浅谈数字地球的发展和应用

浅谈数字地球的发展和应用数字地球，是一个以地球坐标为依据的，具有多分辨率的海量数据和多维显示的地球虚拟系统。它是美国副总统戈尔于1998年1月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表的题为“数字地球：认识二十一世纪我们所居住的星球”演说时，提出的一个与GIS、网络、虚拟现实等高新技术密切相关的概念。它是整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。数字地球要解决的技术问题，包括计算机科学、海量数据存贮、卫星遥感技术、宽带网络、互操作性、元数据等。可以预见，随着地球空间信息学的发展，而建立起的数字地球，必将促进测绘事业的现代化，为测绘事业与整个国民经济建立更加紧密的联系，作出更大的贡献，在未来和知识经济社会中产生巨大的经济效益和社会效益。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"。其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题。从提出到现在，在这近10多年的时间内，数字地球领域已经有了蓬勃的发展。下面是根据戈尔的所述归纳的七项关键技术：对地观测技术对地观测技术为数字地球提供了空间数据源，不仅需要高分辨率对地观测数据，也需要中、低分辨率的数据。海量存储技术由于数字地球不仅涉及海量的空间数据，还会包括大量的经济、社会、人口等与地球有关的数据，所以海量存储技术是必不可少的。科学计算通过它可以解决辅助决策问题，同时还能促进产生知识的实验和理论方法创新。宽带技术由于数字地球的数据很庞大，切有许多国家、地区、机构共同完成，要想实现资源的调用和共享，宽带技术的重要性就可想而知了。互操作技术数字地球需要通过一种简单的互操作技术，提高地理信息的可读性与可操作性。元数据管理与存储技术元数据是关于数据的数据，是用于描述数据集的来源、日期、内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式以及其特征的信息。它是数据共享的重要工具。格网技术格网是将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体的分布式集成系统。数字地球的格网计算，即是使一些常规的计算资源、空间信息资源形成一个无缝的集成协同计算资源，为海量数据的空间分析提供计算资源的支持。在这些关键技术的支撑下，数字地球建设的越来越易于管理操作以及服务的领域越来越广。数字地球现在已经涉及军事、农业、资源、环境、灾害、人口、全球变化、气候、生物、地理、生态系统、水文循环、教育等多各领域的数据。下面简述数字地球的应用：数字地球可以充分地利用有关地球的所有信息(关于我们星球的各种环境和文化现象信息)，以促进社会进步和经济发展。数字地球的应用可以划分为全球层、国家层、区域层3个层次。全球层是指以整个地球为对象，主要包括全球气候变化、全球植被与土地利用、土地覆盖变化、生物多样性变化、全球海平面及海洋环境变化、全球地形变化及地壳运动监测（地震）及全球经济发展水平监测与评估等。国家层是指以一个国家为对象，包括资源、环境、经济、社会、人口的动态监测与分析作为研究对象，尤其对于农作物种植面积、长势及估产、洪涝、干旱、火灾、虫害等的监测，交通及经济状况监测等。区域层是指以城市、集镇、农村、社区为对象，包括信息化带动传统产业改造和升级、经济社会发展态势、管理和服务等。目前，数字地球、数字中国、数字城市、数字流域等研究在我国已蓬勃开展，取得了显著的成就。从应用领域来划分主要有全球变化与可持续发展领域、社会经济和生活领域、农业、交通、军事等领域。全球变化和社会可持续发展已成为当今世界人们关注的重要问题，数字地球为我们研究这一问题提供了非常有利的条件。其广泛应用于全球气候变化，海平面变化，荒漠化，生态与环境变化，土地变化的监测。我国是一个人口多，土地资源有限，自然灾害频繁的发展中国家。经过几十年的高速发展，资源与环境的矛盾越来越突出。九八洪灾、黄河断流、土地荒漠化、耕地减少，已经引起社会各界的广泛关注。所以我们必须采取有效措施，从宏观的角度加强土地资源和水资源的监测和保护，加强自然灾害的预测和防御，而这些就的依靠于数字地球。数字地球将容纳大量行业部门、企业和私人添加的信息，进行大量数据在空间和时间分布上的研究和分析。例如国家基础设施建设的规划，全国铁路、交通运输的规划，城市发展的规划，海岸带开发，西部开发。这些都与人民生活有极大的关系，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。下一世纪农业要走节约化的道路，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里庄稼的长势征兆，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。进入新世纪后，虽然世界和平了，但未免某些地方也会爆发战争。现在的战争已不再是冷战。而是大规模的先进设施和武器的对抗。数字地球可以进行地形地貌侦察、军事目标跟踪监视、飞行器定位、导航、武器制导、打击效果侦察、战场仿真、作战指挥等等方面，对空间信息的采集、处理、更新提出了极高的要求。在战争开始之前需要建立战区及其周围地区的军事地理信息系统；战时利用GPS、RS和GIS进行战场侦察，信息的更新，军事指挥与调度，武器精确制导；战时与战后的军事打击效果评估等等。这些无疑对战争是极为有利的。此外