数字地球与3S技术-考试稿

第三篇数字地球一、什么是数字地球二、数字地球的技术支撑四、数字地球进万家三、数字地球中的3S技术一、什么是数字地球？农业社会是资源经济，谁拥有资源（自然资源，人力资源等）谁就主宰世界。工业社会是资本经济，谁拥有资本谁就主宰社会。到了21世纪人类将进入信息社会，谁拥有知识，谁就主宰世界，称之为知识经济。1998年江泽民总书记在接见两院院士代表时的讲话中指出：“当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异，高科技成果向现实生产力的转化越来越快，初见端倪的知识经济预示人类的经济社会生活将发生新的巨大变化。”美国前副总统戈尔于1998年1月31日在“数字地球——认识21世纪我们这颗星球”的报告中提出了一个通俗易读的概念，即“数字地球”。“数字地球”勾绘出了信息时代人类在地球上生存、工作、学习和生活的时代特征。什么是“数字地球”？通俗地讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。严格地讲，数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时相和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。数字地球的特征与性质数字地球的学科性质：数字地球是由地球系统科学与信息科学技术高度综合的学科，使位于两者之间的边缘学科。数字地球的研究对象：是与地球有关的信息理论、信息技术及信息应用模型。数字地球的研究方法：侧重运用现代信信息技术，包括遥感、遥测、数据库和信息系统、宽带网及仿真与虚拟现实技术的综合，包括信息化的全部过程。数字地球的特色：为地球科学的知识创新与理论深化研究开创了实践条件，为信息科学技术的研究和开发提供了科学实验基地。数字地球的服务对象：为全球、全国、城市、区域、资源环境、社会、经济、减灾、可持续发展、科技与教育、行政及管理等开展全面性的服务。什么是数字省区？以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以高速宽带网络为纽带，以多比例尺空间数据基础设施为框架，将全省区及所属各城镇的各种自然环境、社会、人文、政治、经济的有关信息数字化，实现其在网上的流通，以最大限度地促进全省区经济的发展和不断提高人民的生活质量什么是数码城市？数码城市是数字地球的重要组成部分数码城市是赛博空间的一个子集数码城市是城市地理信息和其他城市信息相结合并存储在计算机网络上的能供远程用户访问的一个新的将各个城市和城市外的空间连在一起的虚拟空间

数字化战争，就是数字化部队在数字化战场进行的信息战。它是以信息为主要手段，以信息技术为基础的战争，是信息战的一种形式。其特点是信息装备数字化、指挥控制体系网络化、战场管理一体化、武器装备智能化、作战人员知识化和专业化。所谓数字化部队，即以数字化技术、电子信息装备和作战指挥系统以及智能化武器装备为基础，具有通讯、定位、情报获取和处理、数据存储与管理、战场态势评估、作战评估与优化、指挥控制、图形分析等能力，实现指挥控制、情报侦察、预警探测、通讯和电子对抗一体化，适应未来信息作战要求的新一代作战部队。

数字化战争

数字化战场则是数字化部队实施作战的重要依托。所谓数字化战场，就是以数字化信息为基础，以战场通讯系统为支撑，实现信息收集、传输、处理自动化，网络一体化的信息化战场。在未来的数字化战场上，还要求士兵与数字化战场完全一体化，数字化部队的士兵们将装备一套士兵系统，该系统包括一种头盔和衣服连为一体的服装，这种服装可根据环境变换色彩以提供伪装，可根据当地气候条件提供适宜温度，可抵御核武器、生物武器和化学武器的侵袭。头盔上的护目镜可以接受指挥官的命令，可以阅读地图，可以夜视，还可以接受同伴得到的情报和其他与所执行的任务有关的第一手地理信息资料。数字化战争

头盔里有小的显示仪或热敏成像照相机，可以实时获取、显示和传送其所在位置的信息，包括地形和敌方目标位置，而且还可看穿伪装，而他的数字化罗盘可指示他的去向。士兵系统还包括一个单兵出击战斗武器，并带有热成像仪、激光取景器和数字指南针，用来检测目标，当检测到的目标超出其武器射程时，则可移交目标，通过预先格式化的消息告诉计算机，发送指令消灭特定目标。数字化战争以计算机网络为支柱，利用数字通讯进行联网，把作战指挥机关与各级作战部队乃至武器装备、单兵有机地连成一体；把语音、文字、图像等不同类型的战场信息、作战方案和作战计划等采用数字编码技术的方式，实现无阻碍、快捷、准确的传递。数字化战争

