从数字地球到智慧地球
构建数字地球的关键技术与流程解析
构建数字地球的关键技术与流程解析近年来，信息技术的飞速发展催生了一个全新的概念——数字地球。
数字地球是一种通过将地球上所有的物理空间和信息空间进行数字化整合，从而实现全球的信息共享、智能决策和可持续发展的概念。
构建数字地球的实现离不开一系列关键技术和流程的支持。
一、地理信息系统（GIS）地理信息系统是数字地球的基础。
它是将地理空间数据与属性数据进行整合的一种信息处理系统。
通过GIS，我们可以将地球上的所有空间信息进行数字化，实现对地理现象的深入分析和管理。
GIS技术的关键是地理数据采集、处理和可视化。
通过现代测绘技术、无人机遥感技术和卫星遥感技术等手段，我们能够快速获取地理数据，然后通过空间数据分析、数据挖掘和数据可视化等技术手段，将这些数据以图形、表格等形式进行呈现，实现对地球上的各种地理现象的深入研究。
二、人工智能与大数据数字地球的建设需要处理和分析海量的数据。
而人工智能和大数据技术的发展为处理和分析数据提供了强有力的支持。
大数据技术能够帮助我们从海量数据中提取有价值的信息，进行数据建模和预测。
而人工智能技术则可以模拟人类的思维和决策过程，帮助我们做出智能化的决策。
例如，在数字地球中，我们可以通过大数据技术对全球气象数据进行收集和分析，进而实现对天气预测的精确度提升；同时，通过人工智能技术，我们能够模拟气象专家的决策过程，从而实现自动化的气象预测系统。
这使得气象预测能够更准确地为公众提供服务。
三、物联网技术数字地球离不开物联网技术的支持。
物联网是一种通过感知、传输、处理和交互技术连接地球上的一切物体，并通过网络进行信息通信的技术。
在数字地球中，通过物联网技术，我们能够实时获取各种设备传感器的数据，并将这些数据进行汇总和分析，从而实现对地球上的一切物体的智能监测和管理。
以智慧城市为例，通过在城市中布置传感器和终端设备，我们能够实现对城市交通、能源消耗、环境污染等各个方面的监测。
通过物联网技术，这些传感器将获取的数据传输到集中处理中心，然后通过数据分析和与人工智能算法结合，对城市的各方面进行实时分析和决策支持。
物联网时代新型网络应用技术——中间件技术展望
物联网时代新型网络应用技术——中间件技术展望陈静【摘要】在数据获取、传输、处理和应用的阶段形成格式可匹配、业务链接的服务中间件,是物联网发展的关键环节之一.分析了物联网时代下的中间件发展现状,并对中间件的未来发展进行研究和展望.%The service middleware is the key to the development of things, which matches the business links in the data acquisition, transmission, processing and application. This paper analyzed the development status of middleware technology in the era of Internet of Things, and forecasted the future development of middleware.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2012(000)019【总页数】3页(P10340-10342)【关键词】物联网;中间件;网络技术;地理信息系统【作者】陈静【作者单位】北京联合大学应用文理学院,北京100191【正文语种】中文【中图分类】S126“数字地球”(Digital Earth)的概念由美国副总统Al Gore于1998年1月提出，即以地球坐标为依据的、具有多分辨率的、有海量数据组成的、能立体表达的虚拟地球。
在“数字地球”基础上，IBM首席执行官彭明盛于2009年1月提出“智慧地球”(Smart Earth)的构想，核心思想是把要各种传感器应用到人们生活中的各种物体中，并且能够相互连接起来，形成“物联网”，通过超级计算机和云计算将“物联网”整合起来，实现网上数字地球与人类社会和物理系统的整合。
从“数字地球”到“智慧地球”给人们提供了一个空前无比的视野和高度，在此基础上，人们能以更加精细和动态的方式管理生产和生活，它的实现将在教育、可持续发展的决策、土地利用规划、能源及危机处理等领域产生巨大的社会和商业效益［1］。
数字地球：地理信息系统与全球变化
GIS在全球土地利用变化研究中的应用
土地利用监测
• 通过GIS技术，对土地利用进行实时监测和评估，为
土地利用变化研究提供依据
• 为土地利用规划和管理提供科学支持
土地利用变化影响评估
• 通过GIS技术，对土地利用变化对农业、水资源等方
面的影响进行评估
• 为土地利用规划和管理策略制定提供科学依据
土地利用规划和管理策略制定
• 通过GIS技术，为政策制定者提供土地利用变化影响
的空间信息，辅助制定规划和管理策略
• 为实现土地资源可持续利用提供信息支持
05
数字地球与全球变化的未来发展趋势
数字地球技术的未来发展趋势
高性能计算技术
物联网技术
人工智能技术
• 随着计算机技术的发展，数
• 通过物联网技术，实现地球
• 将人工智能技术应用于数字
• 为生态系统保护和恢复提供科学支持
生态系统变化影响评估
• 通过GIS技术，对生态系统变化对农业生产、水资源等方面的影响进行评估
• 为生态系统保护和恢复策略制定提供科学依据
生态系统保护和恢复策略制定
• 通过GIS技术，为政策制定者提供生态系统变化影响的空间信息，辅助制定保护和恢复策略
• 为实现生态系统可持续发展提供信息支持
字地球技术将不断提高数据处
上各种信息的实时传输和共享
地球技术，提高数据处理和分
理和分析能力
• 为数字地球技术的发展提供
析的智能化水平
• 为数字地球技术的应用提供
新的机遇
• 为数字地球技术的发展提供
更强大的支持
新的思路
GIS在全球变化研究中的未来发展趋势
01
02
从数字地球到智慧地球
从数字地球到智慧地球从数字地球到智慧地球李德仁龚健雅邵振峰*摘要：本⽂分析了数字地球的发展及其取得的成就，探讨了伴随着IT技术、通信技术和传感器技术的发展⽽出现的传感器⽹络和物联⽹这⼀新的基础设施，设计了基于全IP架构的物联⽹的平台框架和典型应⽤，并展望了从数字地球发展到智慧地球的趋势和美好前景。
关键词：数字地球传感器⽹络物联⽹智慧地球数据服务功能服务⼀数字地球及其取得的成就前美国副总统阿尔·⼽尔在1998年提出数字地球时，为我们勾勒出⼀个诱⼈的虚拟地球景象，使真实地球作为⼀个虚拟地球进⼊了互联⽹，使普通⽼百姓，甚⾄⼀个⼩孩⼦都能⽅便地运⽤⼀定的科学⼿段了解⾃⼰所想了解的有关地球的现状和历史，既能获得⾃然⽅⾯的信息，如地形、地貌、地质构造、⼭脉河流、矿藏分布、⽓候⽓象等，也能获得⼈⽂⽅⾯的信息，如经济、⽂化、⾦融、⼈⼝、交通、风⼟⼈情等，真可谓“全部地球尽收眼底”。
