数字地球的基本概念.ppt

第二章：数字地球的基本概念,戈尔描绘的数字地球,一个小孩来到某地方博物馆的一个“数字地球”陈列室,当她戴上头盔显示器时,她看到一个地球,这地球和太空中正在转动的地球一模一样。使用“数据手套”,她开始放大景物,戈尔在他的演讲中把“数字地球”描述为“能嵌入海量地理数据的，对我们的地球进行多分辨率、三维的一种再现”。他虽然没有对数字地球作出学术定义，但戈尔还是比较明确地把数字地球与遥感、地理信息系统、计算机技术、网络技术、多维虚拟现实技术、可持续发展决策、灾害、资源、土地利用规划、军事、全球变化、教育等连在一起。可以认为戈尔的“数字地球”创意提出了用数字化的手段来处理整个地球多方面问题的思想，而“数字地球”的含义则需要学术界进一步探讨。,陈述彭,“数字地球”是从90年代以来,全球对地观测系统、卫星通讯系统与全球因特网等高新技术基础之上的信息集成系统工程的统称,是21世纪信息社会的前奏,涉及到知识产权、国际合作、数据共享等诸多社会、法律、政策变化问题;而又广泛服务于经济建设、远程教育,乃至影响国家安全、国家主权、民族团结的重大问题。,李德仁,严格地讲，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，以宽带网络为纽带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，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。,数字地球通俗地讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。,宁津生,“数字地球”就是信息化的地球,是一个地球信息模型,它把有关地球每一点的所有信息,不是象普通数据那样存放在数据库里,而是按地球的地理坐标加以整理,然后构成一个全球的信息模型,这样我们就可以快速、实时、完整、形象地了解地球上各种宏观的和微观的情况,便于人类最大限度地实现信息资源的共享和合理使用,为人类认识、改造和保护地球提供一种新的手段。,童庆禧,数字地球是一个以地球空间信息为基础（框架），嵌入（融合）地球各种数字信息的一个系统平台，将数据的采集、存储、处理、传输、通信等一体化，通过地球数字的信息化手段，最大限度地利用地球信息，处理和分析整体的地球科学问题，为全球资源、环境保护与利用以至教育提供的先进工具。,承继成、李琦,数字地球是指在地球上任何一点的资源、环境、经济和社会有关的、用经纬网坐标进行组织和计算机进行管理的、多分辨率的卫星数据的搜集以及海量数据存贮与管理、宽带网传输和科学计算与虚拟表达的技术系统。简单地说:数字地球就是信息化的地球。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。或者说,数字地球就是虚拟地球。,“数字地球”的基本框架-十四个体系,数据获取与更新体系数据处理与储存体系信息提取与分析体系数据与信息传播体系数据库体系网络与计算机硬件体系应用体系(应用模型库等),专用软件体系咨询服务体系专业人员体系用户体系教育体系标准与互操作体系法规和财经体系,不妨仅以数据库体系为例看看“数字地球”的空前壮阔。“数字地球”的数据库不仅可以包括全球性的中、小比例尺的空间数据，还包括局部范围的大比例尺的空间数据（比如大比例尺的城市地籍数据）以及所有相关的元数据；不仅包括地球的各类多光谱、多时相、高分辨率的遥感卫星影像、航空影像、不同比例尺的各类数字专题图，还包括相应的以文本形式表现的有关可持续发展、农业、资源、环境、灾害、人口、全球变化、气候、生物、地理、生态系统、大气、水文循环系统、教育、人文和军事等等不同类别的数据。这些数据目前的基础是正在建设中的国家空间数据基础设施（NSDI）和全球空间数据基础设施（GSDI）。,“数字地球”的特点,第一、“数字地球”具有空间性、数字性和整体性，这三者的融合统一，形成了它与其它信息系统的根本区别，使它必将成为人类历史上最大最重要的信息系统。第二、“数字地球”的数据具有无边无缝的分布式数据层结构，包括多源多比例尺多分辨率的、历史和现时的、矢量和栅格格式的数据。第三、“数字地球”具有一种可以迅速充实、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”的特点,第四、“数字地球”以图象、图形图表、文本报告等形式分别提供免费或收费的或局部范围或全球范围的数据、信息、知识方面的服务，其中提供信息服务是最主要的任务。