我說一些關于數字地球的吧
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數字地球
一、 “ 數字地球 ”的提出
數字地球( Digital Earth )作為一個完整的名詞,最初于 1997 年下半年出現在科技界。 1998 年 1 月 31 日,美國副總統戈爾在加利福尼亞科學中心作了題為“數字地球——認識二十一世紀我們這個星球”的講話,率先在公開場合喊出了“數字地球”這一名詞,他說:“我相信我們需要一個‘數字地球',一種關于地球的可以嵌入海量數據的、多分辨率和三維的表示。”此后,戈爾又在幾次公開場合提到數字地球。事實上,美國宇航局在去年下半年就開始了一個叫作 DIGITA EARTH 的項目,在 1 月 31 日戈爾的講話公開以后,美國宇航局又開始著手另外一個 DIGITAL EARTH 的項目。
通俗地講,數字地球就是用數字的手法將地球、地球上的活動及整個地球環境的時空變化裝入電腦中,實現網上流通,并使之最大限度地為人類的生存、可持續發展和日常的工作、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。
數字地球的核心思想是用數字化的手段來處理整個地球的自然和社會活動諸方面的問題,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;其特點是嵌入海量地理數據,實現對地球的多分辨率、三維描述,也就是虛擬地球。
二、 “數字地球”的內涵
用戈爾自己的話來講,他定義的 “ 數字地球 ” 是 “ 一種能嵌入巨量的地球空間信息、對我們的星球所做的多分辨率的三維描述 ” 。這就表述了 “ 數字地球 ” 的主要特點:一是以巨量的地球空間信息為主要對象。其中既包括空間地球信息,也包括巨量衛星圖像信息;既包括公共空間信息,也包括商業化信息。這些空間信息又是多分辨率的、遍及全球的。二是以支持巨量空間圖像信息與多源地球信息集成和實時網絡應用的全球信息基礎設施為運行環境。網絡用戶能夠對于分布在世界任何不同節點上的多源地球信息和圖像信息進行提取和網絡空間集成。三是信息處理技術立足面向對象進行智能化虛擬現實計算,對地球現象進行三維描述和多媒體顯示,以人類能夠理解的方式幫助人類更好地認識自己生存的星球,甚至為各類網絡用戶開辟一個認識 “ 我們這顆星球 ” 的 “ 沒有圍墻的實驗室 ” ,同時還為解決一系列可持續發展問題服務,達到促進經濟發展的目標。因此 “ 數字地球 ” 是一個涉及范圍十分廣泛的社會工程,需要由政府、企業、科研和教學單位等各類網絡用戶共同建設。
戈爾提出建造 “ 數字地球 ” 所需的計算科學、大規模存儲、衛星圖像、寬帶網絡、互操作性和元數據等 6 項關鍵技術以及下世紀初的指標正是圍繞以上特點提出的。從目前提出的關鍵技術及其下世紀初要達到的指標來看,是有其特定的技術層次的。例如建立標準化的空間數據框架,實現基于空間數據倉庫、高分辨率衛星數據的空間信息網絡實時傳輸、共享和處理技術,開發面向對象的網絡在線智能化虛擬現實計算等一系列新的技術,都屬于面向 21 世紀的前沿領域,也是美國 “ 數字地球 ” 計劃的重點。技術研究圍繞 “ 信息高速公路 ” 上巨量空間圖象信息與多源地球信息的網絡應用集成展開,即在多分辨率遙感(以衛星為主)圖像和 NSDI 支持下,面向各類應用,在 NII 與 GII 上構造一個支持各地、各層次網絡用戶進行智能化地球信息虛擬現實計算、多分辨率三維描述和輔助決策的應用環境,其中的第一步是實現海量空間圖像信息與地球信息的網絡集成和共享。
三、“數字地球”的作用
數字地球是世界進入信息時代的最重要標志之一,對于發展全球信息產業具有非常重要的作用。
在計算機上利用數字地球可以對全球變化的過程、規律、影響以及對策進行多分辨、多尺度、多時空和多種類的三維描述和各種模擬和仿真,從而提高人類應付全球變化的能力。
