现象的可视化，增强了数字地球的逼真效果。
z提供了场景图像、视频输出保存。
z提供了指北针、鹰眼视图等工具。
3 平台结构
EarthExhibiter平台由五个模块组成，其基本结构如图1所示。
图1 EarthExhibiter平台的基本结构
EarthExhibiter平台在用户进行应用程序二次开发过程中的作用和地位如图2所示。
图2 EarthExhibiter平台对应用程序开发的支撑作用
EarthExhibiter主要包含下列类，它们的层次结构如图3所示。
其中，蓝色箭头表示调用关系，指向被调用类；绿色箭头表示继承关系，指向派生类。
绿色字体表示OSG自带类，红色字体表示我们设计的核心类，黑色字体表示我们设计的常用类，蓝色字体表示独立的辅助类。
图3 EarthExhibiter的类层次结构
4 技术难点
为了支撑大规模、高精度虚拟环境仿真，EarthExhibiter解决了以下技术难点：
z海量数据实时调度技术。
以1m分辨率的IKONOS卫星影像为例，覆盖全球的IKONOS影像数据量达到了1500TB，而对于分辨率更高的QUICKBIRD卫星影像来说，数据量就更大了。
z大规模场景绘制技术。
EarthExhibiter面向的是全球虚拟环境的仿真，场景规模大，元素众多，通过场景图、LOD、视景裁剪等技术，对大规模场景进行有效管理和绘制。
z多分辨率地理数据无缝拼接技术。
对于不同分辨率的地理数据，特别是高程数据，通过对其无缝拼接，实现不同分辨率数据之间的无级平滑过渡。
z高精度坐标转换技术。
将地球近似为一个椭球体，与将地球近似为球体的传统方法相比，具有更
高的精度，更能满足某些仿真系统的需求。
5 作品创意 作品主要的创新点和创意包括：
z 从实用的角度出发，提供了一个数字地球平台框架，在此框架下，可以根据实际应用需求进行各种与三维虚拟环境相关的二次开发。
z 将地球近似为椭球体，与将地球近似为球体的传统方法相比，提高了仿真的精度，使数字地球更
接近于真实的地球。
z 在全球框架下对卫星影像、数字高程等基础地理数据进行集成和可视化，对全球地理环境进行多
尺度、多粒度、三维直观表现。
通过友好的交互接口，用户能够很方便地实现在虚拟环境中无缝
漫游。
z 为了支撑面向实际应用的二次开发，实现了多种格式三维模型的导入、多种自然环境元素和现象的仿真，同时提供了场景图像、视频输出保存、指北针、鹰眼视图等功能和工具。
6 实例验证 为了证明EarthExhibiter 的实用性和易用性，我们基于EarthExhibiter 开发了一个“战场环境可视化系统”。
该系统实现了多种战场环境元素的可视化，构建一个虚拟战场环境，直观表现各作战实体以及它们之间的相互对抗关系。
该系统的运行界面如图4
所示：
a 系统启动界面
b 系统主界面
图4 系统运行界面
该系统对地理环境的表现效果如图5
所示：
a 数字高程
b 高分辨率卫星影像
c 城市建筑
图5 地理环境表现
系统对作战实体的表现效果如图6所示：
a 战斗机
b 雷达
c 卫星
d 导弹 图6 战场实体表现。