淺談數(shù)字地球的發(fā)展和應(yīng)用

淺談數(shù)字地球的發(fā)展和應(yīng)用數(shù)字地球，是一個(gè)以地球坐標(biāo)為依據(jù)的，具有多分辨率的海量數(shù)據(jù)和多維顯示的地球虛擬系統(tǒng)。它是美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)栍?998年1月在加利福尼亞科學(xué)中心開(kāi)幕典禮上發(fā)表的題為“數(shù)字地球：認(rèn)識(shí)二十一世紀(jì)我們所居住的星球”演說(shuō)時(shí)，提出的一個(gè)與GIS、網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)等高新技術(shù)密切相關(guān)的概念。它是整個(gè)地球、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)字地球要解決的技術(shù)問(wèn)題，包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、海量數(shù)據(jù)存貯、衛(wèi)星遙感技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)、互操作性、元數(shù)據(jù)等?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著地球空間信息學(xué)的發(fā)展，而建立起的數(shù)字地球，必將促進(jìn)測(cè)繪事業(yè)的現(xiàn)代化，為測(cè)繪事業(yè)與整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建立更加緊密的聯(lián)系，作出更大的貢獻(xiàn)，在未來(lái)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)中產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1998年江澤民總書(shū)記在接見(jiàn)兩院院士代表時(shí)的講話中指出："當(dāng)今世界，以信息技術(shù)為主要標(biāo)志的科技進(jìn)步日新月異，高科技成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化越來(lái)越快，初見(jiàn)端倪的知識(shí)經(jīng)濟(jì)預(yù)示人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活將發(fā)生新的巨大變化"。其核心思想是用數(shù)字化的手段來(lái)處理整個(gè)地球的自然和社會(huì)活動(dòng)諸方面的問(wèn)題。從提出到現(xiàn)在，在這近10多年的時(shí)間內(nèi)，數(shù)字地球領(lǐng)域已經(jīng)有了蓬勃的發(fā)展。下面是根據(jù)戈?duì)柕乃鰵w納的七項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：對(duì)地觀測(cè)技術(shù)對(duì)地觀測(cè)技術(shù)為數(shù)字地球提供了空間數(shù)據(jù)源，不僅需要高分辨率對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)，也需要中、低分辨率的數(shù)據(jù)。海量存儲(chǔ)技術(shù)由于數(shù)字地球不僅涉及海量的空間數(shù)據(jù)，還會(huì)包括大量的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口等與地球有關(guān)的數(shù)據(jù)，所以海量存儲(chǔ)技術(shù)是必不可少的?？茖W(xué)計(jì)算通過(guò)它可以解決輔助決策問(wèn)題，同時(shí)還能促進(jìn)產(chǎn)生知識(shí)的實(shí)驗(yàn)和理論方法創(chuàng)新。寬帶技術(shù)由于數(shù)字地球的數(shù)據(jù)很龐大，切有許多國(guó)家、地區(qū)、機(jī)構(gòu)共同完成，要想實(shí)現(xiàn)資源的調(diào)用和共享，寬帶技術(shù)的重要性就可想而知了?；ゲ僮骷夹g(shù)數(shù)字地球需要通過(guò)一種簡(jiǎn)單的互操作技術(shù)，提高地理信息的可讀性與可操作性。元數(shù)據(jù)管理與存儲(chǔ)技術(shù)元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是用于描述數(shù)據(jù)集的來(lái)源、日期、內(nèi)容、質(zhì)量、表示方式、空間參考、管理方式以及其特征的信息。它是數(shù)據(jù)共享的重要工具。格網(wǎng)技術(shù)格網(wǎng)是將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算機(jī)、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器、遠(yuǎn)程設(shè)備等融為一體的分布式集成系統(tǒng)。數(shù)字地球的格網(wǎng)計(jì)算，即是使一些常規(guī)的計(jì)算資源、空間信息資源形成一個(gè)無(wú)縫的集成協(xié)同計(jì)算資源，為海量數(shù)據(jù)的空間分析提供計(jì)算資源的支持。在這些關(guān)鍵技術(shù)的支撐下，數(shù)字地球建設(shè)的越來(lái)越易于管理操作以及服務(wù)的領(lǐng)域越來(lái)越廣。數(shù)字地球現(xiàn)在已經(jīng)涉及軍事、農(nóng)業(yè)、資源、環(huán)境、災(zāi)害、人口、全球變化、氣候、生物、地理、生態(tài)系統(tǒng)、水文循環(huán)、教育等多各領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。下面簡(jiǎn)述數(shù)字地球的應(yīng)用：數(shù)字地球可以充分地利用有關(guān)地球的所有信息(關(guān)于我們星球的各種環(huán)境和文化現(xiàn)象信息)，以促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。數(shù)字地球的應(yīng)用可以劃分為全球?qū)印?guó)家層、區(qū)域?qū)?