數字地球

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數字地球(Digital Earth)

　　數字地球是模擬地球錶面和近錶面的特殊和一般現象兩方面特征的一系列努力,其在將地球所有部分的知識綜合為一個計算環境，即全球化和完全數字形式表達知識的數字化兩個方面有著與以往在這方面的努力根本不同的創新。

　　戈爾認為：“我相信我們需要一個“數字地球”，即一種可以嵌人海量數據的、多解析度的和三維的地球表達。他明確地將“數字地球”與遙感技術、地理信息系統、電腦技術、網路技術、多維虛擬現實技術等高技術和可持續發展決策、農業、災害、資源、全球變化、教育、軍事等方面的社會需求聯繫在一起。

　　“數字地球”是1998年1月31日美國副總統阿爾.戈爾在加利福尼亞科學中心所作的演講中提出的—個新概念(1992年戈爾在其著作《瀕臨失衡的地球》中已提到了“數字地球”)。他在講如何研究全球氣候變化，建立全球氣候模型時就說：“如何來處理每天從衛星軌道上掃描下來的龐大數據。我們過去從未想到能收集這麼多的數據。為了整理和解釋這些數據，我提出了一個姑且稱為‘數字地球’的計劃，旨在建立一個新的全球氣候模型”。

　　然而在1998年1月的演講中，戈爾對“數字地球”概念作了比較全面和通俗的說明，從而才引起人們的興趣和重視。演講的題目是“數字地球：11世紀認識地球的方式”。戈爾在其演講的開頭就說：“—場新的技術革新浪潮正允許我們能夠獲取、存儲，處理並顯示有關地球的空前浩瀚的數據以及廣泛而又多樣的環境和文化數據信息。今天，我們經常發現我們擁有很多數據，卻不知如何處置：正如我們過去一個時期的農業政策一樣.一方面生產的糧食被堆積在中西部的糧食倉庫里霉爛，另一方面卻有數百萬人被餓死。現在，我們貪婪地渴求知識.而大量的資料卻閑置一邊.無人問津。”接著他提出：“我相信我們需要—個數字地球，即一種可以嵌入海量地理數據的.多解析度的和三維的地球的表示”。戈爾形象地描繪說：“比如.可以設想一個女孩來到地方博物館的—個數字地球陳列室，當她戴上頭盔顯示器，她將看到就像是出現在空中的地球。使用‘數據手套’，她開始放大景物，伴隨越來越高的解析度，她會看到大洲，隨之是區域、國家、城市，最後是房屋、樹木以及其它各種自然和人造物體。在發現自己特別感興趣的某地塊時，她可乘上‘魔毯’，即通過地面三維圖象顯示去深入查看。當然，地塊信息只是她可以瞭解的多種信息的一種。使用數字地球系統的聲音識別裝置，小孩還還可以詢問有關土地覆蓋、植物和動物種類的分佈、實時的氣候、道路、行政區線、以及人口等方面的文本信息。”“她不僅可以跨越不同的空間，也可以在時間線上賓士。為了去參觀盧浮宮，她先在巴黎作了一番虛擬旅游之後，又通過細讀重疊在數字地球錶面上的數字化地圖、時事摘要、傳說、報紙以及其他第一手材料，她便回到過去，瞭解法國曆史。她會把其中一些信息轉送到自己的Email庫里，等著以後再讀。這條時間線可伸回很遠，從數日、數年、數世紀甚至地質紀元，去瞭解恐龍的情況。”戈爾的這種描繪為我們勾勒出一個誘人的數字地球景象，真實地球作為一個虛擬地球進入了陳列室，使普通老百姓，甚至一個小孩子都能方便地運用一定的科學手段獲得自己所想瞭解的有關地球的現狀的和歷史的信息。真可謂“全部地球盡收眼底”，當然，這個虛擬的“全部地球”，只是人們今天所認識別的地球，還不可能是真實的全部地球。

　　通讀戈爾這篇約5000字的演講。他只對數字地球作了一個大概的輪廓的設想和描述，列舉了建立數字地球所需要的數種關鍵性技術，如科學計算、海量儲存、衛星圖像、寬頻網路、互操作、元數據等，指出了數字地球可能的無比廣闊的應用前景，諸如指導模擬外交、打擊犯罪、保護生態多樣性、預報氣候變化、提高農業生產率等，以及建立數字地球的大致步驟。這不是一篇嚴謹的學術論文，甚至並沒有對數字地球給出清晰的科學定義，然而，數字地球，21世紀認識地球的新方式，作為一個新穎的概念，一經在這篇演講中提出，立即引起人們的興趣和關註，在科技界成為了現時的熱門話題。

　　數字地球是什麼?對這個問題的回答主要有“號召論”和“工程論”，具體來說有以下幾種觀點:

