| 出版日期：1999-09-06 总期号：855 本年期号：65 |
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数字化重现真实地球
杨崇俊 
杨崇俊，中科院遥感所研究员，博士生导师，1990年获法国遥感博士学位，曾入选1996年度中科院“百人计划”，现任国家遥感工程中心常务副主任、兼网络与运行部主任，国家863计划308主题“数字地球”软课题研究组组长，“数字地球”网站（http://www.digitalearth.net.cn）负责人。 关注“数字地球” 美国副总统戈尔在1998年1月31日的讲演中指出：我们需要一个“数字地球”，一个可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的、真实地球的三维表示。他还认为，“数字地球”所需要的技术涉及到以下几个方面：以建模与数字模拟为特征的计算科学、海量储存技术、高分辨率的卫星图像技术、每秒传送一百万兆比特数据的宽带网络、互操作规范、元数据标准以及卫星图像的自动解译、多源数据的融合和智能代理等。 戈尔关于“数字地球”的观点引起了全球科技界的高度重视。自1998年2月以来，世界各国的许多专业刊物和因特网站分别转载了戈尔关于“数字地球”讲演稿。到目前为止，美国已经举行了六次“数字地球”专题会议，而且美国环境保护局正在着手建立一个情报办公室，将相应的技术、政策、内部情况、信息管理活动统管起来，成为“数字地球”等所有最新信息活动的枢纽。 “数字地球”在我国也引起了专家学者极大的关注。以中国科学院地学部为主体，我国先后成立了3个不同层次的中国“数字地球”发展战略研究组织，举行了10余次中国“数字地球”发展战略研讨会，代表着我国“数字地球”相关领域最高学术水准的来自50多个单位的20多位院士、300多位高级专家直接参与了这些研讨活动。中国“数字地球”战略研究正以不同寻常的速度与广度迅速发展，并已经引起全社会不同层面的广泛关注。 基本框架和特点 “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认识。其核心思想有两点：一是用数字化手段统一性地处理地球问题；另一点是最大限度地利用信息资源。从国家层次上看，“数字地球”就是一种战略思想，可以以此来整合相关领域的计划、任务、队伍、资金、技术等。同时，在不同时期，它又是具体的信息巨系统。这样的巨系统是通过卫星、飞机、气球、地面测绘、地球化学或地球物理等观测手段获取到地球的大量数据，利用计算机软件和硬件把它们和与此相关的所有其它数据及其应用模型结合起来，通过计算机网络系统从不同角度、按不同用途把相关信息传送给用户。 要使一个如此巨大的“数字地球”对经济和社会的发展带来最大程度的贡献，“数字地球”应当包括以下14个体系：数据获取与更新体系、数据处理与储存体系、信息提取与分析体系、数据与信息传播体系、数据库体系、网络与计算机硬件体系、应用体系（应用模型库等）、专用软件体系、咨询服务体系、专业人员体系、用户体系、教育体系、标准与互操作体系、法规和财经体系。下面仅以数据库体系为例看看“数字地球”的空前壮阔。“数字地球”的数据库不仅包括全球性的中、小比例尺的空间数据，还包括局部范围的大比例尺的空间数据以及所有相关的元数据；不仅包括地球的各类多光谱、多时相、高分辨率的遥感卫星影像、航空影像、不同比例尺的各类数字专题图，还包括相应的以文本形式表现的有关可持续发展、农业、资源、环境、灾害、人口、全球变化、气候、生物、地理、生态系统、大气、水文循环系统、教育、人文和军事等不同类别的数据。 “数字地球”本质上是一个信息系统，那么，除了是一个超巨大信息系统外，它的其它特点又是什么呢？这不妨从以下八个方面加以分析：第一、“数字地球”具有空间性、数字性和整体性，这三者的融合统一形成了与其它信息系统的根本区别，使它必将成为人类历史上最大、最重要的信息系统。第二、“数字地球”的数据具有无边无缝的分布式数据层结构，包括多源、多比例尺、多分辨率的，历史和现时的，矢量和栅格格式的数据。第三、“数字地球”具有一种可以迅速充实、联网的地理数据库，以及多种可以融合并显示多源数据的机制。第四、“数字地球”以图像、图形图表、文本报告等形式分别提供免费或收费的局部范围或全球范围的数据、信息、知识方面的服务，其中提供信息服务是最主要的任务。第五、“数字地球”中的数据和信息也是按普通、限制、保密等不同保密等级组织起来的，不同的用户对不同的数据和信息具有不同的使用权限。第六、“数字地球”采用开放平台、构件技术、动态互操作等最先进的技术方案。第七、“数字地球”的用户可以多种方式从中获取信息；任何一个用户都可以实时调用，无论生产者是谁，也无论数据在什么地方；因特网上的用户可以根据自己的权限查询“数字地球”中的信息；运用具有传感器功能的特制数据手套，还可以对“数字地球”进行各类可视化操作。