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第三章第四節(jié)數(shù)字地球一、數(shù)字地球的含義第三章第四節(jié)一、數(shù)字地球的含義11.?dāng)?shù)字地球的概念數(shù)字地球是:信息化的地球―地球的虛擬對照體。數(shù)字地球?qū)⒂嘘P(guān)地球上每一點的信息,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。人們可以快速、形象地了解地球上的任何一點、任何方面的信息,從而實現(xiàn)“信息就在指尖上”的夢想。1.?dāng)?shù)字地球的概念數(shù)字地球是:信息化的地球―地球的虛擬2通俗地講,就是用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境的時空變化裝入電腦中,實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的流通,并使之最大限度地為人類的生存、可持續(xù)發(fā)展和日常的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂服務(wù)。通俗地講,就是用數(shù)字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境3嚴(yán)格地講,數(shù)字地球是以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)為基礎(chǔ),以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶,運用海量地球信息對地球進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時空和多種類的三維描述,并利用它作為工具來支持和改善人類的活動和生活質(zhì)量。嚴(yán)格地講,數(shù)字地球是以計算機技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲技術(shù)4【背景知識】數(shù)字地球的核心思想數(shù)字地球的核心思想:是用數(shù)字化的手段來處理整個地球的自然和社會等方面的問題,最大限度地利用資源,并使普通百姓能夠通過一定方式,方便地獲得他們所想了解的有關(guān)地球的信息。數(shù)字地球的特點:數(shù)字地球的特點是嵌入海量地理數(shù)據(jù),實現(xiàn)多分辨率、三維的地球的描述,即“虛擬地球”。【背景知識】數(shù)字地球的核心思想數(shù)字地球的5【閱讀指導(dǎo)】“數(shù)字地球”的提出“數(shù)字地球”的提出特點技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用時間人物著作1998年1月31日時任美國副總統(tǒng)的阿爾.戈爾《數(shù)字地球:展望21世紀(jì)我們這顆行星》是一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)的、多分辯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星球有關(guān)的數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)可持續(xù)發(fā)展,農(nóng)業(yè)、災(zāi)害、資源、教育等方面【閱讀指導(dǎo)】“數(shù)字地球”的提出“數(shù)字地球”的提出特點技62.?dāng)?shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)要在電子計算機上實現(xiàn)數(shù)字地球不是一件簡單的事,它需要諸多學(xué)科,特別是信息科學(xué)技術(shù)的支撐。這其中主要包括:信息高速公路與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)、空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)、高性能計算能力。2.?dāng)?shù)字地球的技術(shù)基礎(chǔ)要在電子計算機上實現(xiàn)7(1)信息高速公路與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一個數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不能通過單一的數(shù)據(jù)庫來存貯,而需要由成千上萬的不同組織來維護(hù)。這意味著參與數(shù)字地球的服務(wù)器將需要由高速網(wǎng)絡(luò)來連接。為此,早在1993年2月美國前總統(tǒng)克林頓就提出實施美國國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(Nll),通俗形象地稱為“信息高速公路”,它主要由計算機服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計算機終端組成。美國為此計劃投入4000億美元,耗時20年。到2000年的目標(biāo)是提高生產(chǎn)率20%一40%,獲取35000億美元的效益。(1)信息高速公路與高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一個數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不8在Internet流量爆發(fā)性增長的驅(qū)動下,遠(yuǎn)程通信載體已經(jīng)嘗試使用10G/S的網(wǎng)絡(luò),而每秒1015byte的因特網(wǎng)正在研究中。相信在21世紀(jì)將會有更加優(yōu)秀的寬帶高速網(wǎng)供人們使用。