走進數(shù)字地球

　　一、什么是數(shù)字地球
　　通俗地講，數(shù)字地球就是用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境的時空變化裝入電腦中，實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的流通，并使之最大限度地為人類的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂服務(wù)。嚴(yán)格地講，數(shù)字地球是以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶運用海量地球信息對地球進行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述，并利用它作為工具來支持和改善人類活動和生活質(zhì)量。
　　二、數(shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)
　　要在電子計算機上實現(xiàn)數(shù)字地球不是一個很簡單的事，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：信息高速公路和計算機寬帶高速網(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)計算以及可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)。
　?。?）信息高速公路和計算機寬帶高速網(wǎng)。一個數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不能通過單一的數(shù)據(jù)庫來存貯，而需要由成千上萬的不同組織來維護。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)來連接。
　?。?）高分辨率衛(wèi)星影像。本世紀(jì)的遙感衛(wèi)星影像，在衛(wèi)星遙感問世的20多年分辨率已經(jīng)有了飛速的提高，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，到下一世紀(jì)獲取1米或優(yōu)于1米的空間分辨率影像將會十分方便。高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在下一世紀(jì)將可以有優(yōu)于1米的空間分辨率，每隔3~5天為人類提供反映地表動態(tài)變化的詳實數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)“秀才不出門，能觀天下事”的理想。
　?。?）空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施?？臻g信息是指與空間和地理分布有關(guān)的信息，經(jīng)統(tǒng)計，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)。因此，空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字地球的基礎(chǔ)?？臻g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。
　?。?）大容量數(shù)據(jù)存貯及元數(shù)據(jù)。數(shù)字地球?qū)⑿枰尜A1 015字節(jié)的信息。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)庫的建設(shè)非常必要，它是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通過它可以了解有關(guān)數(shù)據(jù)的名稱、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶尋找所需數(shù)據(jù)的時間。
　?。?）科學(xué)計算。地球是一個復(fù)雜的巨大系統(tǒng)，地球上發(fā)生的許多事件，其變化和過程十分復(fù)雜且呈非線性特征，時間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計算機，才有能力來模擬一些不能觀測到的現(xiàn)象。利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，能夠更好地認(rèn)識和分析所觀測到的海量數(shù)據(jù)，從中找出規(guī)律和知識。
　?。?）可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)。可視化是實現(xiàn)數(shù)字地球與人交互的窗口和工具，沒有可視化技術(shù)，計算機中的一堆數(shù)字無任何意義。數(shù)字地球一個顯著的技術(shù)特點是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。建立了數(shù)字地球以后，用戶戴上顯示頭盔，可以看見地球從太空中出現(xiàn)，使用“用戶界面”的開窗放大數(shù)字圖像；隨著分辨率的不斷提高，看見了大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是私人住房、商店、樹木和其它天然與人造景觀；當(dāng)對商品感興趣時，可以進入商店內(nèi)，欣賞商場內(nèi)的衣服，并根據(jù)自己的體型，構(gòu)造虛擬自己試穿衣服。
　　三、數(shù)字地球的應(yīng)用
　?。?）對全球變化與社會可持續(xù)發(fā)展的作用。全球變化與社會可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今世界人們關(guān)注的重要問題，數(shù)字化表示的地球為研究這一問題提供了非常有利的條件。在計算機中利用數(shù)字地球可以對全球變化的過程、規(guī)律、影響以及對策進行各種模擬和仿真，從而提高人類應(yīng)付全球變化的能力。數(shù)字地球可以廣泛地應(yīng)用于對全球氣候變化、海平面變化、荒漠變化、生態(tài)與環(huán)境變化、土地利用變化的監(jiān)測。與此同時，利用數(shù)字地球，還可以對社會可持續(xù)發(fā)展的許多問題進行綜合分析與預(yù)測，如自然資源與經(jīng)濟發(fā)展，人口增長與社會發(fā)展，災(zāi)害預(yù)測與防御等。
　?。?）對社會經(jīng)濟和生活的影響。數(shù)字地球?qū)⑷菁{大量行業(yè)部門、企業(yè)和私人添加的信息，進行大量數(shù)據(jù)在空間和時間分布上的研究與分析。如國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，全國鐵路、交通運輸?shù)囊?guī)劃，城市發(fā)展的規(guī)劃，海岸帶開發(fā)，西部開發(fā)等。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，包括其風(fēng)景照片和錄像放入這個公用的數(shù)字地球上；世界著名的博物館和圖書館可以將其收藏并以圖像、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品制作成多媒體或虛擬產(chǎn)品放入數(shù)字地球中，讓用戶任意挑選。另外，數(shù)字地球在相關(guān)技術(shù)研究和基礎(chǔ)設(shè)施方面也將起推動作用。因此，數(shù)字地球進程的推進必將對社會經(jīng)濟發(fā)展與人民生活產(chǎn)生巨大影響。
　?。?）數(shù)字地球與精細(xì)農(nóng)業(yè)。下一世紀(jì)農(nóng)業(yè)要走節(jié)約化道路，實現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)無污染農(nóng)業(yè)。這就要依托數(shù)字地球，每隔3~5天給農(nóng)民送去他們莊稼地的高分辨率衛(wèi)星影像，使農(nóng)民在計算機網(wǎng)絡(luò)終端上可以從影像圖中獲得農(nóng)田里莊稼的長勢征兆，通過GIS作分析，制定出行動計劃，然后在車載GPS和電子地圖指引下，實施農(nóng)田作業(yè)，及時預(yù)防病蟲害，把殺蟲劑、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，實現(xiàn)真正的綠色農(nóng)業(yè)。這樣一來，農(nóng)民也成了電腦的重要用戶，數(shù)字地球就這樣飛入農(nóng)民家。
　?。?）數(shù)字地球與智能化交通。智能運輸系統(tǒng)是基于數(shù)字地球建立國家和省市、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)，并將先進的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)等有效地集成運用于整個地面運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的管理系統(tǒng)，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，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\輸系統(tǒng)的各個用戶，出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門可自動進行合理的交通疏導(dǎo)、控制和事故處理；運輸部門可隨時掌握車輛的運行情況，進行合理調(diào)度，從而使路網(wǎng)上的交通運行處于最佳狀態(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，提高整個公路運輸系統(tǒng)的機動性、安全性和生產(chǎn)效率。
　?。?）數(shù)字地球為專家服務(wù)。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。地殼運動、地質(zhì)現(xiàn)象、地震預(yù)報、氣象預(yù)報、土地動態(tài)監(jiān)測、資源調(diào)查、災(zāi)害預(yù)測和防治、環(huán)境保護等無不需要利用數(shù)字地球。而且數(shù)據(jù)的不斷積累，最終將有可能使人類能夠更好地認(rèn)識和了解自己生存和生活的星球，運用海量信息對地球進行多分辨率、多時空和多種類的三維描述將不再是幻想。
　　總之，數(shù)字地球的提出是全球信息化的必然產(chǎn)物，是一項長期的戰(zhàn)略目標(biāo)，需要經(jīng)過全人類的共同努力才能實現(xiàn)。同時，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)造出巨大的社會財富，為人類社會的發(fā)展作出巨大貢獻。