这个虚拟的数字地球以空间位置为关联点整合相关资源(以地理信息系统和虚拟现实技术集成各类数据资源)，实现了“秀才不出门，能知天下事”（See everything on Web）。
*李德仁，中国科学院院⼠，中国⼯程院院⼠，国际欧亚科学院院⼠，武汉⼤学教授、博⼠⽣导师，主要从事以遥感(RS)、全球卫星定位系统(GNSS)和地理信息系统(GIS)及其集成为代表的空间信息科学的科研和教学⼯作。
龚健雅，博⼠，武汉⼤学教授，博⼠⽣导师，测绘遥感信息⼯程国家重点实验室主任。
邵振峰，博⼠，武汉⼤学测绘遥感信息⼯程国家重点实验室3S集成研究室。
图1真实地球和数字地球的关系数字地球是⼀个⽆缝的覆盖全球的地球信息模型，把分散在地球各地的从各种不同渠道获取到的信息，按地球的地理坐标组织起来，既能体现出地球上各种信息（⾃然的、⼈⽂的、社会的）的内在有机联系，⼜便于按地理坐标进⾏检索和利⽤。
数字地球是信息化的地球，它包括全部地球资料的数字化、⽹络化、智能化和可视化的过程在内]8[。
智慧的地球
智慧的地球2008年，在持续了两年的“创新”之后，IBM提出了让业界再次眼前一亮的理念——“智慧的地球”（Smarter Planet）。
其目标是让世界的运转更加智能化，涉及个人、企业、组织、政府、自然和社会之间的互动，而他们之间的任何互动都将是提高性能、效率和生产力的机会。
随着地球体系智能化的不断发展，也为我们提供了更有意义的、崭新的发展契机。
IBM所提出的“智慧的地球”的愿景中，勾勒出世界智慧运转之道的三个重要维度。
第一，我们需要也能够更透彻地感应和度量世界的本质和变化。
第二，我们的世界正在更加全面地互联互通。
第三，在此基础上所有的事物、流程、运行方式都具有更深入的智能化，我们也获得更智能的洞察。
当这些智慧之道更普遍，更广泛地应用到人、自然系统、社会体系、商业系统和各种组织，甚至是城市和国家中时，“智慧的地球”就将成为现实。
这种应用将会带来新的节省和效率——但同样重要的是，提供了新的进步机会。
需解决的问题交通：按时间(42亿小时)和燃油(29亿加仑)浪费计算，美国的交通阻塞每年造成的损失高达780亿美元。
据一个公共交通倡议组织最近进行的一项研究，纽约市一些街道上45%的交通量来自在街区间往返的人流。
另一项研究则发现，在一年当中，仅在洛杉矶市一个小商业区内，轿车在寻找停车位时的车程加起来就相当于38次环球旅行的路程，同时消耗47,000加仑汽油，排放730吨二氧化碳。
相比之下，斯德哥尔摩的新智能收费系统使交通量减少了22%，排放物减少了12-40%，而且每天搭乘公交系统的人数增加了40,000人。
智慧金融和保险系统：即使是十年前设计和部署的最先进系统也已不能适应目前的现实。
当前美国次贷危机的部分原因就在于，银行的现有系统无法处理随着抵押债权证券化、融资和交易而形成的错综复杂的相互联系，致使银行无法得知和管理其风险敞口。
他们对市场上正在发生的事情失去了洞察力，因为这些事情是实时发生的而且复杂性过于巨大。
智慧地球——精选推荐
“智慧地球”是以“物联网”和“互联网”为主要运行载体的现代高新技术的总称，也是对当前世界所面临的许多重大问题的一种积极的解决方案。
“智慧地球”的技术内涵，是对现有联互网技术、传感器技术、智能信息处理等信息技术的高度集成，是实体基础设施与信息基础设施的有效结合，是信息技术的一种大规模普适应用。
通俗地讲，“互联网+物联网=智慧地球”。
实质上“智慧地球”是“数字地球”的延续和发展，形象地说，“数字地球”加上物联网就可以实现“智慧的地球”。
3“智慧地球”的特征数字地球把遥感技术、地球信息系统和网络技术与可持续发展等社会需要联系在一起，为全球信息化提供了一个基础框架。
而物联网是通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
我们将数字地球与物联网结合起来，就可以实现“智慧地球”。
把数字地球与物联网结合起来所形成的“智慧地球”将具备以下一些特征：3．1“智慧地球”包含物联网物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。
物联网应该具备三个特征：(1)全面感知。
即利用RFID、传感器、二维码等随时随地获取物体的信息；(2)可靠传递。
通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；(3)智能处理。
利用云计算、模糊识别等各种错能计算技术，对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化的控制。
3．2“智慧地球”面向应用和服务无线传感器网络是无线网络和数据网络的结合，与以往的计算机网络相比它更多的是以数据为中心。
由微型传感器节点构成的无线传感器网络则一般是为了某个特定的需要设计的，与传统网络适应广泛的应用程序不同的是无线传感器网络通常是针对某一特定的应用，是一种基于应用的无线网络各个节点能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些数据进行处理，从而获得详尽而准确的信息并将其传送到需要这些信息的用户。
《广东海洋大学学报》投稿须知
《广东海洋大学学报》投稿须知《广东海洋大学学报》是广东海洋大学主办的综合性学术刊物，双月刊，公开发行。
主要刊登海洋与水产科学基础理论，水产生物遗传育种、增养殖，水产动物营养与饲料、水产病害防治，海洋渔业、渔船、渔业机械与仪器，海洋、水产生物资源高质化加工利用、水产食品质量安全、海洋生物医药开发，海洋气候变化、海洋资源开发、海洋环境保护、海洋动力过程，船舶工程、海洋工程、海岸工程，滨海农业等方面的学术论文。
1 来稿要求和注意事项1.1文稿务求内容新颖，论点明确，材料翔实，数据可靠，逻辑性强，文字精炼。
论文一般不超过6 000字（含图表），综述文章不超过7 000字，研究简报限3 000字以内。
论文结构必须包括（按顺序）：题名，作者及工作单位（校内作者注明至“学院”一级），中文摘要（内容应包含研究的目的、方法、结果和结论，100～300字），关键词（3～8个），中图分类号，英文摘要，正文，参考文献。
1.2英文摘要与中文摘要内容上一般应对应，包括题名、作者姓名（汉语拼音）、作者单位、摘要正文、关键词。
采用第三人称撰写。
1.3文稿请提交Word文档文件。
量和单位须符合国家标准，采用国际通用符号。
外文字母必须分清大小写、正斜体。