在Internet流量爆發(fā)性增長的驅(qū)動下,9信息高速公路是一個集電話、電腦、電視等功能于一體,能夠綜合傳輸和處理圖、文、聲、像等各種信息的一個全社會的立體化通信網(wǎng)。信息高速公路是一個集電話、電腦、電視等功能于一10國際互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前信息領(lǐng)域發(fā)展最快、作用最大、影響最廣、公眾關(guān)注程度最高的通信網(wǎng)絡(luò),它是信息高速公路的具體體現(xiàn)。國際互聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)前信息領(lǐng)域發(fā)展最快、作用最大、影11(2)高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)20世紀(jì)的遙感衛(wèi)星影像,在衛(wèi)星遙感問世的20多年分辨率已經(jīng)有了飛快的提高,這里所說的分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率。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。(2)高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)20世紀(jì)的遙感衛(wèi)12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.軍用甚至可達(dá)到10厘米。在21世紀(jì)獲取1米或優(yōu)于1米的空間分辨率影像將會十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍,處得愈細(xì),波段愈多,光譜分辨率就愈高,現(xiàn)在的技術(shù)可以達(dá)到5一6nm(納米)量級,400多個波段。細(xì)分光譜可以提高自動區(qū)分和識別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。時間分辨率指重訪周期的長短,目前一般對地觀測衛(wèi)星為15一25天的重訪周期。通過發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以3一5天觀測地球一次。從遙感形成之初的80米,已提高到3013高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在21世紀(jì)將可以優(yōu)于1米的空間分辨率,每隔3一5天為人類提供反映地表動態(tài)變化的翔實數(shù)據(jù),從而實現(xiàn)“秀才不出門,能觀天下事”的理想。高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在21世紀(jì)將可以優(yōu)于14(3)空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施空間信息是指與空間和地理分布有關(guān)的信息,據(jù)統(tǒng)計,世界上的事情有80%與空間分布有關(guān).空間信息用于地球研究即為地理信息系統(tǒng)。為了滿足數(shù)字地球的要求,將影像數(shù)據(jù)庫、矢量圖形庫和數(shù)字高程模型(DEM)三庫一體化管理的GlS軟件和網(wǎng)絡(luò)GPS,將在21世紀(jì)十分成熟和普及。從而可實現(xiàn)不同層次的互操作,一個GIS應(yīng)用軟件產(chǎn)生的地理信息將被另一個軟件讀取。(3)空間信息技術(shù)與空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施空間信息15當(dāng)人們在數(shù)字地球上,進(jìn)行處理、發(fā)布和查詢信息時,將會發(fā)現(xiàn)大量的信息都與地理空間位置有關(guān)。例如,查詢兩城市之間的交通連接,查詢旅游景點和路線,購房時選擇價廉而又環(huán)境適宜的住宅等都需要有地理空間參考。由于尚未建立空間數(shù)據(jù)參考框架,致使目前在萬維網(wǎng)上制作主頁時還不能輕易將有關(guān)的信息連接到地理空間參考上。因此,國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)字地球的基礎(chǔ)。當(dāng)人們在數(shù)字地球上,進(jìn)行處理、發(fā)布和查詢信息16(4)大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)數(shù)字地球?qū)⑿枰尜A1015字節(jié)的(Quadrillions)信息。美國NASA的行星地球計劃EOS一AMI1999年上天,每天將產(chǎn)生1000GB(即1TB)的數(shù)據(jù)和信息,1米分辨率影像覆蓋廣東省,大約有1TB的數(shù)據(jù),而廣東才是中國的1/53。所以要建立起中國的數(shù)字地球,僅僅影像數(shù)據(jù)就有53TB,這還只是一個時刻的多時相的動態(tài)數(shù)據(jù),其容量就更大了。目前美國的NASA和NOAA已著手建立用原型并行機管理的可存貯1800TM的數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)盤帶的查找由機器手自動而快速地完成,相信在21世紀(jì),還會有新的突飛猛進(jìn)。(4)大容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)數(shù)字地球?qū)⑿枰?7(5)可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)可視化是實現(xiàn)數(shù)字地球與人交互的窗口和工具,沒有可視化技術(shù),計算機中的一堆數(shù)字是無任何意義的。數(shù)字地球的一個顯著的技術(shù)特點是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。