数字地球概念与组成(备份).ppt

数字地球与当代战争,西华师范大学-国土资源学院,周 旭135-50598511,Digital Earth and Contemporary War,第1章 数字地球概念与组成,1、数字地球概念提出 数字地球概念是1998年1月31日美国前副总统戈尔在加利福利亚科学中心发表题为“The digital earth:Understanding Our Planet in the 21st Century”演讲后，才逐渐为社会各界接受和熟悉的科学术语或时代热点。,戈尔是如何描述的呢？设想一个小女孩来到一个数字地球陈列室，戴上头盔显示器，她将看到一个空中的地球。使用数据手套，她开始放大景物，随着分辨率的提高，她会看到大陆板块、国家、城市、最后到房屋、树木和各种自然和人造的物体。在发现自己特别感兴趣的地方后，她可乘上魔毯，在三维图像中进行飞行浏览。当然，地形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，她还可以查询有关土地覆盖、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。用数据手套继续点击超链接，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。甚至可以把要去步行旅游的地方从头到尾地浏览一遍。,第1章 数字地球概念与组成,戈尔是如何描述的呢？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，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。Digital Earth will be a virtual representation of our planet that enables a person to explore and interact with the vast amounts of natural and cultural information gathered about the Earth.,第1章 数字地球概念与组成,2、数字地球由来背景 数字地球概念由来有其深刻的政治、经济、社会和科学背景。（1）政治背景-美国国家战略目标（2）经济背景-知识经济端倪（3）社会背景-人类空间信息需求（4）科学背景-科学分化与综合,第1章 数字地球概念与组成,第1章 数字地球概念与组成,从政治经济的角度看：冷战结束后，世界的重心由苏美在政治和军事上的全面对峙变为政治多极、市场经济在世界范围内逐步占有主导地位以及经济的全球化。人类社会的经济形态由农业经济、工业经济逐步向知识经济过渡，知识经济最大的特点：不依赖于自然资源，而是以人为本，依托于信息资源，而信息资源的80%部分应当与数字地球有关。,第1章 数字地球概念与组成,从认知思想的角度看：人类认识事物的过程，是从数字、文字、文章、文化和从部落、公社、国家这样发展的，信息技术和信息社会又重复这个过程，即数字、文字、图像、图形；网络应用是从主页到数字政府；从独建独用，到共建共享；人类认识地球的角度和范围从局域性的图形、地区、国家，再到一个全球性的“数字地球”的概念。,第1章 数字地球概念与组成,从学科背景的角度看：地球科学的发展从定性的认识，半定量的描述和分析，到多学科共同协作，各种技术的综合运用来对地球科学的重大事件进行定量和综合研究，数字地球代表这种发展趋势。中国地学界最近几年就这方面的名词问题先后的提法，如地球信息科学，地球信息技术，地球空间信息科学，地球空间信息技术，地理空间信息技术，地理空间信息科学等，基本目的在于体现这种发展趋势。,第1章 数字地球概念与组成,从技术背景的角度看：数字地球最直接相关的8个方面：空间对地观测技术、计算机技术、网络技术、通讯技术、遥感、地理信息系统、全球定位系统、智能计算技术都发展很快，也逐步与全球化连在一起，地理信息逐步进入信息技术的主流（信息技术又是知识经济的主体），即应用对象与应用手段（技术）的融合成为一个主流。,2、数字地球由来背景,数字地球由来过程,第1章 数字地球概念与组成,电子计算机的问世,1946年2月由宾州大学研制成功的ENIAC电子计算机时代的到来,电子数字积分计算机,重达30吨占地250m2启动工耗150000瓦18000个电子管保存80个字节,计算机的分代,第1章 数字地球概念与组成,信息社会的标志,信息、知识成为社会最重要的生产力要素，是比物质、能量更为重要的资源。