第四节 数字地球

美国前副总统戈尔1998年1月31日在美国加利福尼亚科学中心发表的题为《数字地球：二十一世纪认识地球的方式》的讲演中提出“我们需要一个‘数字地球’，即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示，可以在其上添加许多与我们所处的星球有关的数据”。他接着描述了一个美妙的场景：可以设想一个小孩来到博物馆的一个数字地球陈列室，当她戴上头盔显示器，她将看到就像是出现在空中的地球。使用“数据手套”，她开始放大景物，伴随越来越高的分辨率，她会看到大洲，随之是区域、国家、城市，最后是房屋、树木以及其他各种自然和人造物体。在发现自己特别感兴趣的某地块时，她可乘上“魔毯”，即通过地面三维图像显示去深入查看……美妙的数字地球正在向我们走来，随着全球定位系统、遥感技术、地理信息系统等数据收集和处理技术的提高和越来越多的网络技术和虚拟技术的应用、综合和普及，人类的生产和生活面貌将呈现出意想不到的变化！1.数字地球要求的全球网络和分布式存储与国际互联网是不是一回事？答案：不是。现在国际互联网在很大程度上实现了信息共享，但还不能达到“数字地球”意义上的要求。2.广州市海珠区光大海园楼盘推出的“信息家园”工程；轻轻一按，主人就可以任意操控家里的各种电器……这种数字化生活方式充分说明了数字地球技术的什么发展趋势？答案：广州“信息家园”工程的实施，是其数字城市建设的一个有机组成部分，也是数字地球技术为人们生活服务的一个缩影，这充分说明数字地球技术已开始进入大众生活领域，为人们的生产生活服务。3．最大特征与依据——⑫________技术(1)虚拟现实：计算机模拟的⑬________环境，是一种可以⑭________和体验⑮________的计算机系统。(2)虚拟环境：由⑯________生成；可使人通过视觉、听觉、触觉等器官作用，产生⑰________的感觉，是一种⑱________。4．重要信息源：高分辨率⑲________答案：一、①数字化②全球定位③遥感④地理信息⑤虚拟⑥数字化⑦信息⑧网络⑨日常生活⑩分开⑪高速宽度网络⑫虚拟现实⑬三维⑭创建⑮虚拟世界⑯计算机⑰身临其境⑱仿真视景⑲卫星影像1．数字地球的含义数字地球是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与再认识，是全球定位系统、遥感技术、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等各种技术的综合应用。把地球上每一个确定点(点的范围因需要可大可小)的相关信息和数据组织起来，然后进一步组合地球上所有这样的点，构造一个能包容自然和人类大多数数据和信息的虚拟地球，这就是数字地球。

形象一点来说，数字地球是指整个地球经数字化之后由计算机网络来管理的技术系统。数字地球是在地理信息科学发展的理论基础上和RS、GIS、GPS等空间信息科学技术发展的技术基础上发展起来的。如今，伴随着科学技术的发展和互联网的普及，数字地球正越来越多地渗透到城市建设、教育、农业、交通等诸多领域，为经济发展和人民生活提供服务。

2.数字地球的核心思想数字地球的核心思想有两点：一是用数字化手段统一处理地球问题；二是最大限度地利用信息资源，并使普通百姓能够通过一定的方式便捷地获得他们想了解的有关地球的信息。它需要借助很多技术，特别是信息科学技术的支撑，如信息高速公路、高分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存储技术、可视化和虚拟现实技术，并与遥感、地理信息系统、全球定位系统技术相融合。

3.数字地球的基础——全球网络与分布式存储数字地球包含的信息多种多样，既有自然方面的，如地形、地质、气候、矿藏等，又有人文的，如历史沿革、风土人情、金融、人口等。它不仅包括全球性的中、小比例尺的空间数据，也包括大比例尺的空间数据；不仅包括地球的各类多光谱、多时间、高分辨率的遥感卫星影像、航空影像，还包括有关可持续发展、农业资源、环境灾害、人口、全球变化、城市建设、教育、军事等等，可谓是包罗万象，应有尽有。

