数字地球(补充内容)

信息的名称、位置、作者或来源、数据、
数据形式、分辨率等有助于建立其他的
地理坐标信息系统。联邦地理数据委员
会正在与产业界、州和地方政府一起开 发非官方的元数据标准。
数字地球的应用

虚拟外交

为了支持波斯尼亚的和平谈判；五角大楼开发
出一种虚拟现实场景，它能使谈判代表作一次
虚拟的边界旅游。在谈判中，当塞尔维亚总统
区增长计划对生态多样性产生影响。
数字地球的应用

预报气候变化

模拟气候变化最显著的未知因素之一是全球森
林的递减率。新罕布什尔大学的研究者与巴西
的同事一起工作，通过卫星图像分析，能够监 控亚马孙河流域的地形变化、这样他们就能确 定该流域森林递减率。这项技术现在正在被世 界上其它森林地区采用。
数字地球的应用
数字地球的应用

保护生态多样性

在Camp Pendleton的规划机构称：加利福尼亚地区 预测人口将由1990年的110万增加至2010 年的160 万。这个地区被联邦或州政府立为被危害、威胁、
或珍稀的而受保护的植物和动物超过200种。通过
收集关于地形、土壤类型、年度的降雨量、植物、
陆地使用以及所有权的信息，科学家模拟不同的地
互操作

数据共享的方法
互操作性

因特网和WWW之所以能够取得
成功，关键在于达成统一的协议。
如Internet协议。数字地球也同
样需要互操作性。这样，应用软
件产生的地理信息就能被另一些 人阅读。GIS产业界正在通过 GIS协会寻找解决这些问题的途 径。
元数据
元数据（
Metadata ）
元数据是指“关于数据的数据”，了解
北京遥感影像
南京遥感影像
纽 约 世 贸 中 心
纽 约 世 贸 中 心 废 墟
宽带网络技术
宽带网络
数字地球所需的数据将由成千上万不同的
组织维护，并非是单一的数据库。在数字 地球中使用的服务器需要与高速网络连接。 由于Internet网上通信量爆炸的驱动，电信 营运商已经在试验每秒10Gbps的网络。 10Gbps网络技术是Internet的下一代的技术 目标之一。
(事实上它可能依据WWW和因特网的几个关键标准 来建立)。数字地球也会象WWW一样，随着技术的 进步以及可提供的信息的增加而不断改进。它不是由 一个单独的机构来掌握，而是由公共信息查询、商业
产品和成千上万不同机构提供的服务组成。就象
WWW的关键是互操作一样，对于数字地球，至关重
要的能力是找出并显示不同格式下的各种数据。
1015字节的信息。稍晚于
今年，国家航天航空局的
星球计划将每天产生大量
的有关地球的信息。幸运
地是，我们继续在这个领 域中取得进展。
遥感的作用

卫星影像

早在1998年，政府已经许可提供卫星影像处理 服务的商业卫星系统开始运行。这种服务能使 地图绘制达到足够精确的水准，而原先绘制地 图的详细资料只能通过航空摄影来获得。这种 技术最先由美国情报组织开发，具有难以置信 的精确性。当一家公司使用这种技术，它象一 架威力无比的摄象机，在它所摄的图片上可以 清楚地好比从伦敦看到巴黎汽车前灯大小的每 一个物体。
数字地球的建设步骤

可以肯定，数字地球不是一夜之间产生的。在第一阶
段，我们应该把重点放在整合我们已有的、来自不同 渠道的数据。我们同样应该把引导儿童的博物馆和科 学博物馆连接到高速网络上如新一代的Internet网， 这样我们的孩子就能够探索我们的星球。其次，我们
应该努力去开发一张一米分辨率的数字世界地图。最
如何建立数字地球

我相信数字地球的开发，首先需要建立一个由政府、
企业和学术界共同参与的“试验场”。这块“试验场”
将成为一些应用诸如教育、环境、解决与互操作性相
关的技术问题、协作能力的联合以及解决一些政策问
题如隐私权问题等的汇聚之地。当“试验场”获得成
功并推广时，在更广泛的范围内可以通过接入高速网
络与数字地球进行相互作用。
通过虚拟边界旅游看到原来的那条狭窄走廊是
不切实际的之后，同意在萨拉热窝和伊斯兰教 戈拉日德被占领土之间提供一条宽阔的走廊。
数字地球的应用

打击罪犯

加利福尼亚莎利纳市的警方已通过使用GIS建
立犯罪模型和跟踪团伙活动来减少青少年持枪
暴力犯罪。通过收集关于犯罪活动的频率和分 布的信息，使城市能够迅速重新部署警力。
创建数字地球需要的技术

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。
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。
戈尔语录摘抄

利用卫星可对地面进行遥感，并将其中未经加工的
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
戈尔的数字地球

数字地球提供一种机制，引导用户寻找地理
信息，也可供生产者出版它。它的整个结构 包括以下几个方面：

一个供浏览的用户界面， 一个不同分辨率的三维地球； 一个可以迅速联网的地理数据库；以及 多种可以融合并显示多源数据的机制。
数字地球与WWW的比较

把数字地球同WWW作一下比较是有建设性意义的
数字地球
地理信息科学 地理信息系统
数字地球
全球变化
Geomatics
遥感，GPS
可持续发展
信息科学
计算机技术
……
学科理论
技术支撑
政策
应用
戈尔的著名演讲
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
戈尔语录摘抄
技术创新的新浪潮使我们能够大量地获
补充内容
数字地球
• 数字地球（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
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。
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。
女孩子的千里眼

例如，设想一位女孩子……
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， 她通过对时间的反向移动，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。

增加农业的生产力

农民已经开始利用卫星图像和全球定位系统及
时预防病虫害，并且把杀虫剂、化肥和水用到
最需要它门的那里去。这被称为精耕细作，或 称“按英寸渐进的耕作”。
戈尔的总结

未来方向

我们有一个空前的机遇，来把有关我们社会和地球的
大量原始数据转变为可理解的信息。这些数据除了高
分辨率的卫星图像、数字化地图，也包括经济、社会 和人口方面的信息。如果我们做得成功，将带来广阔 的社会和商业效益，特别是在教育、可持续发展的决 策支持、土地利用规划、农业以及危机管理等方面。 数字地球计划将给予我们机会去对付人为的或是自然 界的种种灾害，——或者说能帮助我们在人类面临的 长期的环境挑战面前通力合作。
终，我们应该使有关我们行星与我们历史的大量信息
集技术卫星每两
星期对地表进行一次完整的成像，而且它已持续收
集了20多年数据。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 被存储在数据库中。
戈尔语录摘抄

问题之一是用什么方法把信息显示出来。
过去我们通常利用Macintosh和Windows操作系
数字地球博物馆
多分辨率
多媒体的信息

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。
虚拟现实的特点
仿真模拟

随着高速计算机作为新工具
开始被使用，我们才能模拟
那些不容易观察到的现象， 并且同时能更好地理解已经
观察到的数据。按这种方法，
计算的科学允许我们突破实 验和理论科学的局限性。模 拟和仿真将给我们对我们正 在收集关于我们的行星的数
据以新的洞察力。
大规模存储器

大规模存储器

数字化地球将要求存储
因特网的特点

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。