是以信息经济、知识经济为主导的经济。劳动者的知识化成为基本要求。科技与人文在信息、知识的作用下更加紧密的结合起来，农业社会、工业社会的文化被追求科学精神和人文关怀的社会规范和文化所取代。人类生活质量不断提高，社会可持续发展。,社会信息化的意义,社会信息化：是指在全社会包括经济、政治、文化、生活等各个方面广泛应用现代技术，有效开发和利用信息与信息资源，促进经济发展和社会进步的过程。社会信息化的意义社会信息化是社会发展的必然结果，是全球竟争的需要；社会信息化促进经济增长；社会信息化将改变社会生活与文化。,信息社会发展过程中的重大事件：1991年美国政府智囊团首先提出“信息社会”的概念。1992年，西方七国集团在布鲁塞尔召开“信息技术部长会议”，首次确定了“全球信息社会”的构想。1993年，美国开始建设全美“信息高速公路”。1996年，联合国在南非召开了“信息社会和发展大会的部长级会议”。,第1章 数字地球概念与组成,NII-NSDI概念,第1章 数字地球概念与组成,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,我国信息化建设,美国信息产业占美国国民生产总值的70%。我国只占国民生产总值的30%左右。我国信息产业值只有美国信息产业值的十分之一。美国经济增长的1/3来自信息产业，740万美国人就业于该行业上并拿到高于其它私人部门60的薪金。美国 内部的电子商务超过1.5万 亿美元的产值。,我国与美国的信息产业,发展中国家与发达国家客观存在数字鸿沟。什么是数字鸿沟？数字鸿沟（DigitalDivide）指当代信息技术领域中客观存在的差距现象，本质是获取和利用信息资源的不平等性，既存在于信息技术的开发领域，又存在于信息技术的应用领域。为什么会出现数字鸿沟？第一、因特网的网路、服务器和主节点只属于少数人；第二、要想进入计算机世界需要大量时间、精力和金钱；第三、公共设施和个人终端的维护需要大量费用。总之，财富和地位的差异直接导致网络环境下的巨大不平等。,第1章 数字地球概念与组成,3、数字地球科学定义 什么是数字地球？迄今为止，包括首倡者戈尔在内，均未给出严格的科学定义，不同学者有不同认识。戈尔认为：数字地球是指可以整合海量地理数据的、多分辨率的、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，实现在不同分辨率水平上对地球进行三维浏览的虚拟地球系统。,第1章 数字地球概念与组成,戈尔提出数字地球的概念时认为“它是一个包容海量数据信息、多分辨率、三维的虚拟地球”。设想的基本内容有：多分辨率地球空间数据的集成，三维虚拟现实，可融合多源数据，以1米分辨率卫星图像为基础，包容全球80%以上的所有人类信息资源。核心思想包括两点：一是统一性地处理地球问题；二是最大限度地利用全球信息资源。,第1章 数字地球概念与组成,第1章 绪论,3、数字地球科学定义 童庆喜院士认为：数字地球是一个以地球空间信息为基础，嵌入地球各种数字信息的系统平台。李德仁院士认为：数字地球是以信息高速公路为基础，以空间数据基础设施为依托的更加广泛的概念。陈述彭院士认为：数字地球实质要将地球全部信息数字化，与地球信息科学、地理信息科学、Geomatics等学科概念及遥感、GPS、因特网等技术名词相比，它更像是一项技术政策，是一个具有名人效应的包含军事、经济、科技等内涵在内的综合性战略名词。,3、数字地球科学定义 简单地说，数字地球指地球数字化或信息化技术实现系统，或数字化、信息化的地球虚拟系统；形象地说，数字地球指地球经过数字化后由计算机网络管理的技术系统。“数字地球”是继地理大发现和哥白尼、伽利略日心说之后，人类认识地球的又一次飞跃。它是一种国家战略，也是一种技术体系，同时又是一个科学文化概念。,第1章 数字地球概念与组成,冯学智等认为：数字地球是以因特网为基础、以空间数据为依托、以虚拟现实技术为特征、具有三维界面和多种分辨率浏览器的开放系统。,第1章 数字地球概念与组成,数字地球系统组成,数字 地球,关 键 技 术,实 现 层,应 用 层,基础科学,信息科学,地球科学,认知科学,全 球,卫星遥感,海量数据 存储与处理,高速网络,互 操 作,仿真与虚拟,元 数 据,国 家,区域、城市,政治与外交,科研与教育,城市与区域,专业应用,数字地球的基本框架,数字地球由4部分组成：1）基础科学（认知科学；地球科学；信息科学）2）关键技术（1米分辨率的卫星遥感技术；海量数据的快速存储与处理技术；高速网络技术；互操作技术；多分辨率、多维数据的融合与表达技术；仿真与虚拟技术；元数据技术）3）实现层（区域层；国家层；全球层）4）应用层（专业生产应用；城市与区域；科研与教育；政治与外交；安全与国防等）。