数字地球 digitalearth_Al_Gore

数字地球:二十一世纪认识地球的方式

作者：戈尔文章来源： 点击数：1012 更新时间：

2006-12-29

摘要：一场新的技术革新浪潮正允许我们能够获取、储存、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样的环境和文化数据信息。大部分的这类数据是“参照于地理坐标的”，即数据的地理位置是参照于地球表面的特定位置。

充分利用这些浩瀚的数据的困难之处在于把这些数据变得有意义——即把原始数据变成可

理解的信息。今天，我们经常发现我们拥有很多数据，却不知如何处置。有一个很好的例子可以说明这一点。陆地卫星（LANDSAT）是设计来帮助我们了解全球环境的，它在两星期

内将全球拍摄一遍，并已经这样持续收集图像数据二十多年了。尽管存在着对这些数据的大量需求，但是这些图像的绝大部分并未使任何一个人的任何一个神经细胞兴奋起来——它们仍静静地躺在电子数据仓库里。正如我们过去一个时期的农业政策一样，一方面生产的粮食被堆积在中西部的粮食仓库里霉烂，另一方面却有数百万人被饿死。现在，我们贪婪地渴求知识，而大量的资料却闲置一边，无人问津。

把信息显示出来能部分地解决这个问题。有人曾经指出，如果用计算机术语来描述人脑，人脑似乎有较低的比特率和很高的分辩率。比如，研究人员很早就知道，在短时记忆中，人们很难记住七个以上的事项，这就是比特率低下。另一方面，如果把大量的数据相互关联地排列成可辩认的图案——如人脸或是星系，我们却能在瞬间理解数十亿比特的信息。

目前人们通用的数据操作的工具--如象在Macintosh和Microsoft操作系统上所用的被称为“台式隐喻（desktop metaphor）”的图形工具等--都不能真正适应这一新的挑战。我相信我们需要一个“数字地球”，一种关于地球的可以嵌入海量地理数据的、多分辨率和三维的表示。

比如，可以设想一个小孩来到地方博物馆的一个数字地球陈列室，当她戴上头盔显示器，她将看到就象是出现在空中的地球。使用“数据手套”，她开始放大景物，伴随越来越高的分辨率，她会看到大洲，随之是区域、国家、城市、最后是房屋、树木以及其它各种自然和人造物体。在发现自己特别感兴趣的某地块时，她可乘上“魔毯”，即通过地面三维图像显示去深入查看。当然，地块信息只是她可以了解的多种信息中的一种。使用数字地球系统的声音识别装置，小孩还可以询问有关土地覆盖、植物和动物种类的分布、实时的气候、道路、行政区线，以及人口等方面的文本信息。在这里，她还可以看到自己以及世界各地的学生们为“全球项目”收集的环境信息。这些信息可以无缝地融入数字地图或地面数据里。用数据手套继续向超连结部分敲击，她还可以获得更多的有关她所见物体的信息。比如，为了准备全家去国家黄石公园渡假，她策划一个完美的步行旅游，去观看刚从书中读到的喷泉、北美野牛和巨角岩羊。甚至在离开她家乡的地方博物馆之前，她就可以把要去步行旅游的地方从头到尾地浏览一遍。

她不仅可以跨越不同的空间，也可以在时间线上奔驰。为了去参观卢浮尔宫，她先在巴黎作了一番虚拟旅游之后，又通过细读重叠在数字地球表面上的数字化地图、时事摘要、传说、报纸以及其它第一手材料，她便回到过去，了解法国历史。她会把其中一些信息转送到自己的Email库里，等着以后研读。这条时间线可伸回很远，从数日、数年、数世纪甚至到地质纪元，去了解恐龙的情况。

显然，这不是一个政府机构，一个产业或一个研究单位能担负起的事业。就象万维网（WWW）一样，它需要有成千上万的个人、公司、大学研究人员以及政府机构参加的群众性努力。虽然数字地球的部分数据将是公益性的，但是也有可能成为数字化市场，一些公司可将大批的商业图像从中出售，并开展附加值信息服务。它也可能形成一个“合作实验室”——一个没有墙的实验室，让科学家们去弄清人与环境间的错综复杂的奥妙。

数字地球所需要的技术

虽然这一方案听起来活象科幻小说一样，然而建设数字地球的大部分技术和能力或是已经具备或是正在研制。当然，数字地球本身的能力也将随着时间的推进而不断增强，2005年时的数字地球与2020年的相比较，前者就会显得初级多了。下面是几项所需要的技术：

计算科学：在发明计算机之前，以实验和理论研究的方法来创新知识都很受局限。许多实验科学家想研究的现象却很难观察到——它们不是太小就是太大，不是太快就是太慢，有的一秒钟之内就发生了十亿次，而有的十亿多年才发生一次。另一方面，纯理论又不能预报复杂的自然现象所产生的结果，如雷雨或是飞机上空的气流。有了高速的计算机这个新的工具，我们就可以模拟从前不可能观察到的现象，同时能更准确地理解观察到的数据。这样，计算科学使我们能超越了实验与理论科学各自的局限。建模与模拟给了我们一个深入理解正在收集的有关地球的各种数据的新天地。

海量储存：数字地球要求储存数倍个1015字节的数据。今年年末，美国宇航局（NASA）

实施的地球行星项目每天都将得到1012字节量级的数据。所幸的是，在这方面我们正进行着奇迹般的改进。

卫星图像：美国政府部门已经批准从1998年年初开始提供分辨率为1米的卫星图像的商业卫星系统。这达到了制作精确详图的水准，而在过去这只能由飞机摄影才能办到。这种首先在美国情报界研制出来的卫星图像技术非常精确。正象一家公司所比喻的，“它象一台能从伦敦拍巴黎的照像机，照片中象汽车前灯间距离大小的每种物体”都能看清。

宽带网络：整个数字化地球所需的数据将被保存在千万个不同的机构里，而不是放在一个单独的数据库里。这就意味着参与数字地球的各种服务器需由高速的种种计算机网络联接起来。在因特网通信量爆炸性增加的驱使下，电信营运部门已经试用了每秒可以传送一万兆比特的数据的网络。下一代因特网的技术目标之一就是每秒传送一百万兆比特的数据。要使具有如此能力的宽带网络把大多数家庭都接通，这还需要时间，这就是为什么有必要把连通数字地球的站点放在象儿童博物馆和科学博物馆这样的公共场所。

互操作：因特网和万维网能有今天的成功，离不开当时出现的几项简明并受到广泛赞同的协议，如因特网协议（Internet Protocols）。数字地球同样需要某种水准的互操作，以至由一种应用软件制作出的地理信息能够被其它软件通用，地理信息系统产业界正在通过“开放地理信息系统集团（Open GIS Consortium）”来寻求解决这方面问题的答案。