前言。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。本文将谈谈3s技术等地学的前端技术在数字地球中的应用,对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技术我国发展。
一。数字地球简介。
数字地球是美国副**戈尔2023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,其核心内容是全球信息数字化。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”。在接下来对数字地球的直观实例解释中可以发现,戈尔的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。数字地球以因特网为基础,以空间发展为依托,以虚拟现实技术为特征,是具有三维界面和多种分辨率浏览器面向公众的开放系统,其主要组成一般包括以下三部分:数据系统,软硬件系统和应用模型。
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。
数字地球”就是数字化的地球,信息化的地球,或地球信息化;信息化的问题就是数字化、网络化、智能化。数字地球的核心思想有两点:一是用数字手段统一处理地球问题;二是最大限度的利用信息资源,并使普通百姓能够通过一定方式方便的获得他们想要了解的有关地球的信息。
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。
全球变化与社会可持续发展已成为当今世界人民关注的重要问题,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**,从而提高人类应对全球变化的能力。数字地球可以广泛的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,土地利用变化的检测。
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**,如:自然资源与经济发展,人口增长与社会发展,灾害**与防御等。
与此同时,在社会经济方面,数字地球可以容纳大量行业部门,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,海岸带开发。从贴近人民的生活看,房地产公司可以将房屋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**和影像放到公共的数字地球上;世界著名博物馆和图书馆可以将其收藏以图像声音文字的方式放到数字地球上;甚至商店可以将货架上的商店制作成多**或虚拟产品放到数字地球中,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起到巨大的推动作用。因此,数字地球的推进必将对社会经济与人民生活产生巨大影响。
二。数字地球的技术基础。
要在电子计算机上实现数字地球不是一个很简单的事,它需要诸多学科,特别是信息科学技术的支撑。这其中主要包括:信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存贮技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术。
1.信息高速公路和计算机宽带高速网。
一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮,而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。为此,美国克林顿**早在2023年2月就提出实施美国国家信息基础设施(nii),通俗形象地称为信息高速公路,它主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成。
美国为此计划投入4000亿美元,耗时20年。到2023年的目标是提高生产率20~40%,获取35000亿美元的效益。
在internet流量爆发性增长的驱动下,远程通信载体已经尝试使用10g/s的网络,而每秒1015byte的因特网正在研究中。相信在21世纪将会有更加优秀的宽带高速网供人们使用。
2.高分辨率卫星影像。
本世纪的遥感卫星影像,在卫星遥感问世的20多年分辨率已经有了飞快的提高,这里所说的分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸,用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80米,已提高到30米,10米,5.
8米,乃至2米,军用甚至可达到10cm。到下一世纪获取1m或优于1m的空间分辨率影像将会十分方便。光谱分辨率指成像的波段范围,分得愈细,波段愈多,光谱分辨率就愈高,现在的技术可以达到5~6nm(纳米)量级,400多个波段。
细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。
时间分辨率指重访周期的长短,目前一般对地观测卫星为15~25天的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座可以3~5天观测地球一次。
高分辨率卫星遥感图像在下一世纪将可以优于1米的空间分辨率,每隔3~5天为人类提供反映地表动态变化的详实数据,从而实现秀才不出门,能观天下事的理想。
3.空间信息技术与空间数据基础设施。
空间信息是指与空间和地理分布有关的信息,经统计,世界上的事情有80%与空间分布有关,空间信息用于地球研究即为地理信息系统。为了满足数字地球的要求,将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型(dem)三库一体化管理的gis软件和网络gps,将在下一世纪十分成熟和普及。从而可实现不同层次的互操作,一个gis应用软件产生的地理信息将被另一个软件读取。
当人们在数字地球上,进行处理、发布和查询信息时,将会发现大量的信息都与地理空间位置有关。例如查询两城市之间的交通连接,查询旅游景点和路线,购房时选择价廉而又环境适宜的住宅等都需要有地理空间参考。由于尚未建立空间数据参考框架,致使目前在万维网上制作主页时还不能轻易将有关的信息连接到地理空间参考上。
因此,国家空间数据基础设施是数字地球的基础。
国家空间数据基础设施主要包括空间数据协调管理与分发体系和机构,空间数据交换**、空间数据交换标准及数字地球空间数据框架。这是美国克林顿**在2023年4月以行政令下发的任务,美国将于2023年元月初步建成,我国也将在跨世纪之际,抓紧建立我国基于1:50000和1:
10000比例尺的空间信息基础设施。欧洲、俄罗斯和亚太地区也都纷纷抓空间数据基础设施。
空间数据共享机制是使数字地球能够运转的关键之一。国际标准化组织iso/tc211工作组正为此而努力工作。只有共享才能发展,共享推动信息化,信息化进一步推动共享。
**与民间的联合共建是实现共享原则的基本条件,因为任何国家的**也不可能包揽整个信息化的建设。在我国,要遵循这一规律就必然要求打破部门之间和地区之间的界限,统一标准,联合行动,相互协调,互谅互让,分工合作,发挥整体优势。只有大联合才能形成规模经济的优势,才能在国际信息市场的激烈竞争中争取主动。
4、大容量数据存贮及元数据。
数字地球将需要存贮节的(quadrillions)信息。美国nasa的行星地球计划eos—am1 99年上天,每天将产生1000gb(即1tb)的数据和信息,1米分辨率影像覆盖广东省,大约有1tb的数据,而广东才是中国的1/53。所以要建立起中国的数字地球,仅仅影像数据就有53tb,这还只是一个时刻的,多时相的动态数据,其容量就更大了。
目前美国的nasa和noaa已着手建立用原型并行机管理的可存贮1800tm的数据中心,数据盘带的查找由机器手自动而快速地完成,相信到下一世纪,还会有新的突飞猛进。
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