1.4文中的图表只附最必要的。
表格使用Excel绘制；线条图、柱形图、方位图等使用原始绘图软件以wmf、emf、cdr、doc（Word）、xls（Excel）等矢量图输出，请勿转换格式。
1.5参考文献选最主要的列入，必要时可在文中加注或脚注。
本刊采用顺序编码制，引用处依引文出现的先后以阿拉伯数字排列，并用方括号标起。
文献顺序按正文中引用的先后顺序连续编排。
参考文献表中的文献著录格式如下：期 刊[序号] 作者（外国人姓前名后，姓全大写，名缩写，缩写点“.”略去；3人以上只列3人，后加“等”字）. 题名［J（文献类型标识）/OL（文献载体标识）］. 期刊名（外文可缩写，省略缩写点“.”），年份，卷号（期号）：起始页码[引用日期]. 访问路径. DOI. 例如：“陈建军. 从数字地球到智慧地球[J/OL]. 国土资源导刊, 2010, 7(10): 93[2013-03-20]. http://d.g./Periodical_hunandz201010038.aspx. DOI:10.3969/j.issn.1672-5603.2010.10.038.”（路径不含DOI，补加）“FRANZ A K, DANIELEWICZ M A, WONG D M, et al. Phenotypic screening with oleaginous microalgae reveals modulators of liqid productivity[J/OL]. ACS Chemical biology, 2013,8: 1053-1062[2014-06-26]. /doi/ipdf/ 10.1021/cb300573r.”（路径已含DOI）专 著[序号] 作者. 书名[M]. 版次（初版不写）. 出版地：出版单位，出版年：起讫页码.论文集[序号] 作者. 题名[C] // 论文集主编者.文集名.版次（初版不写）. 出版地：出版单位，出版年：起讫页码.学位论文[序号] 作者. 题名[D]. 保存地：保存单位，年份.电子资源[序号] 作者. 题名[EB/OL].（更新或修改日期）[引用日期]. 获取和访问路径.1.6来稿请于篇首页地脚处注明第一作者的性别、出生年、学历（学位）、职务、职称、专业方向。
解读智慧地球与智慧城市
感器节点构成的无线传感器网络则一般是为了某个特定的
需要设计的，与传统网络适应广泛的应用程序不同的是无
线传感器网络通常是针对某一特定的应用，是一种基于应
用的无线网络各个节点能够协作地实时监测、感知和采集
网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些
献更多的“智慧”。
5 “智慧地球”的重要作用
5.1“智慧地球”将对世界带来重大改变
IBM提出的“智慧地球”把地球拟人化，地球成了人
的同类。“智慧地球”概念，让IT更加贴近我们的工作、
生活，也更容易让人理解。真正值得关注的，是如何使
“智慧地球”得以实现的现象后面的体系架构，以及由此
中国信息界 2010年第10期 总第156期实践与应用
成智慧；‘智慧运作’就是我们用新的方法来做事情；第
三我们称之为‘动态架构’，让更加智慧的架构支持客
户，让客户的管理成本更低、可靠性更高；最后是‘绿色
与未来’，包括了我们本身IT数据中心，也包括了我们会
帮助客户来管理他们的设备，让他们达到绿色的要求。”
战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮，振兴全球，为世界所关注。
关键词：智慧地球 智慧系统
当前科学技术迅猛发展，正在引发社会生产方式的深
刻变革。互联网、云计算、物联网等信息网络技术的广泛
应用不断推动生产方式发生变化。世界范围内，生产力、
生产方式、生活方式、经济社会发展格局正在发生深刻变
智慧地球需要关注的四个关键问题：一是新锐洞察。
面对无数个信息孤岛式的爆炸性数据增长，需要获得新锐
的智能和洞察，利用众多来源提供的丰富实时信息，以做
数字地球的技术框架
数字地球的技术框架随着科技的不断进步，数字地球成为了地理信息领域的重要概念。
数字地球是一种基于计算机技术的地理信息系统，可以实现对地球上各种地理信息进行数字化管理、分析和展示。
数字地球的技术框架是支撑数字地球系统运行的关键。
本文将从数据采集、数据处理、数据存储和数据展示四个方面，介绍数字地球的技术框架。
一、数据采集数据采集是数字地球系统的第一步，主要通过卫星遥感、地理信息采集设备和传感器等手段获取各种地理数据。
卫星遥感技术可以获取全球范围的高分辨率影像数据，包括卫星影像、航空影像和地面摄影等。
地理信息采集设备如GPS可以获取位置信息和空间数据。
传感器则可以实时监测环境参数，如气象数据、水质数据等。
这些数据采集设备通过传输协议将数据传送到数据处理中心。
二、数据处理数据处理是数字地球系统的核心环节，主要包括数据预处理、数据加工和数据分析等。
数据预处理是对采集到的原始数据进行校正、配准和纠偏等处理，以消除数据采集过程中的误差和噪声。
数据加工则是基于已处理的数据，进行空间分析、属性查询、统计分析等操作，以提取有用的地理信息。
数据分析是对加工过的数据进行模型建立、模拟仿真和决策支持等分析，以解决实际问题。
三、数据存储数据存储是数字地球系统中的重要环节，主要包括数据管理和数据存储两个方面。
数据管理是对处理过的数据进行分类、整理、编目和索引等管理工作，以便用户能够方便地检索和使用数据。
数据存储则是将管理好的数据存储在数据库或文件系统中，以确保数据的安全性和可靠性。
数据存储可以采用分布式存储技术，将数据分布在多个节点上，提高系统的稳定性和可扩展性。
四、数据展示数据展示是数字地球系统的最终目的，主要通过地图服务和可视化技术将数据以图形化的形式展示出来。
地图服务可以将地理数据以地图的形式呈现，用户可以通过地图进行空间查询、浏览和导航等操作。
地图服务可以采用WebGIS技术，将地图服务发布到互联网上，用户可以通过浏览器访问地图服务。
数字地球及其应用前景
数字地球及其应用前景一、数字地球的概念1998年1月，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表演说“数字地球——新世纪人类星球之认识”时，提出了“数字地球”的概念，为信息时代人类的生活与工作方式描绘了一个清晰的轮廓。
什么是数字地球呢？通俗点讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动即整个地球环境的时空变化记入计算机中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常工作、学习、生活、娱乐服务[1]。
