第四節(jié) 數(shù)字地球

美國前副總統(tǒng)戈爾1998年1月31日在美國加利福尼亞科學中心發(fā)表的題為《數(shù)字地球：二十一世紀認識地球的方式》的講演中提出“我們需要一個‘數(shù)字地球’，即一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的、多分辨率的和三維的地球的表示，可以在其上添加許多與我們所處的星球有關的數(shù)據(jù)”。他接著描述了一個美妙的場景：可以設想一個小孩來到博物館的一個數(shù)字地球陳列室，當她戴上頭盔顯示器，她將看到就像是出現(xiàn)在空中的地球。使用“數(shù)據(jù)手套”，她開始放大景物，伴隨越來越高的分辨率，她會看到大洲，隨之是區(qū)域、國家、城市，最后是房屋、樹木以及其他各種自然和人造物體。在發(fā)現(xiàn)自己特別感興趣的某地塊時，她可乘上“魔毯”，即通過地面三維圖像顯示去深入查看……美妙的數(shù)字地球正在向我們走來，隨著全球定位系統(tǒng)、遙感技術、地理信息系統(tǒng)等數(shù)據(jù)收集和處理技術的提高和越來越多的網(wǎng)絡技術和虛擬技術的應用、綜合和普及，人類的生產(chǎn)和生活面貌將呈現(xiàn)出意想不到的變化！1.數(shù)字地球要求的全球網(wǎng)絡和分布式存儲與國際互聯(lián)網(wǎng)是不是一回事？答案：不是?，F(xiàn)在國際互聯(lián)網(wǎng)在很大程度上實現(xiàn)了信息共享，但還不能達到“數(shù)字地球”意義上的要求。2.廣州市海珠區(qū)光大海園樓盤推出的“信息家園”工程；輕輕一按，主人就可以任意操控家里的各種電器……這種數(shù)字化生活方式充分說明了數(shù)字地球技術的什么發(fā)展趨勢？答案：廣州“信息家園”工程的實施，是其數(shù)字城市建設的一個有機組成部分，也是數(shù)字地球技術為人們生活服務的一個縮影，這充分說明數(shù)字地球技術已開始進入大眾生活領域，為人們的生產(chǎn)生活服務。3．最大特征與依據(jù)——?________技術(1)虛擬現(xiàn)實：計算機模擬的?________環(huán)境，是一種可以?________和體驗?________的計算機系統(tǒng)。(2)虛擬環(huán)境：由?________生成；可使人通過視覺、聽覺、觸覺等器官作用，產(chǎn)生?________的感覺，是一種?________。4．重要信息源：高分辨率?________答案：一、①數(shù)字化②全球定位③遙感④地理信息⑤虛擬⑥數(shù)字化⑦信息⑧網(wǎng)絡⑨日常生活⑩分開?高速寬度網(wǎng)絡?虛擬現(xiàn)實?三維?創(chuàng)建?虛擬世界?計算機?身臨其境?仿真視景?衛(wèi)星影像1．數(shù)字地球的含義數(shù)字地球是對真實地球及其相關現(xiàn)象的統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)與再認識，是全球定位系統(tǒng)、遙感技術、地理信息系統(tǒng)、虛擬技術、網(wǎng)絡技術等各種技術的綜合應用。把地球上每一個確定點(點的范圍因需要可大可小)的相關信息和數(shù)據(jù)組織起來，然后進一步組合地球上所有這樣的點，構造一個能包容自然和人類大多數(shù)數(shù)據(jù)和信息的虛擬地球，這就是數(shù)字地球。

形象一點來說，數(shù)字地球是指整個地球經(jīng)數(shù)字化之后由計算機網(wǎng)絡來管理的技術系統(tǒng)。數(shù)字地球是在地理信息科學發(fā)展的理論基礎上和RS、GIS、GPS等空間信息科學技術發(fā)展的技術基礎上發(fā)展起來的。如今，伴隨著科學技術的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，數(shù)字地球正越來越多地滲透到城市建設、教育、農(nóng)業(yè)、交通等諸多領域，為經(jīng)濟發(fā)展和人民生活提供服務。