第五、“数字地球”中的数据和信息同时也按普通、限制、保密等不同保密等级组织起来的，不同的用户对不同的数据和信息具有不同的使用权限。第六、“数字地球”采用开放平台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。,“数字地球”的特点,第七、“数字地球”的用户可以以多种方式从中获取信息；任何一个用户都可以实时调用，无论生产者是谁，也无论数据在什么地方；国际互联网上的用户可以根据自己的权限查询“数字地球”中的信息；运用具有传感器功能的特制数据手套，还可以对“数字地球”进行各类可视化及交互操作。第八、“数字地球”的服务对象复盖整个社会层面，无论政府机关还是私人公司，无论科教部门还是生产单位，无论专业技术人员还是普通老百姓，都可以各自在其中找到自己所需要信息。,“数字地球”的特点,第九、在空间内的活动是不受限制的；第十、在时间空间内也是不受限制的。,数字地球的基本内涵,数字地球是对地球的认识程度，是数字化的、三维显示的虚拟地球，是信息化的地球，是为全人类实现信息共享而建立的一个信息生活空间。数字地球从数字化、数据建模、系统仿真、决策支持一直到虚拟现实，是一个开放的复杂的动态信息巨系统。数字地球是涉及国家发展的重大战略问题，实施数字地球计划，需要政府、企业和学术界的共同参与以及全社会的支持。数字地球是一次新的技术革命，它将改变人类的生产和生活方式，进一步促进科学技术的发展，推动社会经济的进步。,5.数字地球是一种全球战略思想，它的核心是指用全数字化的信息获取、存储、传输与处理技术，去控制和操纵全球性的事务6.数字地球是一座海量信息库，世界上最大的地球图书馆，人们通过它可以更清楚地认识和了解我们生存的世界，有利于人地关系的进一步协调。7.数字地球是从20世纪90年代以来，全球对地观测系统、卫星通讯系统与全球因特网等高新技术基础之上的信息集成系统工程的统称。8.数字地球是一个地球表层信息模型，把航空、航天的遥感信息与地球化学、地球物理以及传统的地理、地质资料在GIS下的整合，并结合专家系统，建成地学模型。,数字地球的主要组成,数字地球以因特网为基础、以空间数据为依托、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个部分：数据系统、软硬件系统和应用模型。,基础理论研究：包括地球信息形成机制，设计地球科学信息论，信息流、信息场能量信息存储信息等应用基础理论：地理信息系统的自组织理论、自相似理论、整体性与分异性理论空间结构与空间功能理论、熵原理、承载力理论突变与混沌理论技术基础理论：图像信息科学的理论、面相对象理论、关系数据库理论、空间数据模型理论、信息综合理论、空间关系理论、OpenGIS理论。支撑技术：数据仓库与数据交换中心的建设 图像处理技术 高性能和并行计算研究,数字地球相关的理论和技术,主要包括数据结构理论、多源多时相多分辨率数据集成理论、分布式计算理论、海量存储理论、三维仿真理论、空间数据仓库理论、智能化信息提取理论、信息的认知理论、遥感技术、动态互操作技术、数据发掘技术、开放平台、构件技术、分布式对象技术、智能代理技术、计算机图形和虚拟环境技术、多维虚拟现实技术、空间数据多媒体技术以及可持续发展、农业、资源、环境、灾害（水灾、旱灾、火灾）、人口、气候、生物、地理、全球变化、生态系统、水文循环系统等方面的建模理论等。,数字地球的作用,为人类提供关于地球的全方位的海量的数据和信息。掌握这些数据和信息,并将它们组织起来,就能了解全球的资源、环境、社会、经济的分布和变化,从而在实施可持续发展战略、编制土地利用规划、保持生物多样性、预测气候变化、解决政治或经济危机、处理突发事件、指导虚拟外交、增加农业产出、治理环境污染、防灾减灾、打击犯罪等方面产生巨大的社会效益、经济效益和生态效益。,数字地球的作用,改变人类社会的生产和生活方式。数字地球具有广泛的应用领域和相关领域,如数字农业、数字海洋捕捞、数字交通、数字旅游、数字经济(包括电子商务、电子金融)、数字社会(包括电子政务、电子公安、电子法院等)、数字区域、数字城市、数字战场、数字外交、数字政治等等。数字地球技术的发展,将带动这些信息产业的发展,为社会提供更多的就业机会,同时也使人类社会的生产和生活方式发生巨大的改变。,数字地球的作用,为地球科学提供知识创新和理论研究的科学实验条件。