通過數字地球,人們可以了解到世界上任何地方最新、最全面的實施的情況,在生態環境保護、氣候變化預測、地震預測、土地利用規劃、精細農業、減災、打擊犯罪活動 、外交、國防及政府宏觀決策等多方面具有廣泛的應用前景。
依托數字地球,農民可以獲得其農田的長勢征兆,通過 GIS 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。
在水利建設方面,通過數字地球可以虛擬大型水庫建成后庫區周圍和上下游的環境變化,一方面對水庫修建提供決策依據,同時對水庫修建后可能出現的問題有比較清楚的了解,從而制定相應對策。
在現代化戰爭和國防建設中,數字地球具有十分重要的意義。建立服務于戰略、戰術和戰役的各種軍事地理信息系統,并運用虛擬技術建立數字化戰場,從而掌握戰場主動權。
普通大眾可以在數字地球上學習、購物、參觀、旅游,也可通過時間和空間的變化,向穿越時空或空間的范圍,領略風土人情、文學藝術、自然景觀、植物、動物、天氣等,仿佛身臨其境。依托數字地球,用戶只要戴上顯示頭盔,就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,他看見了大陸,然后是鄉村、城市,最后是私人住房、商店、樹木和其它天然和人造景觀;當他對商品感興趣時,可以進入商店內,欣賞商場內的衣服,并可根據自己的體型,構造虛擬自己試穿衣服。
信息時代的來臨,將改變人類的生存和發展方式。未來的利益分配將無不與數字地球息息相關。在未來的利益沖突(包括軍事沖突)中將很大程度依賴對數字地球的控制,數字地球上占優勢的一方將在數字地球上展開外交攻勢、新聞傳播、心理戰、政治顛覆、文化侵略、數據破壞等。
四、“數字地球”發展的背景
從美國信息基礎設施發展的歷史來看, “ 數字地球 ” 是美國國家和全球信息基礎設施( NII 和 GII )發展的自然延伸。早在 1981 年,美國學者就提出了 NII 的概念。 1992 年克林頓競選總統時將建設美國的 NII 作為國家的發展戰略提到議事日程,計劃用大約 20 年時間(至 2010 年)建設聯結全美國的高速通信網絡,總投資 4000 億美元,其中政府投資 200 億美元。 1993 年美國政府進一步明確了發展 NII 的五項基本原則:鼓勵私人投資、促進保護競爭、低價面向大眾、環境靈活有序和高質服務全球。 1994 年,美國又把這些原則用到全球信息基礎設施( GII )建設中去。早在 90 年代初美國有關國家信息基礎設施( NII )的文獻中就已經提出了 “ 數字地球 ” 的概念,但僅僅作為 NII 發展前景的一個應用領域,在當時的網絡技術條件下,尚未提到議事日程。
1994 年美國通過發布總統令,開始將地球空間數據獲取、處理、存儲、分發以及改進應用效果所必需的各種技術、政策、標準和人力資源開發作為 “ 國家空間數據基礎設施( NSDI )的組成部分納入 NII ,并建立了支撐 NSDI 運行的網絡系統 —— 國家地球空間數據交換網絡 ( 簡稱 NGDC) 。空間數據交換中心設在美國內政部地質調查所( USGS ),美國聯邦地理數據委員會( FGDC) 將 NGDC 作為協調地球空間信息標準化和網絡共享的依托。這個網絡系統通過空間元數據技術把全球空間數據的生產者、管理者和用戶連接在一起,初步形成了一個分布式的網絡系統,并通過國家協調加速地球數據的標準化和網絡應用集成與共享。 NGDC 在加強美國以至世界范圍地理信息數據的交換方面發揮了重要作用,事實上已經成為 Internet 上聯系整個地球空間數據(目前以美國為主)的一個檢索網絡,任何能夠通過 Internet 提供地學空間檢索數據 ( 不是元數據 ) 的機構都可成為其成員。但鑒于 90 年代初美國的網絡技術條件, NSDI 涉及的數據主要是地球空間數據( Geospatial ),美國已經積累和正在產生的大量來自航天、航空遙感( RS )和全球定位( GPS )等空間數據及其網絡應用和集成并未提到議事日程。