建立了數(shù)字地球以后,用戶戴上顯示頭盔,就可以看見地球從太空中出現(xiàn)。(5)可視化和虛擬現(xiàn)實技術(shù)可視化是實現(xiàn)數(shù)18人造虛擬現(xiàn)實技術(shù)在攝影測量中早已是成熟的技術(shù),近幾年的數(shù)字?jǐn)z影測量的發(fā)展,已經(jīng)能夠在計算機上建立可供量測的數(shù)字虛擬技術(shù)。當(dāng)然,當(dāng)前的技術(shù)是對同一實體拍攝照片,產(chǎn)生視差,構(gòu)造立體模型,通常是當(dāng)模型處理。進(jìn)一步的發(fā)展是對整個地球進(jìn)行無縫拼接,任意漫游和放大,由三維數(shù)據(jù)通過人造視差的方法,構(gòu)造虛擬立體。人造虛擬現(xiàn)實技術(shù)在攝影測量中早已是成熟的技術(shù),19(6)高性能計算能力地球是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng),地球上發(fā)生的許多事件、變化和過程又十分復(fù)雜而呈非線性特征,時間和空間的跨度變化大小不等,差別很大,只有利用高速計算機,我們今日和跨世紀(jì)的未來,才有能力來模擬一些不能觀測到的現(xiàn)象。利用數(shù)據(jù)挖掘(DataMining)技術(shù),我們將能夠更好地認(rèn)識和分析所觀測到的海量數(shù)據(jù),從中找出規(guī)律和知識。(6)高性能計算能力地球是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng),地20例1“數(shù)字地球”的出現(xiàn)是科技創(chuàng)新的又一典范。這意味著()A.科技創(chuàng)新日益全球化B.科學(xué)技術(shù)是先進(jìn)生產(chǎn)力的集中體現(xiàn)C.科技的發(fā)展離不開雄厚的經(jīng)濟(jì)實力D.任何科技必然為政治服務(wù)B例1“數(shù)字地球”的出現(xiàn)是科技創(chuàng)新的又一典范。這意味著(21例2“數(shù)字地球”的核心技術(shù)包括()①遙感技術(shù)②全球定位系統(tǒng)③地理信息系統(tǒng)④現(xiàn)代通信技術(shù)A.①②③B.②③④C.①②④D,①③④A例2“數(shù)字地球”的核心技術(shù)包括()①遙感技術(shù)②22【閱讀指導(dǎo)】一次虛擬旅行工具應(yīng)用戴上頭盔顯示器使用“數(shù)據(jù)手套”乘上“魔毯”使用語音識別裝置使用虛擬技術(shù)看到出現(xiàn)在太空中蔚藍(lán)色的、美麗的地球會看到大洲、國家、城市,最后是房屋、樹木以及其他各種自然和人造物體深入查看細(xì)節(jié)可以詢問所在地區(qū)的土地利用,動植物種類,實時的氣候道路,以及人口等方面的文本、圖像、視頻信息能夠跨越時空,返回到數(shù)日、數(shù)年、數(shù)世紀(jì)以前的環(huán)境,甚至可以與恐龍接觸【閱讀指導(dǎo)】一次虛擬旅行工具應(yīng)用戴上頭盔顯示器使用“數(shù)23例3“數(shù)字地球”的組成除了地圖測繪系統(tǒng)(EOS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)外,還包括()
A.航空遙感B.WPSC.地理信息系統(tǒng)D.漢字處理系統(tǒng)C解析:“數(shù)字地球”是地圖測繪、航空衛(wèi)星遙感、探空和深鉆技術(shù)的深化,是對地圖測繪系統(tǒng)(EOS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)與地理信息系統(tǒng)(GIS)的綜合,實現(xiàn)地球圖層間物質(zhì)流、能量流與信息流數(shù)據(jù)的集成,便于對全球化問題進(jìn)行廣泛研究。例3“數(shù)字地球”的組成除了地圖測繪系統(tǒng)(EOS)、全24(二)數(shù)字地球與我們的生活“數(shù)字城市”:從廣義上說,是通過寬帶多媒體信息網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施平臺,整合城市信息資源并加以充分利用,建立電子商務(wù)、電子政務(wù)、科技信息系統(tǒng)、勞動和社會保障信息系統(tǒng)等子系統(tǒng),通過發(fā)展信息家電、網(wǎng)上教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療,建設(shè)信息化社區(qū),最終實現(xiàn)城市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的全面信息化。(二)數(shù)字地球與我們的生活“數(shù)字城市”:從廣義上說,是通過寬25“數(shù)字化社區(qū)”:顧名思義,就是通過數(shù)字技術(shù)將管理、服務(wù)的提供者與每個住戶相聯(lián)結(jié)的社區(qū)。這種數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)·使社區(qū)的管理者與住戶之間可以實時地進(jìn)行各種形式的信息交互,由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的先進(jìn)性以及多態(tài)的表現(xiàn)性,加上各種網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的應(yīng)用,從而營造出了一個豐富多彩的虛擬社區(qū)。“數(shù)字化社區(qū)”:顧名思義,就是通過數(shù)字技術(shù)將管理、服務(wù)的提供26“地球村”:信息高速公路的出現(xiàn),國際互聯(lián)網(wǎng)的使用,“數(shù)字地球”的產(chǎn)生,“縮小”了我們生活的空間,“縮短”了我們聯(lián)系交往的時間
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