2.數(shù)字地球的核心思想數(shù)字地球的核心思想有兩點：一是用數(shù)字化手段統(tǒng)一處理地球問題；二是最大限度地利用信息資源，并使普通百姓能夠通過一定的方式便捷地獲得他們想了解的有關地球的信息。它需要借助很多技術，特別是信息科學技術的支撐，如信息高速公路、高分辨率衛(wèi)星影像、空間信息技術、大容量數(shù)據(jù)處理與存儲技術、可視化和虛擬現(xiàn)實技術，并與遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)技術相融合。

3.數(shù)字地球的基礎——全球網(wǎng)絡與分布式存儲數(shù)字地球包含的信息多種多樣，既有自然方面的，如地形、地質(zhì)、氣候、礦藏等，又有人文的，如歷史沿革、風土人情、金融、人口等。它不僅包括全球性的中、小比例尺的空間數(shù)據(jù)，也包括大比例尺的空間數(shù)據(jù)；不僅包括地球的各類多光譜、多時間、高分辨率的遙感衛(wèi)星影像、航空影像，還包括有關可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境災害、人口、全球變化、城市建設、教育、軍事等等，可謂是包羅萬象，應有盡有。

數(shù)字地球只有通過網(wǎng)絡才能實現(xiàn)全球信息共享。雖然現(xiàn)在國際互聯(lián)網(wǎng)在很大程度上實現(xiàn)了信息共享，但還不能達到“數(shù)字地球”意義上的要求，因為數(shù)字地球要求信息網(wǎng)絡像真實的道路網(wǎng)絡一樣，嵌入到每個人的日常生活中。數(shù)字地球的實現(xiàn)需要大規(guī)模的存儲空間，所以要把信息分開存儲到全球各地的計算機中。但是，現(xiàn)在的國際互聯(lián)網(wǎng)由于用戶量的劇增和自身技術的限制，無法滿足數(shù)字地球的需求，也就是當人們需要相關的數(shù)據(jù)時，還不能迅速地從各地的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出來。因此，高速寬帶網(wǎng)絡的建設及其傳輸速度，是建立數(shù)字地球的重要基礎。4．數(shù)字地球的最大特征與依據(jù)——虛擬現(xiàn)實技術虛擬現(xiàn)實是計算機模擬的三維環(huán)境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。虛擬環(huán)境由計算機生成，可使人通過視覺、聽覺、觸覺等感官作用，產(chǎn)生身臨其境的感受，所以虛擬環(huán)境是一種仿真視景。根據(jù)設計者的構想，用戶可以沉浸到數(shù)據(jù)空間中，在一定時間內(nèi)與現(xiàn)實環(huán)境相隔離，然后投入到可實時交互的虛擬環(huán)境中，并且駕馭其中的數(shù)據(jù)。使用者不僅能夠通過虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)感受到在真實世界中所經(jīng)歷的“身臨其境”的逼真性，而且能夠突破空間、時間以及其他客觀限制，感受到真實世界中無法親身經(jīng)歷的體驗。

5.數(shù)字地球的重要信息源——高分辨率衛(wèi)星影像空間分辨率指影像上所能看到的地面最小目標尺寸，用像元在地面的大小來表示。從遙感形成之初的80米，已提高到30米、10米、5.8米，乃至2米，軍用衛(wèi)星甚至可達到10厘米。目前世界上商用衛(wèi)星的分辨率已達到0.61米，實現(xiàn)了以往只有航空攝影才能達到的分辨率。這種高分辨率的衛(wèi)星影像可以使數(shù)字地球的地圖繪制達到足夠的精度。