数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为枢纽，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述。
二、数字地球的技术基础数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是"三S"技术及其集成。
所谓"三S"是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。
1.GPS空间定位技术GPS是美国国防部自70年代开始研制的一种卫星定位与导航系统，主要有空间部分、控制部分和用户部分构成。
作为一种全新的现代定位方法，GPS已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子仪器。
尤其是90年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。
用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航，绝对和相对精度扩展到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。
2.RS遥感技术遥感技术是空间对地观测的重要组成部分，发展主要表现在它的多传感器、高分辨率和多时相特征。
（1）多传感器技术。
当代遥感技术已能全面覆盖大气窗口的所有部分。
光学遥感可包含可见光、近红外和短波红外区域。
热红外遥感的波长可从8~14mm，微波遥感观测目标物电磁波的辐射和散射，分被动微波遥感和主动微波遥感，波长范围为1mm~100cm。
数字地球总结
⏹信息高速公路:指一个能提供超量信息的,由通信网络,多媒体联机数据库以及网络计算机组成的一体化高速网络,为人们提供图文声像信息的快速传输服务,并实现信息资源的高度共享.⏹信息化建设进程:金桥工程-国家公用经济信息网络工程;金关工程-国家对外经济信息网工程；金卡工程-国家电子货币工程。
⏹数字地球：可以整合海量地理数据的、多为分辨率的、真实地球的三维表示，并可以在其上增加与地球有关的数据，实现不同分辨率水平上对地球进行三维浏览的虚拟地球系统。
⏹数字地球的概念与提出：从政治经济角度，从认知思想的角度，从科学背景的角度，从技术背景的角度。
核心思想：一是统一性地处理地球问题；二是最大限度的利用全球信息资源。
⏹数字地球是数字化、信息化的虚拟地球，是在计算机技术、网络技术、虚拟现实和3S技术等技术支持下，对全球海量数据进行综合分析、管理和应用的超级系统。
数字地球的特征：空间性与全球性；共享性与保密性；动态性和稳定性；可视性与虚拟性。
⏹数字地球由四部分组成：基础科学，关键技术，实现层，应用层。
⏹数字地球支撑技术：计算科学，海量存储，卫星图像，宽带网络，互操作，元数据。
⏹数字地球应用：未来生活，智能交通，电子商务，远程医疗，现在国防，精细农业。
⏹我国发展数字地球的对策：中国发展数字地球，首先要大力发展国家基础信息设施NII和国家空间数据设施NSDI。
加强数字地球关键技术的开发和创新，加速我国空间信息基础设施发展，大力培植我国空间信息产业发展。
⏹地球系统与数字地球：地球系统的信息模型。
地球系统的系统模型。
地修系统的非线性，地球系统的复杂性。
⏹地球信息：有关地理实体，如资源、环境、经济和社会诸要素的物质和能量的性质、特征和状态表征的知识。
⏹地学空间数据：三要素—属性空间和时间。
特征—精确性，模糊性或不确定性，动态性。
⏹地球系统：指某一特定时间的，特定空间的，由两个以上或无数个相互区别又相互联系，相互制约的地理要素或过程组成的，具有特定功能和行为，与外界环境相互作用，并能自动调节和具有组织功能的整体。
智慧地球概念以及其影响
智慧地球概念以及其影响任杰 51090104036一、智慧地球的概念智慧地球是IBM最新提出的一个热门概念，而其具体含义就是将新一代IT技术充分运用在各行各业中，把感应器嵌入到电网、铁路、桥梁等各种物体中，并且普遍连接，形成所谓的“物联网”；通过超级计算机和云计算，将已有的“物联网”进行整合。
通过这些技术使得人类能够进行更加精细和动态的方式来管理生产和生活，从而达到“智慧”的状态[1]。
具体的结构可以参照下图。
通过上图我们可以看出，整个智慧地球有三个关键词，分别是传感器，物联网和整合。
传感器的作用是将实际世界中的各种信息通过传感器转变成对应的数字信息，从而使得计算机和网络能够进行处理和传输。
物联网是指将各种实际的信息和物体本身和虚拟的计算机网络想结合，产生的一个新而广的概念。
二、智慧地球的意义智慧地球的提出意味着相关的计算机技术已经更大程度的融入了我们的日常生活中。
而将整个世界信息化会有以下几个突出的贡献：1，信息化能够大幅度提高信息资源的利用率。
能够将世界的各种信息进行信息化以后通过高智能和高速计算的网络所分析，能够及时高效的得到人们所需要的信息；2，推动社会的自动化或智能化，运用存储智慧大幅度介于时间，让更多的智慧直接打理各种事物，比一般的资料具有更好的可执行性；3。
通过网络能将分散的智能构成一个整体，跨越了时空限制，能够社会整体的工具。
三、智慧地球的现状3.1 智慧地球技术前提智慧地球是IT新技术在生活中的应用，而具体的技术则是智慧地球能够提出甚至是能够实现的基石。
具体来说，他包括了一下几种技术3.1.1 传感器技术传感器在现在生活中的应用越来越广，而其效果和精度也有了大幅度的提高。
大至气象、温度、飞机姿态等等，小至手机、电饭锅和热水器等等，这些产品无一例外的使用了传感器作为其中的核心部分。
而传感器的发展使得我们能够得以将一个感性的世界用一串数字进行标示和描述，而这样的数字化以后才使得智慧地球成为可行的一个方案。
(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
数字地球关键技术综述
数 字地球关键 技术综述
杨 秋 霞 （ 黑 龙 江 信 息技 术 职 业 学 院 ， 黑 龙 江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ２ ５ ）
摘 要： 首先 简要介绍 了数字地球的含义 ， 然后 阐述 了建设 数字地球 所需的关键技术 ， 最后讨论 了数 字地球的应用领域。 关键 词 ： 数字地球 ； 关键 技 术 ； 应 用