90 年代后期, NII 取得了顯著發展,成為美國經濟持續增長的重要因素。通過將 Internet 民用化,美國逐步統一網絡地址和傳輸協議標準,制訂促進數據共享和網絡應用的政策(數據政策、技術政策和經濟政策),加速了 NII 技術和應用的發展,也為海量空間數據的網絡應用集成提供了條件。其重要標志是迅速遍布全球和每秒 10G 帶寬的第二代 Internet 的成功實施。另一方面,這一時期全球地理信息系統和空間信息技術的應用迅速發展,以美國為代表的發達國家在地球數據的數字化以及空間數據的積累和應用方面取得了顯著的進展。相當多的國家(特別是發達國家)已經建立了大批基礎地理數據庫,并形成了定期更新和發布的制度。如美國地質調查所下屬的國家測繪部已經完成了覆蓋全美的 1 ∶ 200 萬全要素地形數據庫、 1 ∶ 10 萬地形數據庫、 1 ∶ 25 萬土地利用數據庫,正在建立全國 1 ∶ 2.4 萬地形數據庫和 1 ∶ 2 萬正射影像數據庫,并無償提供全社會共享。發達國家,特別是美國仍然保持著空間技術和數據市場的領先和壟斷地位。 “ 數字地球 ” 正是在上述背景之下提出的。
綜上所述不難看出,由 NII 或 GII 擴充到 NSDI 再到 DE ,代表了美國 NII 或 GII 發展過程中不同的技術發展階段。 NII ( GII )中所支持的信息類型和范圍不斷擴大,信息處理功能和技術水平不斷提高。即 “ 信息高速公路 ” 上的 “ 貨 ” 擴大到地球空間數據,并向高分辨率衛星遙感的海量信息延伸;處理技術擴展到地球空間信息和多媒體信息高速傳輸,再向多源空間地球信息與海量空間信息的網絡集成和實時(在線互操作)傳輸、智能化處理(虛擬現實)和三維顯示的方向發展。而目前在論及 “ 數字地球 ” 中經常提到的常規基礎地理數據生產和管理在美國屬于 NSDI 的范疇;對于衛星圖像強調的是應用,特別是現有空間信息的應用。戈爾關于 “ 數字地球 ” 的講話中對于新的航天器和傳感器的關鍵技術甚至未作描述,進一步完善 “ 遙感對地觀測衛星系統建設 ” 的任務在美國始終放在航天領域去完成。由此可見,美國 “ 數字地球 ” 的提出有其特定的經濟、社會和技術背景,是美國空間技術、信息技術、網絡通信技術及其應用發展到相應階段的產物。從空間技術來看, “ 數字地球 ” 是建立在美國衛星、航空和地面臺站獲取的全球性對地觀測數據極大豐富的基礎上。從信息技術和 “ 信息高速公路 ” 建設及應用的角度來看,可以認為 “ 數字地球 ” 是在基本解決了 Internet 網絡傳輸與管理的標準化、規范化問題之后,在網絡帶寬、大容量數據存儲和管理、多媒體信息網絡傳輸處理和融合、廣域網絡環境下虛擬現實和人工智能技術的聯機運行等關鍵技術開發方面取得重大突破,在 Internet2 開始運行的背景之下,提出的更高技術層次、以驅動現有空間信息資源(特別是衛星數據資源)的開發利用為重點的新一輪 NII 與 GII 發展計劃。因此,從某種意義上說, “ 數字地球 ” 的實施標志著 90 年代以美國為代表的全球空間信息技術、計算機網絡通信技術與地球科學技術在更高技術層次上加速融合,并推向應用的新開端。
五、 我國發展“數字地球”的 對策
我國是一個人口眾多的發展中大國,實現信息化的社會經濟條件和技術基礎與發達國家之間存在顯著差異,需要結合本國的國情和發展階段,積極應對 “ 數字地球 ” 的挑戰。以下就關鍵技術開發和創新、空間信息基礎設施建設和地球信息產業發展三個方面提出若干建議。
1. 加強我國 “ 數字地球 ” 關鍵技術的開發和創新
