走進數字地球

　　一、什么是數字地球
　　通俗地講，數字地球就是用數字的方法將地球、地球上的活動及整個地球環境的時空變化裝入電腦中，實現在網絡上的流通，并使之最大限度地為人類的生存、可持續發展和日常工作、學習、生活、娛樂服務。嚴格地講，數字地球是以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬帶網絡為紐帶運用海量地球信息對地球進行多分辨率、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活動和生活質量。
　　二、數字地球的技術基礎
　　要在電子計算機上實現數字地球不是一個很簡單的事，它需要諸多學科，特別是信息科學技術的支撐。這其中主要包括：信息高速公路和計算機寬帶高速網絡技術、高分辨率衛星影像、空間信息技術、大容量數據處理與存貯技術、科學計算以及可視化和虛擬現實技術。
　?。?）信息高速公路和計算機寬帶高速網。一個數字地球所需要的數據已不能通過單一的數據庫來存貯，而需要由成千上萬的不同組織來維護。這意味著參與數字地球的服務器將需要由高速網絡來連接。
　?。?）高分辨率衛星影像。本世紀的遙感衛星影像，在衛星遙感問世的20多年分辨率已經有了飛速的提高，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，到下一世紀獲取1米或優于1米的空間分辨率影像將會十分方便。高分辨率衛星遙感圖像在下一世紀將可以有優于1米的空間分辨率，每隔3~5天為人類提供反映地表動態變化的詳實數據，從而實現“秀才不出門，能觀天下事”的理想。
　　（3）空間信息技術與空間數據基礎設施?？臻g信息是指與空間和地理分布有關的信息，經統計，世界上的事情有80%與空間分布有關，空間信息用于地球研究即為地理信息系統。因此，空間數據基礎設施是數字地球的基礎?？臻g數據基礎設施主要包括空間數據協調管理與分發體系和機構，空間數據交換網站、空間數據交換標準及數字地球空間數據框架。
　?。?）大容量數據存貯及元數據。數字地球將需要存貯1 015字節的信息。另一方面，為了在海量數據中迅速找到需要的數據，元數據庫的建設非常必要，它是關于數據的數據，通過它可以了解有關數據的名稱、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶尋找所需數據的時間。
　?。?）科學計算。地球是一個復雜的巨大系統，地球上發生的許多事件，其變化和過程十分復雜且呈非線性特征，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，才有能力來模擬一些不能觀測到的現象。利用數據挖掘技術，能夠更好地認識和分析所觀測到的海量數據，從中找出規律和知識。
　　（6）可視化和虛擬現實技術?？梢暬菍崿F數字地球與人交互的窗口和工具，沒有可視化技術，計算機中的一堆數字無任何意義。數字地球一個顯著的技術特點是虛擬現實技術。建立了數字地球以后，用戶戴上顯示頭盔，可以看見地球從太空中出現，使用“用戶界面”的開窗放大數字圖像；隨著分辨率的不斷提高，看見了大陸，然后是鄉村、城市，最后是私人住房、商店、樹木和其它天然與人造景觀；當對商品感興趣時，可以進入商店內，欣賞商場內的衣服，并根據自己的體型，構造虛擬自己試穿衣服。
　　三、數字地球的應用
　　（1）對全球變化與社會可持續發展的作用。全球變化與社會可持續發展已成為當今世界人們關注的重要問題，數字化表示的地球為研究這一問題提供了非常有利的條件。在計算機中利用數字地球可以對全球變化的過程、規律、影響以及對策進行各種模擬和仿真，從而提高人類應付全球變化的能力。數字地球可以廣泛地應用于對全球氣候變化、海平面變化、荒漠變化、生態與環境變化、土地利用變化的監測。與此同時，利用數字地球，還可以對社會可持續發展的許多問題進行綜合分析與預測，如自然資源與經濟發展，人口增長與社會發展，災害預測與防御等。
　?。?）對社會經濟和生活的影響。數字地球將容納大量行業部門、企業和私人添加的信息，進行大量數據在空間和時間分布上的研究與分析。如國家基礎設施建設的規劃，全國鐵路、交通運輸的規劃，城市發展的規劃，海岸帶開發，西部開發等。從貼近人們的生活看，房地產公司可以將房地產信息鏈接到數字地球上；旅游公司可以將酒店、旅游景點，包括其風景照片和錄像放入這個公用的數字地球上；世界著名的博物館和圖書館可以將其收藏并以圖像、聲音、文字形式放入數字地球中；甚至商店也可以將貨架上的商品制作成多媒體或虛擬產品放入數字地球中，讓用戶任意挑選。另外，數字地球在相關技術研究和基礎設施方面也將起推動作用。因此，數字地球進程的推進必將對社會經濟發展與人民生活產生巨大影響。
　　（3）數字地球與精細農業。下一世紀農業要走節約化道路，實現節水農業、優質高產無污染農業。這就要依托數字地球，每隔3~5天給農民送去他們莊稼地的高分辨率衛星影像，使農民在計算機網絡終端上可以從影像圖中獲得農田里莊稼的長勢征兆，通過GIS作分析，制定出行動計劃，然后在車載GPS和電子地圖指引下，實施農田作業，及時預防病蟲害，把殺蟲劑、化肥和水用到必須用的地方，而不致使化學殘留物污染土地、糧食和種子，實現真正的綠色農業。這樣一來，農民也成了電腦的重要用戶，數字地球就這樣飛入農民家。
　?。?）數字地球與智能化交通。智能運輸系統是基于數字地球建立國家和省市、自治區的路面管理系統、橋梁管理系統、交通阻塞、交通安全以及高速公路監控系統，并將先進的信息技術、數據通訊傳輸技術、電子傳感技術等有效地集成運用于整個地面運輸管理體系，而建立起的一種在大范圍內、全方位發揮作用的管理系統，從而，使公眾能夠高效地使用公路交通設施和能源。具體地說，該系統將采集到的各種道路交通及服務信息經交通管理中心集中處理后，傳輸到公路運輸系統的各個用戶，出行者可實時選擇交通方式和交通路線；交通管理部門可自動進行合理的交通疏導、控制和事故處理；運輸部門可隨時掌握車輛的運行情況，進行合理調度，從而使路網上的交通運行處于最佳狀態，改善交通擁擠和阻塞，最大限度地提高路網的通行能力，提高整個公路運輸系統的機動性、安全性和生產效率。
　　（5）數字地球為專家服務。數字地球是用數字方式為研究地球及其環境的科學家尤其是地學家服務的重要手段。地殼運動、地質現象、地震預報、氣象預報、土地動態監測、資源調查、災害預測和防治、環境保護等無不需要利用數字地球。而且數據的不斷積累，最終將有可能使人類能夠更好地認識和了解自己生存和生活的星球，運用海量信息對地球進行多分辨率、多時空和多種類的三維描述將不再是幻想。
　　總之，數字地球的提出是全球信息化的必然產物，是一項長期的戰略目標，需要經過全人類的共同努力才能實現。同時，數字地球的建設與發展將加快全球信息化的步伐，在很大程度上改變人們的生活方式，并創造出巨大的社會財富，為人類社會的發展作出巨大貢獻。