引言 地理信息互操作技术也是实现数字地球的关键技术 。 为了在不 地球是太 阳系 中可 以提供人类生存 的星球。 为了人类 能更好地 同的系统之间进行空间数据 的无 损转换 ， 就需要制定统一 的空 间数 生存发展 ， 就 需要提高对地球 的了解与认知 能力 ， 用 更有效 的方法 据转换标 准。数字地球需要统一 的协议 ， 互操作技术可以使管理海 去研究并解决与地球相关的 自然环境和社会经济等 问题 。 计算机 网 量空间数 据的 Ｇ Ｉ Ｓ系统之间形成一个无缝集成 的网络信息 系统 ， 该 络技术和地理信息技术的产生和快速发展 ， 为信息时代用数字化的 系统 数据应具有多源 、 多 比例尺、 多分辨率的特点 。 方式去研究地球提供了先进的工具 和平 台， 数字地球应运而生 。 ２ ． ９元数据 １数字地球含义 元数据是对地理空 间数据的说明数据 。 它是数字地球框架下地 数字地球就是数 字化 地球 上的全部信 息 ，用虚拟的方式表达 ， 理信 息标准化 的重要 组成部分 。在数字 地球 中地 理信 息 的数据 量 以地理 空间位置为基 础框架 ， 按地理坐标将全部信息有效地组织起 大 ， 使用者众 多 ， 为 了能够正确的使用 ， 需要通 过元 数据对数 据进 行 来， 对地球每一点所包含的信息进行 全面描述 。 在此基础上 ， 为每一 详细 的描述 。在空间数据的交换过程中 ， 元数 据能够使 不同用户了 个人提供方便 而有效 的手段 ， 了解和使用有关真实地球 的各方面信 解数据集对其应用 目的的适用性 。 息。 数字 地球是一个 多分辨率 、 多空间尺度 的三维虚拟地球 ， 其 中嵌 ２ ． １ ０计算科学技术 入海 量地理数据 ， 在虚 拟现实技术支持下 ， 面向社会 公众开 放的无 地球是一个复杂的巨系统 ， 对其观测研究并不容易 。高 速计算 机 的使用 ， 使我 们能更好地理解 已经观察到 的数据 ， 并且 可 以模拟 缝集成 网络信息系统 。 ２ 数 字 地球 建设 的关 键 技 术 和仿真那些不易观察到的现象 。 建造数字地球所需的计算科 学支持 ２ ． １高 速 计 算 机 网 络技 术 包括计算 机能力 和计算模型两个方面 。 数字地 球所需要 的数据是具 有不 同来 源和不 同应用 目的的多 ３数字地球的应用 媒体海量数据 ， 已不能通过单一 的数据库来存储 ， 而需要 由无数个 、 数字地球可 以在众多领域 中应 用并产生 巨大的社会效 益和经 分布在不同部分 、 不 同地点 的， 即分 布式 的数据库来存储 ， 并 由高速 济效益 。对 于数字地球 的应用可 以从不同角度进行划分 网络来连接 。 ３ ． Ｉ按应用 区域大小划分 ２ ． ２高分 辨率卫星遥感数据 的获取与处理技术 按数 字地球研究 区域的大小可 以划分 为三层 ， 即全球 层 、 国家 遥感影像 的获取与处理技术是 数字地球 空间数据 获取和更新 层 和区域层 。全球层 以整个地球作为研究对象 ， 包括全球的气候及 全球的地形 变化 、 生物多样性变化 、 植被与土地利用情况 的最经济 、 最快速 的技术途径 。高分辨率卫星每天都要产生 大量 的 环境变化 、 数据 ， 对这些数据 的获取与处理应用 能力 ， 直接影响数字 地球系统 变化等 。 国家层 以一个国家作为对象 ， 区域层则 以城 市为 主要对象 ， 研究涉及 自然资源和社会经济等内容。 的应用。 ２ ＿ ３地球空 间海量数据存储 和处 理技术 ３ ． ２按 应用领域不同划分 数字地球广泛地应用在城 市建设 、 农业 、 林业 、 水利 、 教育 、 国防 个数字化地球 的数据 ， 除 了大量 的遥感 数据之外 ， 还包括 图 形数据 ， 属性数据等。 要高效地存储 和操纵这些海量数据 ， 就必须在 以及人们 日常生活的各个方面 。 由此也产生 了数字城市 、 数字农业 、 海量数据 的大容量存储 、 快速检索 与分发机 制、 压缩和处理技术 、 多 数字林业 、 数字流域 、 擞 字校 园、 数字战场 等概念 。 结 束 语 尺度数据库 的综合应用等方面取得实质性 突破 。 数字地球是地 理信息系统 的延伸 ， 是全 球信息化 的产物 ， 其产 ２ ． ４无级 比例尺的信息综合技术 无级缩小和放大数字地球空间数据是数字地球基本功能要求 。 生是 建立在人 类科技发展成果 的基础上并有着 深刻 的社会 与经济 人们 可以从不 同尺度 观察 、 分析地球空 间数据 ， 以一 个大 比例 尺数 背景。实施数字地球计划需要全社会 的关心 与支持 。 数 字地球将会 改变人类 的生成和生活方式 ， 进 一步 据库为基础数据源 ， 在一定 区域 内空间对象 的信 息量 随 比例尺变化 渗透到人类社会 的各个方面 ， 自动增减 。无级 比例尺数 据库 的技术关键是 自动制图综合。 推动人类社会 的进 步。 参 考 文 献 ２ ． ５空间数据仓库技术 空间数据仓 库是数据仓库 向空 间维 的扩展 ， 它是一个支持 决策 ［ １ 】 承继成 ， 等． 数 字地球导论［ Ｍ 】 涕 二版 ． 北京 ： 科 学出版社 ， ２ ０ ０ ０ ． 过程的 、 面向主题 的、 集成 的、 稳定 的、 不 同时间的空间数据 的集合 。 ｆ ２ １ 李德仁． 数字地球与“ ３ Ｓ ” 技 术ｆ Ｊ １ ＿ 中国测绘 ， ２ ０ ０ ３ （ ２ ） ： ２ ８ — ３ １ ． 目的是为了对累积的海量空间数据进行处理 ， 提供不 同粒度与 主题 【 ３ 】 邬伦 ， 等． 地 理信 息 系统原理 、 方法和应用【 Ｍ］ ． 北 京： 科 学 出版社 ， ｏ１ ． 的有用 信息 ， 并提供决策支持。在数字地球系统 的一些应用领域 的 ２０ 空间分析中 ， 需要数据仓库技术的支持 。 【 ４ ］ 李建松 ． 地理信息 系统原理【 Ｍ ］ ． 武汉 ： 武汉大学出版社 ， ２ ０ ０ ６ ． ２ ． ６空间数据 的重组 、 融合与挖掘技术 空 间数据库提供 了直观 的、 有限的数据信息 。而地理实体之 间 存在着一定 的联 系和规律 ， 这 些信 息隐含在这些直观 的信息 中。通 过空 间数据 的重组技 术 、 融 合技术和挖掘 技术 ， 可以产生新 的综合
“数字”是如何生产出来的
湖南省基础地理信息 中心为建设高性能 的遥感影像处理 系统 ，配合 中国测绘科学研究 院研 制了国内第一套完整和先进 的高分辨率遥感影像测 图系统——．ｉ ｌ ｄ Ｐｘ 软件平 台，系统全部 自主 ｅ
研制 ，其 核心技术 达到国际领先水平。先后完成 了 “ 图见证湖南发展 ”、 “ 地 数字益 阳”等多 个项 目的影像快速处理任务 。
盔赫
碲 ；
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＝续星合统Ｏ１ 湖 运定服（Ｓ 南 一位务Ｈ◎ 可行 综系Ｃ ） 持卫 ） Ｎ（ Ｒ ，