数字地球技术使军事监控的距离增大了。一体化的数字化侦察、监控技术装备和通信指挥系统可在全球范围内进行，并覆盖全战场。例如，地面监控系统纵深可达150公里，卫星监控可覆盖几百万平方公里数字地球技术有助于实现不间断、滚动式军事监控。数字地球技术能够把不同军事监控设备上所获得的实时信息（数据、图形、图像、声音、电信号）在相关系统环境下加以综合分析、归纳合成，最终形成为战场决策和评估的基础，这样就能保证战场决策者对战场实施全方位、不间断、滚动式监控。军事监控巡逻跟踪

数字地球不仅可为巡逻跟踪提供技术支持，而且还是巡逻跟踪的直接信息源。数字地球存储着各种与地球有关的信息，包括地质、水文、地形、气象、资源等，而这些信息对战争是至关重要的。数字地球与数字战场不谋而合，必将相辅相成。数字地球将为数字战场提供信息，数字战场反过来将进一步丰富数字地球的内容。

地球空间数据的知识发现随着地球空间数据获取手段的快速发展，对地球空间数据的处理已远远超过传统的人工处理能力，从大量数据中自动、快速、有效地提取模式和发现知识显得越来越重要。“我们已被信息所淹没，但是却正在忍受缺乏知识的煎熬”。数据挖掘与知识发现的出现很好地满足了地球空间数据处理的需要。地理信息系统（GIS）作为地球空间数据管理的重要手段已得到地学研究领域广泛的认可和重视，但是GIS分析功能的不足一直是制约GIS广泛应用的瓶颈。在GIS数据库平台和它的基本空间分析功能的基础上，根据地学空间数据的特点，将机器学习算法引入GIS，形成自动化、智能化的地学空间数据挖掘与知识发现的通用模型，对于增强地学数据处理能力和提高GIS的应用水平都具有非常重要的意义。

地球空间数据的知识发现一般而言，数据挖掘和知识发现的方法可分为以下几种类型：①分类，如自然地理综合区划、农业区划和灾害风险区划等。②回归，如各种社会经济指标的单变量和多变量回归分析等。③聚类，如各种遥感影像的非监督分类方法。④概括（或称泛化），寻找描述各数据子集共性的方法，如沿着土壤分类中土类到亚类的概念层次顺序进行统计，寻找各亚类土壤在土类层次上的共性。⑤依赖模式，寻找描述变量间显著依赖关系的模式，如土壤盐碱化与地下水位的依赖关系。⑥变化和偏离检测，从与以前数据对比中发现显著变化，如多时相遥感影像的变化监测、区域城镇体系的变化等。地球空间数据的知识发现地学数据与其他类型数据的一个重要区别就是它的空间特性。目前在地学数据分析中对空间特性的处理主要有以下几种方法：①将空间作为框架，同一区域范围内不考虑空间要素，静态研究如各种区域统计指标计算、动态研究如系统动力学模型等。②利用空间统计方法，如变异函数、空间自相关指数等，探讨空间分布的特征。③将空间要素转化为一维属性要素参与分析，如距离、方向等用于主成分分析、多变量相关等。④空间要素作为属性要素的乘积因子，如交通中的等到达时线、水文中的等流时线等。⑤将不同要素的圈层进行空间配准后采用GIS中的叠加（Overlay）方法，形成规则同格或最小图斑单元，然后参与一般分析，不再考虑空间因素。二、数字地球的技术基础要在电子计算机上实现数字地球必须有诸多学科，特别是信息科学技术的支撑。这其中主要包括：信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存贮技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术。1、信息高速公路和计算机宽带高速网一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。美国克林顿前总统在1993年2月就提出实施美国国家信息基础设施（NII），通俗形象地称为信息高速公路，它主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成。公用骨干电信网向分组化大容量化发展中国电信集团公司从2001年至2004年，斥巨资，采用密集波分复用（DWDM,全光网）技术，对我国“八横八纵”光缆网进行适当改造、扩容，并新建十多条光缆干线，把我国的光缆骨干网从格状变为环状，提高网络容量及安全性，以构建新一代的公众传输网

信息高速公路和计算机网络技术WAP—WirelessApplicationProtocol在数字移动电话、因特网或PDA、计算机应用之间进行通讯的开放全球标准,用来标准化无线通信设备用于Internet访问，收发电子邮件，访问WAP网站上的页面等等。提供一种与网络类型、运行商和终端设备都独立的移动增值业务。能够让手机|PDA和手持电脑成为上网工具的WAP技术是互联网技术的一个热点。三、数字地球中的地球空间信息学数字地球的核心是地球空间信息学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是3S技术及3S集成。所谓“3S”是全球定位系统（GPS或GNSS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。信息时空基准：卫星导航定位系统（GNSS）信息获取方式：地面、航空、航天遥感（RS）信息传输手段：计算机通信网络信息分析处理：数学物理模型、空间分析（GIS）信息服务体系：地球空间信息综合服务网格地球空间信息

