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数字地球的技术基础          【字体:
数字地球的技术基础
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:6553    更新时间:2006/1/28    

一、什么是数字地球

所谓“数字地球”,可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动等方面的问题,最大限度地利用资源,并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息,其特点是嵌入海量地理数据,实现多分辨率、三维对地球的描述,即“虚拟地球”。通俗地讲,就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中,实现在网络上的流通,并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、生活、娱乐服务。

严格地讲,数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础,以宽带网络为纽带运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述,并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。

二、数字地球的技术基础

要在电子计算机实现数字地球不是一个很简单的事,它需要诸多学科,特别是信息科学校术的支撑。这其中主要包括:信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨中卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存贮技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术。

1、信息高速公路和计算机宽带高速网

一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮,而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。

2、高分辨率卫星影像

3-5天观测地球一次。高分辨率卫星遥感图像在将可以优于1的空间分辨率。每隔3-5天为人类提供反映地表动态变化的详实数据,从而实现秀才不出门,能观天下事的理想。

3、空间信息技术与空间数据基础设施

空间信息是指与空间和地理分布有关的信息,经统计,世界上的事情有80%与空间分布有关,空间信息用于地球研究即为地理信息系统。为了满足数字地球的要求、将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型三库一体的软件和网络,将在下一世纪十分成熟和普及。从而可实现不向层次的互操作,一个应用软件产生的地理信息将被另外的系统接收。

国家空间数据基础设施主要包括空间数据协调管理与分发体系和机构,空间数据交换网站、空间数据交换标准及数字地球空间数据框架。这是美国克林顿总统在19944月以行政令下发的任务,美国将于2000年元月初步建成,我国也将在跨世纪之际,抓紧建立我国基于150000110000比例尺的空间信息基础设施。欧洲、俄罗斯和亚太地区也都纷纷抓空间数据基础设施。   

4、大容量数据存贮及元数据

数字地球将需要存贮10“字节的(Quadrillions)信息。美国NASA的行星地球计划EOSAMI 99年上天,每天将产生1000GB(1TB)的数据和信息。 1分辨率影像覆盖广东省,大约有1TB的数据,而广东才是中国的153。所以要建立起中国的数字地球,仅仅影像数据就有53TB,这还只是一个时刻的,多时相的动态数据,其容量就更大了。目前美国的NASNOAA己着手建立用原型并行机管理的可存贮1800TM的数据中心,数据盘带的查找由机器手自动而快速地完成,相信到下一世纪,还会有新的突飞猛进。

另一方面,为了在海量数据中迅速找到需要的数据,元数据 (metadata)库的建设是非常必要的,它是关于数据库的数据,通过它可以了解有关数据的名称、位置、属性等信息,从而大大减少用户寻找所需数据的时间。

5、科学计算

地球是一个复杂的巨系统,地球上发生的许多事件,变化和过程又十分复杂而呈非线性特征,时间和空间的跨度变化大小不等,差别很大,只有利用高速计算机,我们今日和跨世纪的未来,才有能力来模拟一些不能观测到的现象。利用数据挖掘 (Data Mlning)技术,我们将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据,从中找出规律和知识。科学计算将使我们突破实验和理论科学的限制,建模和模拟可以使我们能更加深入地探索所搜集到的有关我们星球的数据。

6、可视化和虚拟现实技术

可视化是实现数字地球与人交互的窗口和工具,没有可视化技术,计算机中的一堆数字是无任何意义的。数字地球的一个显著特点是虚拟现实技术。建立了数字地球以后,用户戴上显示头盔,就可以看见地球从太空中出现,使用“用户界面”的开窗放大数字图像;随着分辨率的不断提高,他看见了大陆,然后是乡村、城市,最后是私人住房、商店、树木和其它天然和人造景观:当他对商品感兴趣时,可以进入商店内,欣赏商场内的衣服,并可根据自己的体型,构造虚以自己试穿衣服。

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