,第1章 数字地球概念与组成,数字地球的核心技术或关键技术：承继成认为数字地球核心技术包括高分辨率卫星遥感数据获取技术、高分辨率卫星遥感信息智能化获取技术、海量数据快速存储处理传输技术、网络数据库与分布式计算技术、空间数据仓库与数据挖掘、多源数据集成与仿真虚拟现实技术。邬伦认为数字地球关键技术包括1米粉分辨率卫星遥感技术、海量数据快速存储处理技术、高速网络技术、WEBGIS与OPENGIS互操作技术、多分辨率多维数据融合与主体冬天表达技术、仿真与虚拟现实技术、元数据技术。,第1章 数字地球概念与组成,从技术流程角度分析数字地球技术系统包括：1.数据获取(现场或实地数据采集，远离目标数据采集-RS、GPS)；2.数据处理(遥感数据自动化与智能化解译-RS、GIS)；3.数据存储(集中式数据存储，分布式数据存储-GIS)；4.数据更新(实时或近实时数据采集-RS、GPS)；5.数据流通(计算机网络，数据共享、数据标准与元数据-NET)；6.数据挖掘(空间分析，模型应用，人工智能，专家系统-ES)；7.数据应用(虚拟现实，地理决策-VR)。因此，某种程度上，数字地球=3S（RS/GIS/GPS）+NET+VR,第1章 数字地球概念与组成,4、数字地球基本特征（1）空间性：按照地球地理坐标集成所有地球相关数据。（2）数字性：全部以数字形式获取、描述、存储、处理和应用一切与地球相关数据。（3）整体性：将不同空间、时间、物质和能量的多种分辨率的有关地球资源、环境、社会、经济和人口等方面的海量数据或信息，按照地球地理坐标，从局部到整体，从区域到全球进行整合、融合及多维显示，为解决复杂生产时间和知识创新、技术开发与理论研究提供实验条件和实践基地。,第1章 数字地球概念与组成,4、数字地球基本特征（3）层次性：包含全球、国家、城镇（或者全球、城市、社会）3个基本层次。数字地球以地球资源环境保护为主要应用服务目标，数字城市以“信息化带动传统产业改造升级”为主要目标，数字社区以提高人们社会质量为主要目标。（4）基础性：为全球、国家及城镇信息化和信息社会建设提供空间数据基础设施。,第1章 数字地球概念与组成,（1）空间性与全球性,数字地球核心思想之一就是用数字化手段统一性地处理地球问题，所包容的信息具有全球性。处理的问题如岩石圈的研究、全球的环境恶化、资源短缺和人口膨胀等，也具有全球性特点。数字地球的数据是通过GPS定位和对地观测等技术采集，具有地理属性和空间特征。,数字地球的其他特征,（2）共享性与保密性,用户可以共享各种信息资源，科研人员共享研究成果，人们可以随时浏览人口、环境、旅游等大众化免费信息。部分信息具有限制性，不同的用户拥有不同的使用权限。对于企业内部文件、军事机要信息和国家机密资料，则采取安全保密措施。,数字地球的其他特征,（3）动态性与稳定性,数字地球是一个开放的、动态的系统。数据信息随着时间的变化，不断地更新，不断地删除旧资料和增加新的数据内容。并根据科学技术的改进和创新，对数据不断地进行综合与分析。数字地球又是一个相对稳定的系统，因为空间数据仓库中保存的数据经过集成和处理，反映的是一段时间内的状态和内容，具有一定的持久性。,数字地球的其他特征,（4）可视性与虚拟性,数字地球实质是一个虚拟化的地球。在通讯网络技术的高度综合集成下，进入虚拟世界中漫游，与朋友面对面地聊天，观看各种体育赛事。可以跨越不同的时间和空间，了解历史，进行虚拟旅游。借助三维技术、人工智能技术和传感设备可完成交互操作，参加多媒体视频会议，去体验虚拟世界中丰富多彩的生活等。,数字地球的其他特征,5、数字地球研究现状（1）国外研究现状 A、美国国家空间数据基础设施 B、英国国家地学空间数据框架 C、加拿大国家地学数据基础设施 D、欧共体空间信息基础设施 E、亚太地球空间信息基础设施 F、全球空间数据基础设施,数字地球的其他特征,5、数字地球研究现状（2）国内研究现状“中国数字地球发展战略的建议”、国家空间信息协调委员会、“关于促进我国国家空间信息基础设施建设和应用若干意见的通知”、“构建数字中国地理空间基础框架总体战略研究课题组”、“中国城市信息化建设指南”、“城市数字化示范应用工程技术导则”及“关于加快建设系统信息化进程的若干意见”等。