Ｈ Ｃ Ｒ 是卫星定位技术 、计算 机网络技术 、数字通讯技术等高新科 技多方位 、深度结 晶 ＮＯＳ 的产物 ，可提供动态 、实时 、高精度 的空 间位置服务 。本刊 曾与２ １年第 １期 封面报道 《 ００ １ 解密 Ｈ ｃ Ｒ 》，专题报道了这一系统。 Ｎ０Ｓ
的 总称 ，是 以公共
服 务 为导 向的 国 家
空 间信 息 基 础 。 湖 南 地 理 空 间 框架 是 “ 字 湖 南 ” 的基 数
础平 台和核 心。
智慧地球
将物联 网与现有 的互联网整合起来 ，以 更精细 和动态 的方式管理生产 和生 活 ， 而 从 达到 “ 智慧 ”状 态。简而言之 ，把数 字地 球
１ 解释Ｉ 名词
“ 智慧地球＂诞生记
从最基础的地理空 间信息框架到最终 的 “ 智慧地球 ”，一系列 的名词诠释了数字技术改变人类生活的全过程 。
数字地球
Байду номын сангаас
数字地理空间框架
基 础 地 理 信 息 资 源及 其 采 集 、加
工 、服 务所 涉 及 的 政 策 、技 术 、设施
将 真实 地球数 字化 、网络 化和 可视化 为虚 拟地球 ，并进入互联 网。使普通人能方便 了解 自 己所想 了解 的有关地 球的现状和历史 ，既能获得 自然方面 的信息 ，又能获得人文方 面的信息 。
对智慧地球的认识和理解
对智慧地球的认识和理解一、智慧地球的概念定义智慧地球，又称智能地球，是指通过物联网技术、大数据技术、云计算技术等新一代信息技术，将地球上的各种资源、环境、社会等要素进行数字化、网络化、智能化管理，实现地球的智能化发展。
智慧地球的起源可以追溯到20世纪90年代，当时美国提出了“数字地球”的概念，旨在将地球上的各种信息进行数字化处理，以便更好地管理和利用地球资源。
随着物联网技术、大数据技术、云计算技术等新一代信息技术的发展，数字地球的概念逐渐演变为智慧地球。
智慧地球的含义与特征主要包括以下几个方面：1.数字化：通过物联网技术、大数据技术等新一代信息技术，将地球上的各种信息进行数字化处理，以便更好地管理和利用地球资源。
2.网络化：通过互联网、移动互联网等网络技术，将地球上的各种信息进行互联互通，实现信息的共享和交换。
3.智能化：通过人工智能技术、机器学习技术等智能化技术，对地球上的各种信息进行智能分析和处理，实现智能化管理和服务。
4.全球化：智慧地球是全球性的，涉及到全球范围内的各种资源和环境问题，需要全球范围内的合作和协作。
二、智慧地球的技术基础1.物联网技术物联网技术是实现智慧地球的重要技术之一。
通过物联网技术，可以将各种传感器、设备等连接到互联网上，实现信息的共享和交换。
同时，物联网技术还可以对各种设备和传感器进行智能管理和控制，实现设备的自动化和智能化。
2.大数据技术大数据技术是实现智慧地球的另一重要技术。
通过大数据技术，可以对各种数据进行分析和挖掘，发现数据背后的规律和趋势，为决策提供更加准确的数据支持。
同时，大数据技术还可以对各种数据进行整合和共享，实现数据的共享和交换。
3.云计算技术云计算技术是实现智慧地球的另一重要技术。
通过云计算技术，可以将各种计算资源（如服务器、数据库、存储设备等）汇聚到一个虚拟的云中，然后通过网络对外提供服务。
同时，云计算技术还可以对各种计算资源进行智能管理和控制，实现资源的自动化和智能化。
解读智慧地球SmartPlanet
性、传嬉器验证、数据一致性、机．机通信等方面都有它的特殊要求．也就是说它需要迁台它的“智慧”．将 来ＢＡＮ还可以麻川下消费者ｌＵ子、娱乐、运动、环境智能、薪枚、泛在计算、军事或安全普领域．
ＩＢＭ在幽２中对三要素魁这样描述的：２０１０年．平均罐人将拥有１０亿只品体管，每个品体管成本仅 为千万分之一羹分：２０１０年。全世界将有３００亿只ＲＦＩＤ标签．５年中增睦３３倍：２０１１年．全世界 将有Ｉ万亿物舳与２０亿人被连接在一起；云计算模式的成熟使人们可以饭１睡成本获樽几乎可无限扩展 的数据处理能力：２００８年．ＩＢＭ“走鹃”计葬机运算进度突破饵杪１０００盯亿敞．世界纪录１１年内提升了 １０∞倍。这意味看人类的能力已经足以支撑起太量用于备个领域的物联网。笔青相信．舳着物联对的发 展．在未来某一天，网上将有数万亿什东西互相通信。人】ｉＩ的物联髓麻州将使地球披上一层“通信外光”． 负责监控城市、公路和环境．随时将测鼠数据输八阿络进行处理．象皮肤一样保护地球，
１薯“
金融市场固为缺乏跟踪与有致监营，盲日扩张。形成危机
酬１世界需要变褂坐智慧
发然国家～方而为了补救咀前的过火以及今后把书悄做得尽埘蚶，不再继续无１７制地祸害人类唯一的 家制地球．另一方面为了继续增强自己的实力，走庄１Ｈ界前列，需蜚借助现代ＩｃＴ技术为地球引八更高 的“智穗”。发展牛围家玎舸揶还没冉完成ｌ业化这一历史进样，分删址在币同的发腮阶段（例如我围正 处往ｌ：业化们中斯）。多少也止了一段拉哒圆家的尝踏，ＵＩ白ｉ臆耗、高污染为代价击发城经济．然而．既 有时下上整，何必承ｊ｜｝；覆辙，发展ｔｐ旧家麻泼从现任起就借助现代ｌｃＴ技术引＾型高的“智慧”，把事情 ｛搜褂巫好，既仃利ｒ自己．义让世界受茄。＿ｌ】｝困提出的走新嘲ｌ业化进ｊ｛｛｝，不就是想让位１ｆ Ｊ【：业化之路的 肝、｜程走得更好更快吗！
智慧地球概念以及其影响
智慧地球概念以及其影响智慧地球（Smart Earth）是指运用信息技术和大数据等现代科技手段，将地球各个方面的数据进行收集、整合、分析和应用，以实现地球资源的高效管理和可持续发展。
智慧地球的概念在不同领域都有着重要的影响，包括城市规划、环境保护、气候变化应对等。
本文将探讨智慧地球的概念以及它在各个领域的影响。
一、智慧地球概念及其原理智慧地球的概念可以追溯到上世纪90年代初。
它基于信息技术与互联网的发展，通过数据的收集、整合、分析和应用，实现对地球资源的更好管理，以促进可持续发展。
智慧地球的原理主要包括以下几个方面：1. 大数据应用：智慧地球依赖于大数据的收集和分析。
通过收集各种与地球相关的数据，如环境数据、气象数据、能源数据等，使用大数据分析技术，可以揭示出地球资源的变化趋势和规律，从而指导资源的高效利用。
2. 物联网技术：智慧地球的实现少不了物联网技术的支持。
物联网技术将各种传感器和设备连接起来，使得各种数据可以被实时地传输和处理。
比如，在城市规划中，通过物联网技术可以实现对交通、能源、环境等方面的智能监管和管理。
3. 人工智能技术：人工智能技术是智慧地球不可或缺的一部分。
通过人工智能技术的应用，可以实现智慧地球系统的智能化管理和调控。
例如，在农业领域，通过人工智能技术可以实现对农作物、土壤和气象等多方面数据的智能分析和预测，帮助农民做出更科学合理的决策。
二、智慧地球在城市规划中的影响智慧地球在城市规划中有着重要的影响。