計算科學、大規模存儲、衛星圖像、寬帶網絡、互操作性和元數據等六個方面的關鍵技術開發是美國創建 “ 數字地球 ” 的重點。一方面,這些關鍵技術對于任何國家建設和應用 “ 數字地球 ” 都是不可缺少的,而且正如戈爾所言 “ 大多數構造 ‘ 數字地球 ' 需要的技術和能力已經成熟或正在開發 ” 。另一方面,從美國所提出的下世紀初要達到的技術指標來看,我國與發達國家之間存在很大差距。因此,大力加強與 “ 數字地球 ” 有關的關鍵技術研究和創新已刻不容緩。
在 “ 數字地球 ” 關鍵技術之中,特別引人注目的是 1 米分辨率的衛星圖像商業化,此舉意味著將高分辨率的衛星數據開始廣泛用于支持全球范圍的空間信息分析處理,包括強大的信息系統和網絡支持下的實時分析處理。這不但對技術進步具有重要意義,而且意味著巨大的商機和潛在的經濟社會效益,而且與我國相應的產業和國家安全密切相關。在關鍵技術的開發和信息基礎設施建設方面,我國作為發展中國家需要采取引進與自主創新相結合的途徑。引進成熟技術加速我國空間信息基礎設施建設;同時根據我國國情國力、應用需求和國家安全的需要,重點部署 “ 數字地球 ” 關鍵技術的開發和創新,縮小與發達國家的差距。目前迫切需要在關系國家經濟和國防安全的兩個領域有所突破,即加速建立我國自主、穩定、功能強大的衛星對地觀測系統和空間信息傳輸主干網絡,擺脫過分依賴國外衛星數據源、網絡傳輸和管理技術的局面,同時也為增強我國地球空間信息產業的國際競爭實力創造必要的條件。在日益嚴峻的挑戰面前,需要進一步強調的是國家的統籌規劃和部門之間的合作,部門之間信息封鎖和低水平重復建設的局面應當盡快結束。其中包括加速我國遙感衛星的研制和發射,建立自己的遙感衛星系列和獨立穩定的對地觀測空間信息源;建立健全空間地理信息采集、處理、分發和應用的技術體系、基礎設施和數字產品的市場環境,滿足各類應用對空間信息源的需求,特別是滿足國土資源環境動態觀測和分析的需要。我國作為一個幅員遼闊的大國,需要建立自主的對地觀測衛星系列,也應該為人類做出自己應有的貢獻。同時, “ 數字地球 ” 關鍵技術的開發應與 NSII 的建設、發展和應用相結合,在開發中創新,培養人才,培育市場,促進技術成果轉化和信息產業發展。
2. 加速我國空間信息基礎設施發展
在當前國際經濟和技術一體化趨勢不斷加強的環境之下, “ 數字地球 ” 同時也為我國高效、低成本發展國家空間信息基礎設施( NSII )提供了機遇。鑒于 “ 數字地球 ” 事實上是以全球空間信息基礎設施的建設和應用為主導的計劃,與我國的國家空間信息基礎設施建設及其應用(市場)基本上是一致的。 “ 數字地球 ” 在中國實際上相當于我國的國家空間信息基礎設施的發展和應用。
“ 數字地球 ” 的 6 項關鍵技術也屬于我國 NSII 建設和發展不可缺少的關鍵技術。在技術方面目前我國與發達國家之間存在很大差距,但在應用方面則存在更大的潛力。特別是 1 米分辨率衛星商業化和包括陸地衛星在內的商用衛星數據的大幅度降價,都為我國的衛星數據用戶提供了難得的機遇。我們一方面要通過技術創新解決由此對于我國相應技術產業發展和國家安全提出的嚴峻挑戰,另一方面又要抓住機遇利用分辨率更高、更廉價的空間數據,增強各領域的應用效益、人才培養和市場培育。
我國作為發展中國家,一方面需要在 “ 數字地球 ” 的六個關鍵技術領域加大科技創新力度,縮小與發達國家的差距,另一方面必須加速我國基礎地理數據的生產和應用系統建設,促進我國空間信息產業發展壯大。這就有利于引導和帶動我國不同技術層次(成熟技術應用和前沿技術創新和轉化)的空間信息技術開發和應用,合乎我國目前行業、地區、企業之間信息技術開發與應用水平和經濟實力差距大、發展不平衡的社會經濟背景。發展我國的 “ 數字地球 ” ,主要途徑可以歸納為以下三個方面:
