数字地球概念与组成(备份).ppt

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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,

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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

12、：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

13、，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

14、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、WE

15、BGIS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

16、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

17、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

18、，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

19、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

20、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

21、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、

22、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

23、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

24、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,

25、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,