個(gè)層次。全球?qū)邮侵敢哉麄€(gè)地球?yàn)閷?duì)象，主要包括全球氣候變化、全球植被與土地利用、土地覆蓋變化、生物多樣性變化、全球海平面及海洋環(huán)境變化、全球地形變化及地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)（地震）及全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平監(jiān)測(cè)與評(píng)估等。國(guó)家層是指以一個(gè)國(guó)家為對(duì)象，包括資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析作為研究對(duì)象，尤其對(duì)于農(nóng)作物種植面積、長(zhǎng)勢(shì)及估產(chǎn)、洪澇、干旱、火災(zāi)、蟲(chóng)害等的監(jiān)測(cè)，交通及經(jīng)濟(jì)狀況監(jiān)測(cè)等。區(qū)域?qū)邮侵敢猿鞘?、集?zhèn)、農(nóng)村、社區(qū)為對(duì)象，包括信息化帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造和升級(jí)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展態(tài)勢(shì)、管理和服務(wù)等。目前，數(shù)字地球、數(shù)字中國(guó)、數(shù)字城市、數(shù)字流域等研究在我國(guó)已蓬勃開(kāi)展，取得了顯著的成就。從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)劃分主要有全球變化與可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生活領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)、交通、軍事等領(lǐng)域。全球變化和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今世界人們關(guān)注的重要問(wèn)題，數(shù)字地球?yàn)槲覀冄芯窟@一問(wèn)題提供了非常有利的條件。其廣泛應(yīng)用于全球氣候變化，海平面變化，荒漠化，生態(tài)與環(huán)境變化，土地變化的監(jiān)測(cè)。我國(guó)是一個(gè)人口多，土地資源有限，自然災(zāi)害頻繁的發(fā)展中國(guó)家。經(jīng)過(guò)幾十年的高速發(fā)展，資源與環(huán)境的矛盾越來(lái)越突出。九八洪災(zāi)、黃河斷流、土地荒漠化、耕地減少，已經(jīng)引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。所以我們必須采取有效措施，從宏觀的角度加強(qiáng)土地資源和水資源的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，加強(qiáng)自然災(zāi)害的預(yù)測(cè)和防御，而這些就的依靠于數(shù)字地球。數(shù)字地球?qū)⑷菁{大量行業(yè)部門(mén)、企業(yè)和私人添加的信息，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間分布上的研究和分析。例如國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，全國(guó)鐵路、交通運(yùn)輸?shù)囊?guī)劃，城市發(fā)展的規(guī)劃，海岸帶開(kāi)發(fā)，西部開(kāi)發(fā)。這些都與人民生活有極大的關(guān)系，因此，數(shù)字地球進(jìn)程的推進(jìn)必將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活產(chǎn)生巨大的影響。下一世紀(jì)農(nóng)業(yè)要走節(jié)約化的道路，實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)、優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)無(wú)污染農(nóng)業(yè)。這就要依托數(shù)字地球，每隔3~5天給農(nóng)民送去他們的莊稼地的高分辨率衛(wèi)星影像，農(nóng)民在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端上可以從影像圖中獲得他的農(nóng)田里莊稼的長(zhǎng)勢(shì)征兆，通過(guò)GIS作分析，制定出行動(dòng)計(jì)劃，然后在車(chē)載GPS和電子地圖指引下，實(shí)施農(nóng)田作業(yè)，及時(shí)地預(yù)防病蟲(chóng)害，把殺蟲(chóng)劑、化肥和水用到必須用的地方，而不致使化學(xué)殘留物污染土地、糧食和種子，實(shí)現(xiàn)真正的綠色農(nóng)業(yè)。進(jìn)入新世紀(jì)后，雖然世界和平了，但未免某些地方也會(huì)爆發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)。現(xiàn)在的戰(zhàn)爭(zhēng)已不再是冷戰(zhàn)。而是大規(guī)模的先進(jìn)設(shè)施和武器的對(duì)抗。數(shù)字地球可以進(jìn)行地形地貌偵察、軍事目標(biāo)跟蹤監(jiān)視、飛行器定位、導(dǎo)航、武器制導(dǎo)、打擊效果偵察、戰(zhàn)場(chǎng)仿真、作戰(zhàn)指揮等等方面，對(duì)空間信息的采集、處理、更新提出了極高的要求。在戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始之前需要建立戰(zhàn)區(qū)及其周?chē)貐^(qū)的軍事地理信息系統(tǒng)；戰(zhàn)時(shí)利用GPS、RS和GIS進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)偵察，信息的更新，軍事指揮與調(diào)度，武器精確制導(dǎo)；戰(zhàn)時(shí)與戰(zhàn)后的軍事打擊效果評(píng)估等等。這些無(wú)疑對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)是極為有利的。此外