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(xué)中心發(fā)表的題為《數(shù)字地球：二十一世紀(jì)認(rèn)識地球的方式》的講演中提出“我們需要一個‘?dāng)?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(guān)的數(shù)據(jù)”。他接著描述了一個美妙的場景：可以設(shè)想一個小孩來到博物館的一個數(shù)字地球陳列室，當(dāng)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(shù)、地理信息系統(tǒng)等數(shù)據(jù)收集和處理技術(shù)的提高和越來越多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬技術(shù)的應(yīng)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(luò)和分布式存儲與國際互聯(lián)網(wǎng)是不是一回事？答案：不是。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。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(shù)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(shè)的一個有機組成部分，也是數(shù)字地球技術(shù)為人們生活服務(wù)的一個縮影，這充分說明數(shù)字地球技術(shù)已開始進入大眾生活領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活服務(wù)。3．最大特征與依據(jù)——?________技術(shù)(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(luò)⑨日常生活⑩分開?高速寬度網(wǎng)絡(luò)?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．?dāng)?shù)字地球的含義數(shù)字地球是對真實地球及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一性的數(shù)字化重現(xiàn)與再認(rèn)識，是全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各種技術(shù)的綜合應(yīng)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(guān)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(gòu)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(luò)來管理的技術(shù)系統(tǒng)。數(shù)字地球是在地理信息科學(xué)發(fā)展的理論基礎(chǔ)上和RS、GIS、GPS等空間信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如今，伴隨著科學(xué)技術(shù)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(shè)、教育、農(nóng)業(yè)、交通等諸多領(lǐng)域，為經(jīng)濟發(fā)展和人民生活提供服務(wù)。

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(guān)地球的信息。它需要借助很多技術(shù)，特別是信息科學(xué)技術(shù)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(shù)、大容量數(shù)據(jù)處理與存儲技術(shù)、可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，并與遙感、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)技術(shù)相融合。

3.數(shù)字地球的基礎(chǔ)——全球網(wǎng)絡(luò)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(fēng)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(guān)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)資源、環(huán)境災(zāi)害、人口、全球變化、城市建設(shè)、教育、軍事等等，可謂是包羅萬象，應(yīng)有盡有。

數(shù)字地球只有通過網(wǎng)絡(luò)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(luò)像真實的道路網(wǎng)絡(luò)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(shù)的限制，無法滿足數(shù)字地球的需求，也就是當(dāng)人們需要相關(guān)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(luò)的建設(shè)及其傳輸速度，是建立數(shù)字地球的重要基礎(chǔ)。4．?dāng)?shù)字地球的最大特征與依據(jù)——虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(shè)計者的構(gòu)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(biāo)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(biāo)引導(dǎo)示例1】下列有關(guān)數(shù)字地球的敘述，不正確的是 ()A．?dāng)?shù)字地球是將地球上每一點的信息，按地理坐標(biāo)加以整理后構(gòu)成的信息模型B．?dāng)?shù)字地球是信息化的地球C．?dāng)?shù)字地球可以讓人們實現(xiàn)“信息就在指尖上”的夢想D．?dāng)?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(guān)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(gòu)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(xué)說”的創(chuàng)立者魏格納曾預(yù)言：“只要將所有地球科學(xué)提供的信息結(jié)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．?dāng)?shù)據(jù)通信技術(shù)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．?dāng)?shù)字領(lǐng)域的發(fā)展已成為地球上所有學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)D．計算機的應(yīng)用已遍布全球(2)構(gòu)成數(shù)字地球的空間核心技術(shù)是 ()A．GPS、GIS與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合B．衛(wèi)星遙感技術(shù)與大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)的結(jié)合C．可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合D．空間信息技術(shù)與高性能計算機的結(jié)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(guān)地球每一點的信息，按地球的地理坐標(biāo)加以整理，然后構(gòu)成一個全球的信息模型。(2)GIS的優(yōu)勢是將空間信息應(yīng)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(yīng)用，GIS、GPS與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，構(gòu)成數(shù)字地球的空間核心技術(shù)。答案：(1)A(2)A1．?dāng)?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(dāng)代人的需求，又不對后代人的需求構(gòu)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．?dāng)?shù)字地球與政府決策(1)遇到突發(fā)事件，政府組織、機構(gòu)和個人均可通過數(shù)字地球系統(tǒng)輔助決策，做出科學(xué)、快捷、準(zhǔn)確的判斷，避免因處置不當(dāng)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(yù)防。(3)目前人類已經(jīng)開始學(xué)會使用4S一體化技術(shù)對區(qū)域農(nóng)業(yè)資源進行監(jiān)測、規(guī)劃，比如預(yù)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(xué)、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．?dāng)?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