——具有空间位置和时间的信息

什么事件，什么变化→什么时间，什么地点GPS已逐渐在越来越多的领域取代了常规光学和电子大地测量仪器。80年代以来，尤其是90年代以来，GPS与现代通信技术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变革。用GPS同时测定三维坐标的方法将测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航，绝对和相对精度达到米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽了其应用范围和在各行各业中的作用。1、空间定位（GPS）技术GPS现代化主要内容改善卫星星座改进卫星功能*新的民用频率L2，L5*新的民用和军用信号结构及L5码（I，Q码），M码*增加太阳能电池板*增加星间测距功能改善数据处理方法改革接收机研制开发标准增强性进一步提高GPS用户接收机现代化从当前的黑箱式接收机设计演进到模块式接收机设计方式为满足未来不断更新的需求，发展一种开放式系统结构，该结构须接受所谓(GRAM-SAASM)模块现代化后的开放式用户接收机的标志是军用和民用机只差一个(GRAM-SAASM)模块继续投资研发抗干扰（anti-jam）能力强的接收机为满足未来的需要必须是开放的系统结构

GALILEO系统计划的服务方式

1.OAS（OpenAccessService）无须授权即可接收信号，有大量市场应用，精度相当于C/A码结果

2.CAS（ControlledAccessService）仅授权的特许用户可接受信号，精度相当于p码结果，收费

3.SAS（CAS用户中有生命安全应用需求的）可收到完备性等信息，更高的收费

4.GAS（CAS中的有政府特须应用的用户）可收到特别的政府信息

由于收费，系统为用户承担使用风险！GALILEO系统的关键特点独立性：完整的可自行完成全部设计功能的系统；兼容性：用户可在一体化接收机中同时操作处理GALILEO和GPS信号；可用性：提供全球性使用服务；安全性：可实时向用户提供定位失败信息服务，它带有一个实时的完备性监测网当代遥感的发展主要表现在多传感器、高分辨率和多时相特征。国外已有地面分辨率为1-3米的航天遥感系统，俄罗斯将原军用2米分辨率的间谍卫星影像公开出售,美国军方侦察卫星分辨率为10cm。在影像处理技术方面，实现自动化、半自动化，并引入智能化专家系统。2、航空航天遥感（RS）技术2、航空航天遥感（RS）技术遥感信息的应用分析已从单一遥感资料向多时相、多数据源的复合分析，从静态分析向动态监测手段过渡，从对资源与环境的定性调查和系列制图向计算机辅助的定量自动制图过渡，从对各种现象的表面描述向软件分析和计量探索过渡。近年来，由于航空遥感具有的快速机动性和高分辨率的显著特点使之成为遥感发展的重要方面。航天产业将成为国家新的经济增长点。多维、动态GIS影像、图形和DEM一体化基于互联网和内联网的网络GISGIS产业化从提供数据到提供信息与服务3、地理信息系统（GIS）技术4、3S集成技术3S集成包括空基3S集成与地基3S集成空基3S集成：用空─地定位模式实现直接对地观测，主要目的是在无地面控制点（或有少量地面控制点）的情况下，实现航空航天遥感信息的直接对地定位、侦察、制导、测量等地基3S集成：车载、舰载定位导航和对地面目标的定位、跟踪、测量等实时作业四、数字地球进万家1、数字地球对社会经济和生活的影响数字地球能容纳大量行业部门、企业和私人添加的各种信息。如：旅游公司、房地产公司、世界著名的博物馆和图书馆等用户均可以将自己需要公众了解的信息链接到数字地球上，甚至商店也可以将货架上的商店制作成多媒体或虚拟产品放入数字地球中，让用户任意挑选。另外在相关技术研究和基础设施方面也将会起推动作用。因此，数字地球进程的推进必将对社会经济发展与人民生活产生巨大的影响。2、数字地球与精细农业21世纪农业将实现节水农业、优质高产无污染农业。这就要依托数字地球，每隔3~5天给农民送去他们的庄稼地的高分辨率卫星影像，农民在计算机网络终端上可以从影像图中获得他的农田的长势征兆，通过GIS作分析，制定出行动计划，然后在车载GPS和电子地图指引下，实施农田作业，及时地预防病虫害，把杀虫剂、化肥和水用到必须用的地方，而不致使化学残留物污染土地、粮食和种子，实现真正的绿色农业。这样一来，农民也成了电脑的重要用户，数字地球就这样飞入了农民家。到那时农民也需要有组织，有文化，掌握高科技。3、数字地球与智能化交通基于数字地球建立国家和省市、自治区的路面管理系统、桥梁管理系统、交通阻塞、交通安全以及高速公路监控系统，实现智能化交通（ITS）。美国国会1991年颁布“冰茶法案”(ISTEA—IntermodelSurfaceTransportationEfficiencyAct)，1998年颁布“续茶法案”(NEXTEA—NationalEconomicCrossro