| 要在電子計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球不是一個(gè)很簡(jiǎn)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：信息高速公路和計(jì)算機(jī)寬帶高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星影像、空間信息技術(shù)、大容量數(shù)據(jù)處理與存貯技術(shù)、科學(xué)計(jì)算以及可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
1、信息高速公路和計(jì)算機(jī)寬帶高速網(wǎng)
一個(gè)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，美國克林頓總統(tǒng)早在1993年2月就提出實(shí)施美國國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII），通俗形象地稱為信息高速公路，它主要由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)終端組成。美國為此計(jì)劃投入4000億美元，耗時(shí)20年。到2000年的目標(biāo)是提高生產(chǎn)率20~40%，獲取35000億美元的效益。
在Internet流量爆發(fā)性增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)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(huì)有更加優(yōu)秀的寬帶高速網(wǎng)供人們使用。數(shù)字地球2、高分辨率衛(wèi)星影像
本世紀(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(shí)間分辨率?？臻g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。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10cm。到下一世紀(jì)獲取1m或優(yōu)于1m的空間分辨率影像將會(huì)十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細(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5~6nm（納米）量級(jí)，400多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。時(shí)間分辨率指重訪周期的長(zhǎng)短，目前一般對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星為15~25天的重訪周期。通過發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以3~5天觀測(cè)地球一次。
高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在下一世紀(jì)將可以優(yōu)于1米的空間分辨率，每隔3~5天為人類提供反映地表動(dòng)態(tài)變化的詳實(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)秀才不出門，能觀天下事的理想。
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，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，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GIS軟件和網(wǎng)絡(luò)GPS，將在下一世紀(jì)十分成熟和普及。從而可實(shí)現(xiàn)不同層次的互操作，一個(gè)GIS應(yīng)用軟件產(chǎn)生的地理信息將被另一個(gè)軟件讀取。
當(dāng)人們?cè)跀?shù)字地球上，進(jìn)行處理、發(fā)布和查詢信息時(shí)，將會(huì)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(diǎn)和路線，購房時(shí)選擇價(jià)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(shí)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)。
國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施主要包括空間數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)管理與分發(fā)體系和機(jī)構(gòu)，空間數(shù)據(jù)交換網(wǎng)站、空間數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)字地球空間數(shù)據(jù)框架。這是美國克林頓總統(tǒng)在1994年4月以行政令下發(fā)的任務(wù)，美國將于2000年元月初步建成，我國也將在跨世紀(jì)之際，抓緊建立我國基于1:50000和1:10000比例尺的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。歐洲、俄羅斯和亞太地區(qū)也都紛紛抓空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施。
空間數(shù)據(jù)共享機(jī)制是使數(shù)字地球能夠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵之一。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO/TC211工作組正為此而努力工作。只有共享才能發(fā)展，共享推動(dòng)信息化，信息化進(jìn)一步推動(dòng)共享。政府與民間的聯(lián)合共建是實(shí)現(xiàn)共享原則的基本條件，因?yàn)槿魏螄业恼膊豢赡馨鼣堈麄€(gè)信息化的建設(shè)。在我國，要遵循這一規(guī)律就必然要求打破部門之間和地區(qū)之間的界限，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)合行動(dòng)，相互協(xié)調(diào)，互諒互讓，分工合作，發(fā)揮整體優(yōu)勢(shì)。只有大聯(lián)合才能形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢(shì)，才能在國際信息市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)中爭(zhēng)取主動(dòng)。
4、大容量數(shù)據(jù)存貯及元數(shù)據(jù)
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(jì)劃EOS-AM1 99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(gè)時(shí)刻的，多時(shí)相的動(dòng)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(jī)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(jī)器手自動(dòng)而快速地完成，相信到下一世紀(jì)，還會(huì)有新的突飛猛進(jìn)。
另一方面，為了在海量數(shù)據(jù)中迅速找到需要的數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)（metadata）庫的建設(shè)是非常必要的，它是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通過它可以了解有關(guān)數(shù)據(jù)的名稱、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶尋找所需數(shù)據(jù)的時(shí)間。
5、科學(xué)計(jì)算
地球是一個(gè)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(shí)間和空間的跨度變化大小不等，差別很大，只有利用高速計(jì)算機(jī)，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(cè)到的現(xiàn)象。利用數(shù)據(jù)挖掘（Data Mining）技術(shù)，我們將能夠更好地認(rèn)識(shí)和分析所觀測(cè)到的海量數(shù)據(jù)，從中找出規(guī)律和知識(shí)。科學(xué)計(jì)算將使我們突破實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)的限制，建模和模擬可以使我們能更加深入地探索所搜集到的有關(guān)我們星球的數(shù)據(jù)。
6、可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
可視化是實(shí)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(jì)算機(jī)中的一堆數(shù)字是無任何意義的。
數(shù)字地球的一個(gè)顯著的技術(shù)特點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)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)，使用"用戶界面"的開窗放大數(shù)字圖像；隨著分辨率的不斷提高，他看見了大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是私人住房、商店、樹木和其它天然和人造景觀；當(dāng)他對(duì)商品感興趣時(shí)，可以進(jìn)入商店內(nèi)，欣賞商場(chǎng)內(nèi)的衣服，并可根據(jù)自己的體型，構(gòu)造虛擬自己試穿衣服。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人類觀察自然，欣賞景觀，了解實(shí)體提供了身臨其境的感覺。最近幾年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展很快。虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言（VRML）是一種面向Web、面向?qū)ο蟮娜S造型語言，而且它是一種解釋性語言。它不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)和過程的三維表示，而且能使用戶走進(jìn)視聽效果逼真的虛擬世界，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球的表示以及通過數(shù)字地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種地球現(xiàn)象的研究和人們的日常應(yīng)用。實(shí)際上，人造虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在攝影測(cè)量中早已是成熟的技術(shù)，近幾年的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的發(fā)展，已經(jīng)能夠在計(jì)算機(jī)上建立可供量測(cè)的數(shù)字虛擬技術(shù)。當(dāng)然，當(dāng)前的技術(shù)是對(duì)同一實(shí)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(duì)整個(gè)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。 |
返回頂部