数字地球为我们提供了一个虚拟的地球,利用其强大的科学计算工具,可以使过去认为无法进行的,在时间或空间尺度上跨度太大或太小的各种过程实验得以实现,使一些纯理论无法解释的复杂的自然现象的能够模拟及预测。,发展中国数字地球的意义,“中国数字地球”是指中国的数字地球建设,即有中国特色的数字地球。它的研究对象是整个地球以及整个数字地球的技术系统,但这里的整个地球不是指全球,而是指地球上我们感兴趣的重点地区,整个数字地球技术系统则是指要进行全球研究的技术能力。“数字中国”则是指中国的数字化或中国的信息化,它是中国数字地球的重要组成部分。,发展中国数字地球的意义,为实现国家的社会经济可持续发展提出整体性决策“可持续发展”是我国的中长期发展战略之一,它要求人口、社会、经济与资源环境要相协调发展。我国目前面临着越来越尖锐的资源与环境问题,耕地减少,荒漠化加剧,自然灾害频繁,环境条件恶化等等,无不为可持续发展敲响警钟。过去通常是只对某一方面单独采取措施,往往收效不大,反而引发新的问题。通过“中国数字地球”这样一个总体性的国家信息系统,我们可以方便地获得地形、土壤、气候、植被、土地利用的变化数据,还可以获得不同区域的矿产、能源、森林等资源信息。利用空间分析与虚拟技术对这些数据进行分析,可以模拟人类活动对地球环境的影响,从而制定可行的可持续发展对策。,发展中国数字地球的意义,实现”科教兴国”战略的大好良机数字地球”并非一个孤立的科技项目或技术目标,而是以信息高速公路和国家空间数据基础设施为依托的整体性、导向性的战略思想,它将是21世纪知识经济的战略制高点和未来信息社会的一种重要信息资源。在知识经济社会中,拥有信息资源的重要性远胜于在工业经济社会中拥有自然资源的重要性。数字地球包容80%以上的人类信息资源,是未来信息资源的主体核心。拥有“数字地球”等于占领了知识经济社会的一个重要的战略制高点。回顾社会的发展史我们可以发现,落后国家要追赶先进国家的必然手段是实现技术的跨越。因此,我们必须抓住这一历史性机遇,抢占制高点,通过“数字地球”战略的实施,促进我国科学创新体系的形成和发展,使我国在现代科学技术的国际竞争中处于有利的地位。,发展中国数字地球的意义,推动中国经济的跨世纪发展中国数字地球无论对当今的以工农业为主体的传统经济社会,还是未来的以知识经济为主体的经济社会都具有重大的意义。数字地球提供的数据和信息,可以指导人类更有效地管理地球以及人类本身;数字地球的应用,如数字农业、数字城市、数字交通、数字社会、数字政府等将会带来巨大的经济效益、社会效益和生态效益;数字地球本身将形成一个广泛而又重要的产业,极大地促进我国社会主义市场经济的发展。,发展中国数字地球的意义,保障国家安全与国际和平数字地球可以看作是美国全球战略的延续和发展。在未来的信息时代,利益的分配将无不与数字地球息息相关,数字地球战略将使国家经济安全面临严峻的挑战。掌握数字地球技术将在保障国家安全与国际和平方面赢得主动权,而忽视“数字地球”的建设,将导致国家安全方面的全面的被动。,发展中国数字地球的意义,促进信息科学技术、环境科学技术和地球科学的发展数字地球是遥感、遥测、地理信息系统、计算机通信网络与仿真虚拟技术的高度综合和升华。数字地球不仅使我们对赖以生存的星球有了更加全面的深刻的认识,而且还形成全新的思维方法和工作方式,改变了原有的时间和空间的观念,产生了新的学科领域地球信息科学。它从更高的层次、从系统论和一体化的角度来整合和应用已有的或者正在发展的理论、技术、数据和能力,从而更广泛、更深入、更有效、更经济和更长远地为社会提供服务。,“数字地球是继信息高速公路和知识经济之后又一新的国际科技发展动向。对此，我们应该认真地进行思考，研究提出符合国情的发展思路，确定切实可行的行动对策”；“早日实现数字中国，是我国争先抢占技术产业和经济制高点，是我们走向二十一世纪知识经济时代的发展战略”。,江泽民,胡锦涛,“推进数字中国地理空间框架建设、加快信息化测绘体系建设，提高测绘保障服务能力”。,温家宝,“数字地球就是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与认识。数字地球最重要的基础设施建设，是地球观测系统、信息高速公路和国家空间数据基础设施这样三个组成部分。”“今后一个时期，中国测绘的主要任务就是要进一步完善测绘管理体制与运行机制，发展开放型测绘，加快国家基础地理信息系统建设，构建数字中国地理空间基础框架，积极推进国民经济和社会信息化，全面提高测绘保障能力和服务水平，并为国际测绘发展和进步做出更大的贡献。”,