数字地球只有通过网络才能实现全球信息共享。虽然现在国际互联网在很大程度上实现了信息共享，但还不能达到“数字地球”意义上的要求，因为数字地球要求信息网络像真实的道路网络一样，嵌入到每个人的日常生活中。数字地球的实现需要大规模的存储空间，所以要把信息分开存储到全球各地的计算机中。但是，现在的国际互联网由于用户量的剧增和自身技术的限制，无法满足数字地球的需求，也就是当人们需要相关的数据时，还不能迅速地从各地的数据库中调出来。因此，高速宽带网络的建设及其传输速度，是建立数字地球的重要基础。4．数字地球的最大特征与依据——虚拟现实技术虚拟现实是计算机模拟的三维环境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统。虚拟环境由计算机生成，可使人通过视觉、听觉、触觉等感官作用，产生身临其境的感受，所以虚拟环境是一种仿真视景。根据设计者的构想，用户可以沉浸到数据空间中，在一定时间内与现实环境相隔离，然后投入到可实时交互的虚拟环境中，并且驾驭其中的数据。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在真实世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。

5.数字地球的重要信息源——高分辨率卫星影像空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80米，已提高到30米、10米、5.8米，乃至2米，军用卫星甚至可达到10厘米。目前世界上商用卫星的分辨率已达到0.61米，实现了以往只有航空摄影才能达到的分辨率。这种高分辨率的卫星影像可以使数字地球的地图绘制达到足够的精度。

目前，全球分辨率最高的商用卫星是美国的“快鸟”。从它拍摄的遥感影像上不但可以清楚地分辨建筑物和汽车，甚至可以数清每栋楼房的层数。【课标引导示例1】下列有关数字地球的叙述，不正确的是 ()A．数字地球是将地球上每一点的信息，按地理坐标加以整理后构成的信息模型B．数字地球是信息化的地球C．数字地球可以让人们实现“信息就在指尖上”的梦想D．数字地球的核心是可以让人们做任何想做的事解题思路：把地球上每一个确定点(点的范围因需要可大可小)的相关信息和数据组织起来，然后进一步组合地球上所有这样的点，构造一个能包容自然和人类大多数数据和信息的虚拟地球，这就是数字地球。它的核心是用数字化手段来处理地球的各方面问题，最大限度地利用信息资源。答案：D【变式迁移探究1】“大陆漂移学说”的创立者魏格纳曾预言：“只要将所有地球科学提供的信息结合起来的时候，我们才寄希望于确定‘真理’。”今天，魏格纳所期盼的这个“时候”正在悄悄来临，这就是数字地球。据此回答(1)～(2)题。(1)下列对“数字地球”含义的理解，正确的是()A．数据通信技术的发展，使地球上的信息表达的方式日益数字化B．地球的大小有一定的数量范围C．数字领域的发展已成为地球上所有学科发展的基础D．计算机的应用已遍布全球(2)构成数字地球的空间核心技术是 ()A．GPS、GIS与网络的结合B．卫星遥感技术与大容量数据存储技术的结合C．可视化和虚拟现实技术的结合D．空间信息技术与高性能计算机的结合解析：(1)数字地球是指信息化的地球，数字地球将有关地球每一点的信息，按地球的地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型。(2)GIS的优势是将空间信息应用在地理研究中，为了满足数字地球对综合数据的处理与应用，GIS、GPS与网络结合，构成数字地球的空间核心技术。答案：(1)A(2)A1．数字地球与可持续发展数字地球的产生，将进一步打破国家、民族自身的区域疆界，对地球资源、国际资本、金融、市场和生产销售进行更合理的重组，促进全球经济多极化格局的形成，以合作和调节的方式推动全球生产力的发展，有效解决环境和发展的问题。在既能满足当代人的需求，又不对后代人的需求构成危害的前提下，寻求一条依靠知识经济手段，推动经济一体化，实现可持续发展的道路。2．数字地球与政府决策(1)遇到突发事件，政府组织、机构和个人均可通过数字地球系统辅助决策，做出科学、快捷、准确的判断，避免因处置不当而可能造成的更大损失。(2)数字地球的使用，对犯罪模式和团伙活动更易于跟踪、侦察，在全球范围做到法网恢恢，疏而不漏。依据对犯罪活动发生频率和分布的信息，更好地部署警力，进行预防。(3)目前人类已经开始学会使用4S一体化技术对区域农业资源进行监测、规划，比如预防病虫害、农作物种植的合理布局、了解耕地变化、低产田治理等，逐步形成了科学、高产的精耕细作方式。数字地球的建立，将有利于农业科技的交流和推广，更有效地调整、配置国家农业资源和农业生产管理方式。3．数字地球与百姓生活(1)数字地球的建立，使人们拥有了一