通过智慧地球技术的应用，城市规划可以更加科学和高效，满足人们对于宜居环境的需求。
以下是智慧地球在城市规划中的具体影响：1. 交通优化：智慧地球可以通过实时监测交通流量，应用智能路灯、智能交通信号系统等设施，优化交通流动，减少拥堵和交通事故的发生。
2. 能源管理：智慧地球可以实时监控城市能源的供需情况，通过智能照明系统、智能建筑等设备的应用，提高能源利用效率，实现节能减排的目标。
珍惜地球矿物资源
珍惜地球矿物资源矿物资源是地球的重要组成部分，为人类提供了大量的能源和原材料。
然而，由于过度的开采和使用，许多矿物资源已经面临枯竭的危险。
例如，煤炭和石油等能源矿物，虽然在短期内提供大量的能源，但是长期使用会导致地球环境恶化，甚至地质灾害的发生。
像铁、铜、锌等金属矿物，虽然在工业制造业中占有重要地位，但是长期过度开采会导致矿脉枯竭。
为了珍惜地球矿物资源，我们需要采取一系列措施。
首先，我们应该加强地质勘查工作，寻找更多的矿产资源。
通过引进先进的地质勘查技术和设备，提高地质勘查的精度和效率，从而发现更多的矿产资源。
其次，我们应该推广循环经济模式，实现资源的最大化利用。
通过提高废弃物的利用率和减少浪费，可以减少对矿物资源的依赖，从而延长资源的使用寿命。
最后，我们应该加强环境保护意识，减少对环境的污染和破坏。
通过采取有效的环保措施，可以保护生态环境，从而保障矿物资源的可持续利用。
总之，珍惜地球矿物资源是当今社会的重要议题。
我们需要采取一系列措施来合理利用和保护矿物资源，从而保障人类社会的可持续发展。
只有这样，我们才能为后代留下一个美好的地球。
数字地球，顾名思义，是指通过数字化技术将地球的全貌以虚拟的方式呈现出来。
这种技术使我们可以更直观地了解地球的各个方面，如地形、气候、自然资源等。
数字地球的优势在于，它可以将大量复杂的数据以直观、易懂的形式呈现出来，使科学家、政策制定者和公众都能更好地理解和把握地球的实际情况。
然而，数字地球也存在一些不足之处，例如数据更新和维护的成本较高，数据的精度和分辨率也受到一定限制。
与数字地球相比，智慧地球的概念更加宽泛。
它不仅涵盖了地球的各个方面，还包括了人与地球之间的互动关系。
智慧地球的实现，需要依靠先进的物联网、人工智能和大数据等技术，将这些技术与地球的各个方面结合起来，使地球变得更加“智能”。
例如，通过智能化的农业技术，我们可以更加精确地管理和利用土地资源，提高农业生产效率；通过智能环保技术，我们可以更加有效地保护生态环境，减少污染。
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第35卷第2期2010年2月武汉大学学报 信息科学版Geo matics and Informat ion Science of W uhan U niver sity V ol.35N o.2Feb.2010收稿日期:2010 01 11。
项目来源:国家973重点基础研究发展计划资助项目(2010CB731800);国家863计划资助项目(2009AA121404);国家自然科学基金重点资助项目(N010978003)。
文章编号:1671 8860(2010)02 0127 06文献标志码:A从数字地球到智慧地球李德仁1 龚健雅1 邵振峰1(1 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,武汉市珞喻路129号,430079)摘 要:分析了数字地球的发展及其取得的成就,探讨了伴随着IT 技术、通信技术和传感器技术的发展而出现的传感器网络和物联网这一新的基础设施,设计了基于全IP 架构的物联网的平台框架和典型应用,并展望了从数字地球发展到智慧地球的趋势和美好前景。
关键词:数字地球;传感器网络;物联网;智慧地球;数据服务;功能服务中图法分类号:P2081 数字地球及其取得的成就美国前副总统阿尔 戈尔在1998年提出数字地球时,就勾勒出一个诱人的虚拟地球景象,使真实地球作为一个虚拟地球进入了互联网,使普通老百姓甚至小孩子都能方便地运用一定的科学手段了解自己所想了解的有关地球的现状和历史,既能获得自然方面的信息,如地形、地貌、地质构造、山脉河流、矿藏分布、气候气象等,又能获得人文方面的信息,如经济、文化、金融、人口、交通、风土人情等[1]。
这个虚拟的数字地球以空间位置为关联点,整合相关资源(以地理信息系统和虚拟现实技术集成各类数据资源),实现了 秀才不出门,能知天下事!(see every thing on Web),见彩色插页∀图1。
数字地球是一个无缝的覆盖全球的地球信息模型,它把分散在地球各地的从各种不同渠道获取到的信息按地球的地理坐标组织起来,既能体现出地球上各种信息(自然的、人文的、社会的)的内在有机联系,又便于按地理坐标进行检索和利用。
数字地球是信息化的地球,它包括全部地球资料的数字化、网络化、智能化和可视化的过程。
其核心思想是用数字化手段整体性地解决地球问题,并最大限度地利用信息资源。
数字地球从数字化、数据构模、系统仿真、决策支持一直到虚拟现实,是一个开放的复杂的巨系统,是一个全球综合信息的数据系统工程。
数字地球的特点是空间性、数字性和整体性,它有自己的理论体系、技术体系、应用体系、工程体系,在这样的数字地球上,世界各国共同建立了GEOSS (g lobe earth observatio n system of systems)系统,提出了十年行动计划,旨在从9个方面支持社会可持续发展:#减少自然或人为灾害所造成的生命财产损失;∃了解环境因素对人类健康和生命的影响;%改善对能源资源的管理;&了解、评价、预测以及适应气候变异与变化;∋了解水循环,改善水资源的管理;(改善气象信息、天气预报与预警;)提高对陆地、海岸、海洋生态系统的保护与管理;∗支持可持续农业,减少全球荒漠化;+了解、监测和保护生物多样性。
下面从十多年的发展来总结一下数字地球所取得的主要成就。
1.1 数字地球实现了从二维到三维的跨越地图长期以来被认为是表达、传输和研究地理信息的最佳方式或载体,然而近年来这一观念已被打破了。
数字地球作为一个三维的地球信息模型,便被认为是迄今为止人类掌握地球表面信息最好的方式。
它的出现使人类在描述和分析地表空间事物的信息上获得了一次飞跃,,,从二维到三维的突破。
彩色插页∀图2为泰州市人民公园精细真三维模型。
武汉大学学报 信息科学版2010年2月1.2 数字地球实现了对地球多分辨率和多时态的观测与分析数字地球是用数字方式为研究地球及其环境的科学家尤其是地学家服务的重要手段。