目前为止，全国已有20个省(自治区)已经开始或正在筹建数字省，如数字山西、数字辽宁、数字江苏、数字浙江、数字福建、数字江西、数字安徽、数字河南、数字湖北、数字湖南、数字广东、数字海南、数字广西、数字四川、数字云南、数字陕西、数字黑龙江、数字吉林、数字青海、数字贵州等，已有约200个城市启动数字化建设，100余个城市正在或正筹备数字城市建设，如数字北京、数字上海、数字重庆等。,数字地球的其他特征,6、数字地球研究意义（1）数字地球是全球战略重要组成。第一，随着人类社会进入信息化和全球化的时代，尤其经济全球化正以势不可挡态势发展，所以了解全球信息已成为十分重要的发展战略目标。第二，人们不仅认识到经济全球化是当前的大趋势，而且资源利用的全球化，环境影响的全球化已成为大家的共识。,第1章 绪论,6、数字地球研究意义（2）数字地球是科技发展新制高点。第一，数字地球为地球科学发展提供了现代科技平台。第二，数字地球为经济社会的可持续发展和构建和谐社会提供了必要条件。,第1章 绪论,7.数字地球的应用及对策,“数字地球”将在农业、工业、林业、水利、交通、地矿、通讯、教育、资源、环境、人口、军事、新闻媒体、城市建设等几十个领域中产生广泛的社会效益和经济效益。“数字地球”计划能使我们对人为和自然灾害作出及时的反应，联合起来面对长期的环境挑战，还能够为用户提供用于漫游和搜索地理坐标信息的系统，从而成为生产者发布信息的场所。,数字地球与未来生活,旅游观光,休闲娱乐,打击犯罪活动等,7.数字地球的应用及对策,数字地球与智能交通,道路规划与设计智能化调度和管理最佳线路选择,7.数字地球的应用及对策,信息是未来社会中主要经济资源，数字化信息将成为社会生产中最活跃的因素。数字地球是一个巨大的信息流、能量流，它可提供世界各地的最新商业动态，有利于企业进行科学的决策和有效的经营。改变企业的经营销售机制。提高商业决策与管理水平。,数字地球与电子商务,7.数字地球的应用及对策,精细农业是指将现代信息技术与地理学、生态学、和土壤学等学科有机地结合，实现在农业生产中从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应环境进行定期信息获取和动态分析，通过诊断和决策，制定农作实施计划，并在GPS与GIS集成系统支持下进行田间作业的信息化现代农业。“数字地球”的实施，将会以多源、多维、动态、实时、大规模数据量的优势，生成动态空间信息系统，对农业生产中的现象、过程进行模拟和虚拟，达到合理利用农业资源，降低生产成本，改善生态环境，提高农作物产品产量和质量的目的。,数字地球与精细农业,7.数字地球的应用及对策,国防信息支持改变战争的时空观。使战争攻击多样化。使战争的战斗与指挥一体化、实时化。提高战斗勤务保障效率。,数字地球与现代国防,7.数字地球的应用及对策,因为数字鸿沟的客观存在，所以发展中国家发展数字地球既是机遇又是挑战。从战略角度讲如果不发展数字地球，势必陷入信息被动；如果发展数字地球可能消耗大量人力、物力和财力。从战术角度讲如果完全依靠技术引进发展数字地球，不仅财物流失而且影响科学技术持续发展；如果完全依赖自力更生与独立发展，可能无法保证应有的技术水平和发展速度。就发展中国家而言，“如何发展数字地球”是个战略战术决策问题。中国该如何发展数字地球？,第1章 数字地球概念与组成,我国发展“数字地球”的对策,加强计算科学、大规模存储、卫星图像、宽带网络、互操作性和元数据等方面的关键技术开发。加速建立我国自主、稳定、功能强大的卫星对地观测系统和空间信息传输主干网络。加速我国遥感卫星的研制和发射，建立自己的遥感卫星系列和独立稳定的对地观测空间信息源。建立健全空间地理信息采集、处理、分发和应用的技术体系、基础设施和数字产品的市场环境。,加强“数字地球”关键技术的开发和创新,“数字地球”同时也为我国高效、低成本发展国家空间信息基础设施（NSII）提供了机遇。建立有中国特色的空间信息基础设施运行与管理体系，形成我国自主的航天对地观测体系。加速我国基础地理数据的生产和应用系统建设。,加速我国空间信息基础设施发展,我国发展“数字地球”的对策,国内70以上的地理信息系统软件市场被国外软件占领，空间信息产业十分弱小。将GIS、RS和GPS的产业化、集成化和实用化列为“重中之重”的研究课题。促进空间信息共享和相应地球空间信息产业的形成和发展。,大力培植我国空间信息产业发展,我国发展“数字地球”的对策,复习思考课题：1、什么是数字地球，它有何特征？我们如何结合GIS专业学习克服数字鸿沟提升信息素质？2、结合数字地球的技术系统构成，阐述我国应如何发展数字地球？,第2章 数字地球概念与组成,