第八、“数字地球”的服务对象覆盖整个社会层面，无论专业技术人员还是普通老百姓，都可以各自找到所需要信息。 未来发展的重要推动 “数字地球”对人类的积极作用，无论如何想像恐怕都不过分。“数字地球”对社会和经济发展的意义主要在两大方面。 第一，在当前以工农业经济为主体的经济建设中具有的重大作用已初见端倪。我们逐渐可以看到，“数字地球”提供的数据和信息在农业、林业、水利、地矿、交通、通讯、新闻媒体、城市建设、房地产、旅游、统计、教育、资源（土地、森林、水、矿物、海洋等）、环境、人口、海洋以及军事等几十个领域都能产生巨大的社会和经济效益。不妨信手拾来一些例子，如农作物监测、农作物估产、农作物面积估算、土地覆盖物的识别和评价、土地和地籍管理、水资源管理、环境监测、资源合理利用、数字天气预报、灾害监测与评估、灾害模拟和预报、渔场预报、智能交通管理、跟踪污染和疾病的传播区域、商业选址、市场调查、移动通讯、民用工程、城市管道管理、在线政府公共信息服务等等。 第二，在未来以知识经济为主体的经济建设中具有重大的作用。地球是一个有限体，地球上人类赖以生存的可利用的自然资源无疑也是有限的。正因为自然资源的有限以及以计算机科学技术的发展为特征的信息革命的深入，世界经济模式必然会从现行的以自然资源为主的工业经济模式逐步转换为未来的以信息资源为主的知识经济模式。 在以知识经济为特征的即将到来的信息社会中，信息是知识经济社会的主要经济资源，数字化信息是知识经济的物质形式。“数字地球”可以包容80％以上的人类信息资源，因此，以数字形式处理一切与空间位置相关的空间数据和与此相关的所有的文本数据为特征的“数字地球”则是未来信息资源的主体核心。 建设“数字地球” “数字地球”最主要的基础设施建设是“对地观测系统”、“信息高速公路”和“国家空间数据基础设施”。这三个方面基础设施都与计算机网络有关。信息高速公路的进一步目标就是将现有的电信网、计算机网和有线电视三网合一，实现为任何人、任何时间、任何地点提供无缝隙的多媒体、智能化综合通信业务，实现全球一网、每人一号的个人多媒体通信。中国的国家信息基础设施（cnii）计划投入1500～2000亿美元，于2020年建成。“九五”期间，主要建设“八金工程”。 如果建一个一米分辨率的“数字地球”，总数据量应是一个字节的10(15)量级。这样海量的数据在计算机网络系统里运作，对计算机网络的硬件和软件都有更高的需求。“数字地球”与计算机网络直接相关的一些领域有：高宽带网络，支持基于网络的分布式计算操作系统，多服务器的集群技术，智能网络技术，基于对象的分布式网络服务，分布处理和互操作协议，空间数据交换网络技术，图形搜索器，面向对象空间数据库，实时的多分辨率海量空间数据的存储和分发等。 另一方面，由于“数字地球”涉及到海量空间数据（geographic data）在网络环境下的表达、传输、处理和分析，因此还需要发展一些特定的技术。例如，以实现空间数据模型分析为特征的万维网地理信息系统（web gis），是指在因特网和万维网环境下开发的能够改进和扩展传统的地理信息系统功能的一类网络软件系统。它不仅能提供对空间数据、文本数据的传输功能，还能在空间数据的表达和传输过程中突破传统的图像模式，处理矢量空间数据。人们可以利用它寻找各自所需要的各种空间数据（图形、图像等）以及与此相关的文本数据，实现几何数据与相应属性数据的动态链接，而且可以进行空间分析，不用考虑数据的具体位置。在万维网技术出现之前，因特网在地理信息系统领域的应用主要是限于输送空间数据，如ftp可以让用户从网络上把空间数据传到用户的硬盘上，用户再用地理信息系统软件来处理这些空间数据，并以地图的方式显示出来。 研制万维网地理信息系统的主要技术方法有cgi方法、服务器应用程序接口方法（server api）、插入软件法（plug－ins）、java的方法、active x技术等方法。 万维网地理信息系统与传统的地理信息系统相比，其特殊之处在于：第一，它是一个采用万维网技术的基于网络的用户／服务器系统，客户端不需要特殊的软件，只要有一般的浏览器即可，大大减轻了维护客户端软件的负担，而传统的地理信息系统大多是独立的单机系统；第二，它的功能与传统的地理信息系统大不一样，传统地理信息系统大而全，万维网地理信息系统的功能在于小而实用；第三，它是一个分布式系统，用户和服务器可以位于不同地点和不同的计算机平台上，彼此之间的通信主要利用因特网。 如果在因特网和万维网环境下，建一个三维“数字地球”，还需要计算机图形技术，特别是虚拟环境（虚拟现实）技术等。 |
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