2023學年完整公開課版數(shù)字地球3

知識回顧

（一）．全球定位系統(tǒng)的概念

全球定位系統(tǒng)(Globalpositioningsystem，簡稱GPS)是具有在海、陸、空進行全方位、實時三維導航與定位功能的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。學習目標

1．數(shù)字地求的含義是什么？數(shù)字地球的技術基礎有哪些？了解數(shù)字地球的含義和技術基礎。

2．數(shù)字地球的應用包括哪些方面？了解數(shù)字地球的應用。第三章第四節(jié)數(shù)字地球一、數(shù)字地球的含義1．數(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)字地球將有關地球上每一點的信息，按地球的地理坐標加以整理，然后構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。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)境的時空變化裝人電腦中，實現(xiàn)在網絡上的流通，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、學習、生活、娛樂服務。嚴格地講，數(shù)字地球是以計算機技術、多媒體技術和大規(guī)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的活動和生活質量?！颈尘爸R】

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地球的信息。數(shù)字地球的特點：數(shù)字地球的特點是嵌人海量地理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多分辨率、三維的地球的描述，即“虛擬地球”?！鹃喿x指導】“數(shù)字地球”的提出“數(shù)字地球”的提出特點技術基礎應用時間人物著作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世紀我們這顆行星》是一種可以嵌人海量地理數(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的數(shù)據(jù)。遙感技術、地理信息系統(tǒng)、網絡技術、虛擬現(xiàn)實技術可持續(xù)發(fā)展，農業(yè)、災害、資源、教育等方面P104活動

美國宇航局和地質調查局等部門在1998年聯(lián)合舉行的數(shù)字地球研討會上，對“數(shù)字地球”的概念是這樣表述的：TheDigitalEarthisavirtualrep-)resentationofourplanetthatenablesapersontoexperienceandusethevastamountsofnatural,culturalandhistoricaldatabeinggatheredabouttheearth.TheDigitalEarthcomprisesdatainterfacesandstandardsenablingaccesstogeo-referenceddatafromremotesensing,cartographic,demographic，medical,andothersources,basedontheinterestsoftheuser.P104活動的參考答案1．高清星球是我們星球的真實體現(xiàn)，它使人經歷和使用被集結的大量自然、文化和歷史資料。只要使用者感興趣，該星球包括資料連接和水準，以至于使它能接近來自遙遠傳感、制圖、統(tǒng)計、醫(yī)學材料的編碼資料。2．數(shù)字地球的技術基礎

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：信息高速公路與高速網絡技術、高分辨率衛(wèi)星遙感技術、空間信息技術與空間數(shù)據(jù)基礎設施、大容量數(shù)據(jù)存儲技術、可視化和虛擬現(xiàn)實技術、高性能計算能力。（1）信息高速公路與高速網絡技術一個數(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。這意味著參與數(shù)字地球的服務器將需要由高速網絡來連接。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設施（Nll),通俗形象地稱為“信息高速公路”，它主要由計算機服務器、網絡和計算機終端組成。美國為此計劃投入4000億美元，耗時20年。到2000年的目標是提高生產率20％一40%，獲取35000億美元的效益。

在Internet流量爆發(fā)性增長的驅動下，遠程通信載體已經嘗試使用10G/S的網絡，而每秒1015byte的因特網正在研究中。相信在21世紀將會有更加優(yōu)秀的寬帶高速網供人們使用。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。國際互聯(lián)網

是當前信息領域發(fā)展最快、作用最大、影響最廣、公眾關注程度最高的通信網絡，它是信息高速公路的具體體現(xiàn)。（2）高分辨率衛(wèi)星遙感技術20世紀的遙感衛(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．軍用甚至可達到10厘米。在21世紀獲取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，波段愈多，光譜分辨率就愈高，現(xiàn)在的技術可以達到5一6nm（納米）量級，400多個波段。細分光譜可以提高自動區(qū)分和識別目標性質和組成成分的能力。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。

高分辨率衛(wèi)星遙感圖像在21世紀將可以優(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。（3）空間信息技術與空間數(shù)據(jù)基礎設施

空間信息是指與空間和地理分布有關的信息，據(jù)統(tǒng)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(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軟件和網絡GPS，將在21世紀十分成熟和普及。從而可實現(xiàn)不同層次的互操作，一個GIS應用軟件產生的地理信息將被另一個軟件讀取。

當人們在數(shù)字地球上，進行處理、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。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，致使目前在萬維網上制作主頁時還不能輕易將有關的信息連接到地理空間參考上。因此，國家空間數(shù)據(jù)基礎設施是數(shù)字地球的基礎。大容量數(shù)據(jù)存儲技術

數(shù)字地球將需要存貯1015

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，還會有新的突飛猛進?？梢暬吞摂M現(xiàn)實技術

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，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特點是虛擬現(xiàn)實技術。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)。

人造虛擬現(xiàn)實技術在攝影測量中早已是成熟的技術，近幾年的數(shù)字攝影測量的發(fā)展，已經能夠在計算機上建立可供量測的數(shù)字虛擬技術。當然，當前的技術是對同一實體拍攝照片，產生視差，構造立體模型，通常是當模型處理。進一步的發(fā)展是對整個地球進行無縫拼接，任意漫游和放大，由三維數(shù)據(jù)通過人造視差的方法，構造虛擬立體。高性能計算能力

地球是一個復雜的巨系統(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，我們將能夠更好地認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。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．科學技術是先進生產力的集中體現(xiàn)C．科技的發(fā)展離不開雄厚的經濟實力D．任何科技必然為政治服務B例2“數(shù)字地球”的核心技術包括（）①遙感技術②全球定位系統(tǒng)③地理信息系統(tǒng)④現(xiàn)代通信技術A．①②③B．②③④C．①②④D，①③④A【閱讀指導】

一次虛擬旅行工具應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看到出現(xiàn)在太空中蔚藍色的、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人查看細節(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)世紀以前的環(huán)境，甚至可以與恐龍接觸例3少數(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)地球圖層間物質流、能量流與信息流數(shù)據(jù)的集成，便于對全球化問題進行廣泛研究。（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絡、地理信息系統(tǒng)等基礎設施平臺，整合城市信息資源并加以充分利用，建立電子商務、電子政務、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、網上教育、遠程醫(yī)療，建設信息化社區(qū)，最終實現(xiàn)城市國民經濟和社會發(fā)展的全面信息化?！皵?shù)字化社區(qū)”：顧名思義，就是通過數(shù)字技術將管理、服務的提供者與每個住戶相聯(lián)結的社區(qū)。這種數(shù)字化的網絡系統(tǒng)·使社區(qū)的管理者與住戶之間可以實時地進行各種形式的信息交互，由于現(xiàn)代網絡瀏覽器的先進性以及多態(tài)的表現(xiàn)性，加上各種網絡多媒體技術的應用，從