地壳运动、地质现象、地震预报、气象预报、土地动态监测、资源调查、灾害预测和防治、环境保护等无不需要利用数字地球,而且数据的不断积累最终将有可能使人类能够更好地认识和了解生存和生活的这个星球,运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多时空和多种类的三维描述将不再是幻想。
彩色插页∀图3为北京市基于遥感影像的违章建筑动态监测示例性成果。
可以看出,抓紧建立城市规划动态监测系统,基于数字地球相关技术,加强对城市规划建设情况的动态监管,具有重要的现实意义。
1.3 数字地球实现了基于图形和基于空天地一体化实景影像的可视化和可量测数字地球的提出推动了基于图形和基于影像的空间数据的三维可视化。
基于图形的三维可视化可用于三维GIS的空间分析,如通视路径选择、噪声和污染模型分析。
贴上真实纹理的三维地形和城市模型可用于景观分析、构成虚拟地理环境和数字文化遗产。
基于影像的三维实景影像模型可构成大面积无缝的立体正射影像和沿街道的实景影像,用于可视化和由用户自主实施的按需测量![2]。
两种方法的有机结合可弥补网络电子地图的不足,可直接向公安、市政、交通、导航、LBS等行业提供满足需要的高精度的地图数据、全要素信息以及cm级分辨率的影像数据,这种可视、可量、可挖掘!的近景影像数据即被称为可量测的实景影像,它与网络电子地图产品相结合,可搭建一个以正射影像和实景影像为主要共享数据源的影像地球!。
可量测实景影像连同立体像对前方交会算法一起放在网上,任何终端上的用户即可按自己的需要进行量算和解译。
彩色插页∀图4为集成数字正射影像(DOM)、数字可量测影像(DMI)和数字线划图(DLG)的数字城市浏览功能。
1.4 数字地球实现了基于Web Service的空间信息共享与智能服务Web Service技术是当今信息领域应用最广泛的一种信息服务技术。
地球空间信息领域利用Web Service技术可以对各种空间信息资源进行注册,并提供在线服务,包括地球空间信息资源注册服务、传感器服务、空间信息传输服务、空间数据服务、空间信息处理服务、空间信息资源组合服务、空间信息服务质量、空间信息智能搜索服务、空间信息分发服务、空间信息可视化服务等。
对各种服务资源进行组合,可以加工提取更高级的信息,提供更智能化的服务。
数字地球作为一个空间信息集成平台,可以集成整合来自网络环境下的各种与地球空间信息相关的各种社会经济信息,然后又通过W eb Serv ice技术向社会和专业部门提供智能服务。
彩色插页∀图5是通过虚拟数字地球Geo Glo be 集成来自NASA的每周地震观测数据。
采用Web Service技术可以将分布在全球范围内的空间数据和处理软件按照一定的工作流程聚合起来,通过远程访问和远程计算得到用户所需要的结果,直接提供空间信息或地学知识的服务[3]。
彩色插页∀图6是基于Web Serv ice技术将美国NASA和武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室的处理软件聚合起来,得到抽象服务链,然后转化为执行链并调用相应数据进行分布式计算,得到江西鄱阳湖地区的洪水淹没范围,直接展示在GeoGlobe上。
1.5 数字地球通过兴趣点实现了与非空间信息的关联,以服务全民为更好地满足各类用户的需求,充实用户的参与感和创造力,可以把地球上的标志性建筑等公共兴趣点标注在数字地球网站上,同时提供用户个性化参与标注的功能。
可以将与人们衣食住行有关的企业的位置、图像和网站信息通过W eb 2.0上传到网络上,人们可以查看兴趣点的卫星图像、地图、地形和3D建筑。
如彩色插页∀图7为基于实景影像标注的武汉市步行街上的鲁巷广场。
数字地球直接影响到人们的生活。
人们常说的网上购物、电子货币、电子银行、电子商务等到时候已相当成熟和完善。
GPS与电子地图导航、Go ogle Earth和Virtual Earth等技术使人们更加真实和真正地身临其境地到达地球上任何一个想要到达的地方。
但同时,数字地球服务从最初的基于单纯的符号、文字和二维地图上升到三维、航空和地面多视角等多维位置服务,地理空间信息服务数据正朝着大信息量、高精度、可视化和可量测方向发展,对数据的生产、加工、服务内容和更新手段提出了自动化、实时化和智能化的更高要求。
2 传感器网络和物联网的出现及其发展传感器网络是由一定数量的传感器节点通128第35卷第2期李德仁等:从数字地球到智慧地球过某种有线或无线通信协议联接而成的测控系统,这些节点由传感、数据处理和通信等功能模块构成,安放在被测对象内部或附近,通常尺寸很小,具有低成本、低功耗、多功能等特点。
传感器网络与通常的计算机网络最大的不同在于,一个传感器网络节点由它的空间位置和传感器类型来共同确定,而一个普通的计算机网络节点只由一个惟一的标识符确定,而且传感器网络具有更好的容错性、实时性和对环境变化的自适应能力。
与传统传感器和传统测控系统相比,传感器网络具有明显的优势。
它采用点对多点的传感器总线甚至无线连接,大大减少了电缆连线,在传感器节点端即合并了模拟信号调理、数字信号处理和网络通信功能,节点具有自检功能,系统性能与可靠性明显提升,而成本明显缩减。
2.1 天 空 地一体化的智能传感器网络2006年,Nature杂志发表封面论文,,,2020 Vision,它认为观测网将首次大规模地实现实时地获取现实世界的数据,观测网是一个触及现实世界的计算科学,将是下一个科学前沿。
为不同应用目的而设计出的不同的遥感传感器对城市资源管理、动态监测服务具有不同尺度的探测能力,而信息技术和传感器技术的飞速发展极大地丰富了遥感数据源,每天都有数量庞大的不同分辨率的遥感信息从各种传感器上接收下来。
这些高分辨率、高光谱的遥感数据为遥感定量化、动态化、网络化、实用化和产业化及利用遥感数据进行地球各种资源的管理、动态监测和服务[4]。
彩色插页−图8是一个用智能手机实现城市网络化服务的例子,城市管理员用手机上传图片给监督中心,以实现及时维修井盖的过程。
笔者曾提出,广义空间信息网格是指在网格技术支撑下空间数据获取、更新、传输、存储、处理、分析、信息提取、知识发现到应用的新一代空间信息系统。
广义空间信息网格由智能传感器网络、基于网格计算的多传感器数据 信息 知识的智能处理系统。
其中,智能传感器网络是空间信息网格的数据输入系统,也是现代信息技术的三大基础之一[5]。
随着传感技术、计算机硬、软件技术、网络通信(包括无线和移动通信、卫星通信等)技术的进步,在上述网格技术和网格计算环境下,未来的传感器将构成价廉、大中小型相结合、无处不在的接触或非接触的智能传感器网络。
Neil Gross在地球将附上一层电子皮!一文中对传感器网作了如下的描述:在下一世纪(即21世纪),行星地球将附上一层电子皮[6],它用互联网作为骨架来支持和传输各种感知。