目前，全球分辨率最高的商用衛(wèi)星是美國的“快鳥”。從它拍攝的遙感影像上不但可以清楚地分辨建筑物和汽車，甚至可以數(shù)清每棟樓房的層數(shù)?！菊n標引導示例1】下列有關數(shù)字地球的敘述，不正確的是 ()A．數(shù)字地球是將地球上每一點的信息，按地理坐標加以整理后構成的信息模型B．數(shù)字地球是信息化的地球C．數(shù)字地球可以讓人們實現(xiàn)“信息就在指尖上”的夢想D．數(shù)字地球的核心是可以讓人們做任何想做的事解題思路：把地球上每一個確定點(點的范圍因需要可大可小)的相關信息和數(shù)據(jù)組織起來，然后進一步組合地球上所有這樣的點，構造一個能包容自然和人類大多數(shù)數(shù)據(jù)和信息的虛擬地球，這就是數(shù)字地球。它的核心是用數(shù)字化手段來處理地球的各方面問題，最大限度地利用信息資源。答案：D【變式遷移探究1】“大陸漂移學說”的創(chuàng)立者魏格納曾預言：“只要將所有地球科學提供的信息結合起來的時候，我們才寄希望于確定‘真理’?！苯裉?，魏格納所期盼的這個“時候”正在悄悄來臨，這就是數(shù)字地球。據(jù)此回答(1)～(2)題。(1)下列對“數(shù)字地球”含義的理解，正確的是()A．數(shù)據(jù)通信技術的發(fā)展，使地球上的信息表達的方式日益數(shù)字化B．地球的大小有一定的數(shù)量范圍C．數(shù)字領域的發(fā)展已成為地球上所有學科發(fā)展的基礎D．計算機的應用已遍布全球(2)構成數(shù)字地球的空間核心技術是 ()A．GPS、GIS與網(wǎng)絡的結合B．衛(wèi)星遙感技術與大容量數(shù)據(jù)存儲技術的結合C．可視化和虛擬現(xiàn)實技術的結合D．空間信息技術與高性能計算機的結合解析：(1)數(shù)字地球是指信息化的地球，數(shù)字地球?qū)⒂嘘P地球每一點的信息，按地球的地理坐標加以整理，然后構成一個全球的信息模型。(2)GIS的優(yōu)勢是將空間信息應用在地理研究中，為了滿足數(shù)字地球?qū)C合數(shù)據(jù)的處理與應用，GIS、GPS與網(wǎng)絡結合，構成數(shù)字地球的空間核心技術。答案：(1)A(2)A1．數(shù)字地球與可持續(xù)發(fā)展數(shù)字地球的產(chǎn)生，將進一步打破國家、民族自身的區(qū)域疆界，對地球資源、國際資本、金融、市場和生產(chǎn)銷售進行更合理的重組，促進全球經(jīng)濟多極化格局的形成，以合作和調(diào)節(jié)的方式推動全球生產(chǎn)力的發(fā)展，有效解決環(huán)境和發(fā)展的問題。在既能滿足當代人的需求，又不對后代人的需求構成危害的前提下，尋求一條依靠知識經(jīng)濟手段，推動經(jīng)濟一體化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的道路。2．數(shù)字地球與政府決策(1)遇到突發(fā)事件，政府組織、機構和個人均可通過數(shù)字地球系統(tǒng)輔助決策，做出科學、快捷、準確的判斷，避免因處置不當而可能造成的更大損失。(2)數(shù)字地球的使用，對犯罪模式和團伙活動更易于跟蹤、偵察，在全球范圍做到法網(wǎng)恢恢，疏而不漏。依據(jù)對犯罪活動發(fā)生頻率和分布的信息，更好地部署警力，進行預防。(3)目前人類已經(jīng)開始學會使用4S一體化技術對區(qū)域農(nóng)業(yè)資源進行監(jiān)測、規(guī)劃，比如預防病蟲害、農(nóng)作物種植的合理布局、了解耕地變化、低產(chǎn)田治理等，逐步形成了科學、高產(chǎn)的精耕細作方式。數(shù)字地球的建立，將有利于農(nóng)業(yè)科技的交流和推廣，更有效地調(diào)整、配置國家農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方式。3．數(shù)字地球與百姓生活(1)數(shù)字地球的建立，使人們擁有了一