浅谈数字地球

《数字地球导论》

大作业

题目：浅谈数字地球

学院：电子工程学院

浅谈数字地球

内容摘要：

随着科学技术的进步，人类研究地球的手段也越来越先进，研究的对象越来越多。数字地球技术也得到了前所未有的发展。遥感和GPS的发展为数字地球的发展提供了更先进的技术平台，近几年我国的数字地球也在快速的发展和成熟。本文我将谈谈数字地球的概念及应用，3S技术与数字地球，“数字中国”，数字地球带来的发展及数字地球的发展前景。

关键词：

数字地球 3S技术应用数字中国发展

引言:

1数字地球的提出和组成

数字地球是美国副总统戈尔1998年初提出的，是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。数字地球看成是“对地球的三维多分辨率表示，它能够放入大量的地理数据。”戈尔德数字地球学是关于整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。“数字地球”不是一个孤立的项目，而是一项整体性的、导向性的国家战略目标，它包括信息的获取、信息的处理和信息的应用。数字地球是地球科学与信息科学技术的综合，是一门综合性的科学技术。数字地球的特点是大规模、高投入、跨学科、全球性，数字地球技术是近几年发展特别快的几个科学技术之一。数字地球需要有很多技术作为支持的平台，因此比如遥感测绘

等技术的发展从很大程度上将决定数字地球的发展。

2数字地球的性质和意义

“数字地球”就是数字化的地球，信息化的地球，或地球信息化：这与国家信息化的思想基本上一致；信息化的问题就是数字化、网络化、智能化。杨凯认为，戈尔通过“数字地球”概括、展望了21世纪发展的特点、方向；建“数字地球”是要达到把地球空间信息资源的共享这一最主要的目标；“数字地球”是一个全球共同使用空间信息的一个环节和平台；它的社会效益、经济效益，包括把它当作一个新经济增长点，都是很实在的。陈军认为，有必要开展中国的“数字地球”计划，因为，它是一个整体性事业，以此来统筹我国的地球信息、地理信息的工作，推动地球科学数据共享是很有必要的；它是维护我们国家主权和权益的需要；它是我国经济发展的需要。（承继成语）

正文：

一、数字地球与3S技术

（1）3S技术简介

3S技术是指集遥感（RS）、卫星全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）技术与一体的高新测绘技术。RS、GPS、GIS都是以现代技术为支撑发展起来的地理学得前沿技术。

（2）数字地球与遥感技术

遥感（RS）是对研究对象不直接接触，从一定距离以外获取其信息的一种现代科学技术。遥感是20世纪60年代新兴的科学领域之

一。它是人类迈向太空，对地观测，获取地表空间信息的一种先进科学技术和生产力。具有宏观、准确、综合地进行动态观测与监测的能力。

中国的遥感科学技术事业，起步于20世纪70年代，经历了起步、成长到创新发展的几个历史阶段。我国在星载对地观测体系、机载对地观测技术、遥感地面卫星接收站网与图像数据处理系统能力建设方面取得的重要成就，以及在遥感基础理论研究、遥感在全球变化与海洋调查、国土资源普查、环境保护与灾害监测、城市规划与工程建设、遥感考古与古环境再现等应用领域取得的丰硕硕果。与此同时我国在“数字地球”战略本土化建设包括国家空间数据基础设施、“数字省区”、“数字城市”、“数字流域”及数字地球原型系统等方面也取得了很大的进展。下面就阐述一下遥感技术在数字地球的发展过程中的作用以及遥感技术的发展对数字地球带来的发展。

遥感技术和应用的不断创新与发展，将极大地丰富地球信息科学的构建；地球信息科学的发展也必将为“数字地球”战略的发展提供理论、方法与技术支持；反过来，“数字地球”战略为地球信息科学的法展提供了机遇，并会促进地球信息科学的全面发展。二者的结合，必将推动地球科学的发展，及信息社会的经济发展与社会进步，为我国全面建设小康社会，作出应有的新的贡献。

信息时代遥感应用与“数字地球”的发展，必将进一步推进发展中国家在经济、技术、文化等领域的南南合作，缩小发展中国家与发达国家之间的“数字鸿沟”，推动信息社会和全球经济的整体发展。

中-巴地球资源卫星的研制就是南南合作的杰作。我国2008奥运会场馆的建设，科技奥运、数字奥运、绿色奥运是中国举办奥运会的理念。遥感与“数字地球”也已为奥运会场馆等基础设施的建设，为各国运动员提供优质的服务。载人飞船顺利升空，海洋卫星和“数字海洋”的建设与时俱进，探月计划提到日程上来，遥感应用与“数字地球”方面的国际合作，视星空将会更加辽阔，机遇将会更加令人鼓舞。（3）数字地球与GIS、GPS