1. 可以嵌入海量地理數據、多分辯率、三維的對地球的表示(戈爾)。
2. 虛擬地球(美國1998年6月23日數字地球研討會)。
3. 對真實地球及其相關現象的統一性的數字化重現和認識，其核心思想是用數字化的手段來處理整個地球方面的問題(中國部分高級學者)。

　　正如90年代以前，在GIS產生近30年後科學家們還無法給出一個準確的GIS定義一樣，對數字地球的含義在現在不可能有一個明確的限定，只可有一個方向性的認識，如:信息獲取、處理和應用是數字地球的三個重要組成部分。數字地球的核心思想是用數字化手段統一性地處理地球問題、最大限度地利用信息資源。數字地球主要是由空間數據、文本數據、基於INTERNET的操作平臺和應用模型組成。可以肯定的是在數字地球這個統一性術語(Umbrella Term)下，以GISci為核心，EOS計劃、INTERNET-II計劃和其他一些大型的國際合作計劃將捆在一起形成一個大的方向，將使現有的學科進一步交叉、融合，將大大推進GC的研究、SD戰略的實現和學科重組。作者認為數字地球是一個分散式、多尺度、多維(4.5維)的地理信息系統，數據主要源於遙感技術、全球定位系統和其他數字化手段。

　　“數字地球”的基礎研究系列及重點發展方向“數字地球”的基礎研究系列首先是對數字化的地球信息的分類，即在傳統的地球信息分類體系基礎上，構造數字地球信息的分類體系。近年的基礎研究實踐表明，數字地球信息的分類要考慮地球信息的空間和時間尺度、性質屬性、精度解析度。當前發展的重點方向為;資源、環境、災害和人口、經濟等數字化信息的分類體系的建立。數字地球信息的綜合轉化、挖掘集成及對地球錶面過程的再現方法Γ虛擬模擬體系是這一研究系列的第二個方面的內容，這主要包括;多維數據的管理及其相互之間的轉化模型?多維和多尺度數據結構及其挖掘和綜合集成方法?地球錶面多尺度過程的動態虛擬模擬模型的建立。當前發展的重點方向是數據挖掘和基於數字化信息的地表過程虛擬模擬模型。第三是地球系統遙感觀測數據的信息識別和傳輸機理，其重點發展的方向是地球表層特性的遙感信息識別模型，以及自動數字化製圖的信息傳輸機理。第四是數字地球海量數據的管理技術方法，其內容包括;空間坐標體系、信息共用與互操作的技術方法，智能化軟體對海量數據的管理方法，以及海量數據的安全技術方法。當前發展的重點方向是“數據倉庫”的建設和管理方法。

　　數字地球可以充分地利用有關地球的所有信息(關於我們星球的各種環境和文化現象信息)，以促進社會進步和經濟發展。數字地球的應用可以劃分為全球層、國家層、區域層3個層次。全球層是指以整個地球為對象，主要包括全球氣候變化、全球植被與土地利用、土地覆蓋變化、生物多樣性變化、全球海平面及海洋環境變化、全球地形變化及地殼運動監測(地震)及全球經濟發展水平監測與評估等。國家層是指以一個國家為對象，包括資源、環境、經濟、社會、人口的動態監測與分析作為研究對象，尤其對於農作物種植面積、長勢及估產、洪澇、乾旱、火災、蟲害等的監測，交通及經濟狀況監測等。區域層是指以城市、集鎮、農村、社區為對象，包括信息化帶動傳統產業改造和升級、經濟社會發展態勢、管理和服務等。目前，數字地球、數字中國、數字城市、數字流域等研究在我國已蓬勃開展，取得了顯著的成就。

　　數字地球對於發展全球信息產業具有非常重要的作用，數字地球作為lntetnet上一個最主要的信息載體，社會經濟生活的各個部門和行業都可以將自己的信息載入到上面，最終將會形成全世界每年數百億美元的新的經濟增長點。目前國外一些軟體廠商已經開發了一些與數字地球有關的系統，不過他們的目標和服務價值主要體現在地圖搜索和其他的輔助商業服務。目前這方面做得很不錯的主要有Google公司推出的Google Earth，Microsoft公司推出的MSN Visual Earth，以及NASA的World Wind。在現代化戰爭和國防建設中，數字地球具有十分重要的意義。建立服務於戰略、戰術和戰役的各種軍事地理信息系統.並運用虛擬現實技術建立數字化戰場，顯示數字地球在國防中有重要應用潛力。

　　數字地球已極大地方便了百姓的生活。普通大眾可以在數字地球上學習、購物、參觀、旅游，也可以通過時間和空間的變化，穿越時間和空間範圍，領略風土人情、文學藝術、自然景觀、植物、動物、天氣等.仿佛身臨其境。總之，數字地球將對我們社會生活的各個方面產生巨大的影響。其中有些影響我們可以想象，有些影響也許我們今日還無法想象。