地理信息系统（GIS）是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。其基本构成一般包括以下主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据、应用人员和应用模型。

GIS技术在数字地球中的作用主要分为两个方面：第一是它是数字地球的基础。地理信息系统可从数字地球中提取出数据进行地理信息的空间分析，然后放入数字地球中。但数字地球毕竟是从更高的层次、系统和一体化的角度来组织和应用现有的和正在发展的相关理论、技术、数据等，从而更广泛、更深入、更有效地为社会提供服务。第二就是地理信息系统中的新技术：网络GIS(WebGIS)、组件式GIS （ComGIS）等前沿地理信息系统的技术给数字地球的发展提供了更大的支持。

全球定位系统（GPS），GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。GPS的特点与传统测量技术相比GPS定位技术具有即时测、全天候、速度快、定位准、精度高的特点。

GPS在数字地球中的应用与遥感有相似的地方，GPS主要是给数字地球提供技术支持和原始数据。它作为数字地球的基础技术在很大程度上决定着数字地球的发展。

二、数字地球的应用

（1）对全球变化与社会经济生活的影响

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。

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。

（2）对精细农业和智能化交通的作用

下一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。

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。

三、发展“数字中国”

（1）重要科技支撑点-数字中国

当今世界，人类的发展已进入了一个崭新的时代，代表人类智慧

的科学与技术高度发达，以知识为基础的经济已步入老人高速发展的轨道。信息化已成为工业、农业、国防和科技现代化的基础，是经济社会发展的大趋势，信息化的程度也是衡量一个国家或地区现代化水平的重要标志和国家与区域核心竞争力的重要构成。与此同时，人类又面临着全球变化、自然灾害以及资源的短缺、环境的恶化、人口的膨胀等问题的严峻挑战。应对这种人类自身和自然的两种挑战是当前人类社会发展的重大历史使命，迫切需要通过“数字地球”更好的认识地球，了解地球，制定对应措施。

数字地球是指可以整合海量地理数据的、多分辨率的、真是地球的三维表示，并可以再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。数字地球是一个全球性的概念，它要由很多国家联合起来进行协作与共同建设才能完成，而对于任何一个具体国家来说，主要是进行“国家信息基础设施”建设和“国家空间数据基础设施”建设。数字地球的主要目标是：利用简单、方便的多分辨率的三维表达界面，允许公众基于地理定位访问整个地球的有关资料、环境、经济、社会等方面的信息，并建立能促进经济与社会可持续发展和构建和谐社会的技术系统。因此，数字中国将成为中国信息化和落实科学发展观的重要科技支撑点。过去的几十年，中国信息化进程快速发展，尽管中国的信息基础设施、信息化技术和产业相对比较薄弱，但是取得了举世瞩目的成就。国家信息化是实施“数字中国”宏伟目标的前提和基础，因而它具有战略性、长远性、整体性的特点，涉及国民经济和社会发展的各个领域。

我们知道，数字地球的核心，是将三维真实地球上的地图、地球每一点所有的各种自然的和社会人文等方面的信息，按照统一的地球空间坐标组织起来，构成一个具有多分辨率、多类型、多时相的三维地球数据集，形成数字化地球信息模型。这样我们可以借助数字地球快速、完整、形象地获取和了解地球上各种宏观和微观的信息，便于最大限度地实现信息资源的共享和合理使用。而数字中国则是指根据统一的信息规范标准，将中国各种自然、社会、经济、人文、资源、环境等要素数字化，在统一的地理空间基础框架上，将多类型、多时相、多分辨率的图形、图像、文本、视频、音频信息有机地组织起来，实现海量存储、高效管理与持续更新，提供方便和直观的检索和显示，使全社会都能够在国家信息高速公路上根据各种的权限或需要，充分地利用和共享信息资源。按照这种理解，数字省区、数字城市、数字社区、数字行业等都是数字中国在不同地理范畴、不同专业领域的具体细化。由此可见，构建数字地球、数字中国乃至数字省市不是一件简单的事情，它决不是一个大型工程项目，它应是一项国家或者省市、行业的战略计划，是一项庞大而复杂的工作，需要在国家统一筹划下，由众多单位、部门的协同工作和诸多学科技术的支持，才能完成这一造福人类的宏伟任务。

（2）发展“数字中国”的作用

1，数字中国作为一种宏观的战略思想，是应对国家面临的人口、资源、环境的挑战，满足国家和地区经济社会发展以及国家安全对空间信息需求的重要途径。 2，数字中国作为一项国家空间信息基础

工程，它构成了全国或区域空间坐标体系框架下，实现对来自不同平台对地观测以及地面的多源，多类，异构数据的集成与整合，为我国丰富的地理空间数据资源的共享和有效开发利用奠定基础。 3，数字中国作为国家空间信息服务平台，它面向应用，为各类用户获取地理空间信息或服务（特别是基于位置的服务）提供展示地球空间信息无限魅力的网络应用环境，面向管理者可以使政府的公共管理和服务空间化、精细化、动态化、可视化，将管理和决策立足于具有综合集成能力的现实的观测信息，提高管理的科学性，时效性和准确性，是落实科学发展观的重要举措。 4，数字中国作为一个从全球稻局地，从宏观到微观的完整的空间信息平台，在整合电子政务，电子商务等的基础上将大大改变政府的管理模式和人们的工作，生产和生活方式。5，数字中国作为空间信息产业化和产业化链的推进器，将基于空间位置的服务的对象拓宽至广大人民群众，带动传统产业改造，将有利地提升我国空间信息技术和应用的产业化水平。数字中国作为面向服务的空间信息网格技术体系，在海量空间信息技术的获取，存储，传输和应用服务等方面将对信息技术提出越来越多的科学技术问题，推动相关计算机网络通信技术的发展和相关产业升级。实现这一领域的跨越发展目前在我国既有需要，也具备条件。

（2）发展“数字中国”的建议

“数字中国”应当在国家层次上统一领导，统筹规划，在统一的框架和规划下有步骤的展开各项工作。借鉴发达国家的经验，必须有一个国家层次上的权威机构统一领导，统筹规划，并组织项目。实施

中国发展“数字地球”，首先要大力发展国家基础设施（NII）和国家空间信息基础设施（NSDI）。中国科学院地学部的院士、专家建议：加快NSDI的建设，包括建立国家地理空间数据库，通过政府行为，以抓应用出发展的方式普及GIS；尽快推出1:5万比例尺数字地图和专用数字地图；统一地学信息的规范标准等。发展“数字地球”的过程将极大地促进信息科学技术、空间科学技术、环境科学技术和地球科学的发展。数字地球所提供的巨大市场在经济发展中具有重要意义。数字地球是21世纪和知识战略的制高点，是计算机与网络、地球信息、要干、遥测、卫星定位及仿真虚拟技术的结合与深化，这一战略将支持国家整体的可持续发展。

四、数字地球的发展方向

在数字地球的浪潮中，大量机构和学者从不同角度提出各种概念和项目设想。2000年DE-C会议报告中认为有关的项目有：数字草地、全球信息导航服务、数字Atlanta、亚利桑大数字图书馆中的先进数据库、电子文化地图集、可视化硬件、可视化软件、Terra Explorer、地学数字图书馆、地学信息系统、全球可视化系统、DE 记者应用系统、国家地图集等。NASA网站认为联邦政府启动了诸如面向小学、中学、县议会、家庭、灾害救援、公众听证、博物馆、学者、记者、商务等方面的项目。FGDC认为的直接研究行动有：与国际相关组织（ISCGM、GSDI）合作，创立全球数据集；推动对数字地球的认识（如中国会议）；美国国内行动有WMT、实验环境、3D可视化工具、数据标准、数据内容、与面向教育的DL链接、DERM等。

中国对数字地球响应式比较积极地，从1998年开始，陆续有科技部、北京大学、中国科学院、高技术计划308主题等机构牵头组织研讨会、部门交流会及报告会等。1998年北京大学成立“数字地球工作室”，1999年2月中国科学院地学部成立“数字地球软课题组”，1999年4月由科技部和科学院组织“数字地球战略软课题组”，阶段性成果尚未公开。1999年11月，首届数字地球国际会议在北京召开，发表了“数字地球北京宣言”，将数字地球推上一个高潮。

五、小结

“数字地球”虽然是一个新概念，它涉及到的大部分理论、技术、数据和应用都与现有的直接相关。它不仅部分地需要全新的理论、技术和应用，更为重要的是，“数字地球”与现有的相关工作的根本区别在于，它是从更高的层次、系统论和一体化的角度来组合和应用已有和正在发展的理论、技术、数据和能力，从而更广泛地、更深入地、更有效地、更经济地为社会提供服务。相信随着地学前沿技术的发展数字地球也将会得到快速发展。作为一名大学生，需要我们认真学习共同努力。

参考文献：

【1】冯学智都金康等著数字地球导论商务印书馆 2004 【2】承继成郭华东等著数字地球导论（第二版）科学出版社2000

【3】戈尔数字地球——人类认识地球的第三次飞跃北京大学出版社 1999

【4】崔伟宏数字地球中国环境科学出版社 2005

【5】科技部国家遥感中心地理信息系统与管理决策北京大学出版社 2003

【6】数字中国：从科学到行动北京大学数字中国研究所 2007 【7】李永平数字地球研究及应用科学导报 2000