一是盤活信息資源,驅動應用發展。充分發揮我國現有的信息資源潛力,利用發達國家開放高分辨率衛星數據的機會,加速多源信息的整合,推進 “ 數字地球 ” 應用系統建設,提高現有空間數據的開發利用水平,取得更好的應用效益。在信息資源的開發利用方面,我國有更多的優勢和主動權。一方面,作為發展中國家,我國有可能利用分辨率更高、更加豐富和更加廉價的空間地理信息。另一方面,我國在這方面具有很大的潛力。建國以來我國開展了大規模的地學調查,積累了數量大、系統性強、規范化程度高的地球空間信息資源,特別是自然資源調查的地球信息不但十分豐富,而且比較系統、全面。但這些信息資源的開發利用水平很低,數字化、網絡化共享和深加工的潛力巨大。特別是在提高我國國土調查、城市管理和遠程教育等領域的技術水平和效益方面,具有顯著的優勢和前景。
二是關鍵技術創新和基礎設施發展。通過 NSII 建設實踐積累必要的經驗,根據我國的實際開展 “ 數字地球 ” 關鍵技術創新和應用,促進 NSII 的技術更新和持續發展,逐步建立有中國特色的空間信息基礎設施運行與管理體系,形成我國自主的航天對地觀測體系,增強我國空間信息技術和相關產業的國際競爭實力,保障國家安全。
三是帶動高技術產業形成和發展。通過空間信息基礎設施的發展,促進和帶動我國空間信息系統軟件產業、空間信息服務業及其他相關產業的形成和發展,并為其應用開辟市場,創造必要的技術經濟支撐環境。
從某種意義上說,美國 “ 數字地球 ” 的公益性和基礎性部分與我國正在研究開發的 “ 國家空間信息基礎設施 ” ( NSII )可以相對應,而其中的市場化應用部分與我國地理信息資源的應用及其相關行業的信息化、網絡化、產業化和市場化密切相關。中國同樣具有創建 “ 數字地球 ” 的需求和條件。
3. 大力培植我國空間信息產業發展
我國具有豐富的地球信息資源和廣闊的空間信息應用領域。 80 年代以來我國陸續積累了大量空間數據,開發建設了為數甚多的基于空間信息的應用系統,其中一些技術已經達到當時國際先進水平,但仍有大批空間數據(包括航天、航空遙感數據)及其研究成果未能及時轉化為應用,沒有在國民經濟和社會服務信息化中發揮應有的作用。國內 70 %以上的地理信息系統軟件市場被國外軟件占領,空間信息產業十分弱小。針對以上問題, “ 九五 ” 以來,我國已將 GIS 、 RS 和 GPS 的產業化、集成化和實用化列為 “ 重中之重 ” 的研究課題,組織開展了國家空間信息基礎設施( NSII )關鍵技術及其雛形 —— 國家資源環境與區域經濟信息系統( NREDIS )的開發,并通過這些項目促進空間信息共享和相應地球空間信息產業的形成和發展。
綜上所述,面對 “ 數字地球 ” 的挑戰,有必要在現有工作的基礎上,進一步加強國家的宏觀組織協調,設立國家空間信息基礎設施( NSII )的重點開發專項,將各有關方面的研究和開發統一組織和集成在 NSII 開發與應用框架之中,促進我國空間信息資源的高效開發利用和規范化網絡共享,在全球空間信息基礎設施建設中做出自己的貢獻。
六、“數字地球”及其與現代測繪的關系
“數字地球”是美國副總統戈爾 1998 年 1 月在一次演講中提出的概念;是一種能輸入大量的地理信息,并對其進行多種分辨率處理的動態描述系統。它是隨著國家信息基礎設施(即通常所說的國家信息高速公路)的發展而形成的。“數字地球”是以信息基礎設施和空間數據基礎設施為依托的一個廣泛的概念。其技術基礎包括計算機技術、圖像處理技術、大規模數據存儲技術、空間對地觀測技術及數字通訊技術等。
形成和發展“數字地球”必須首先發展國家的信息基礎設施和國家的空間數據基礎。后者主要包括四個部分:地球空間數據框架,空間數據協調、管理與分發,空間數據交換標準以及空間數據交換網站等。這些工作和設施都與現代測繪工作直接有關。特別是國家空間數據框架,包括大地控制、數字正射影像、數字高程模型、交通、水系、行政境界、公共地籍等空間基礎數據,它們的獲取、處理和管理工作都是測繪工作的業務范圍,也是當代測繪事業的發展方向。
我國已建成的國家 l : 100 萬和 1 : 25 萬數字化地圖數據庫是國家法定的空間數據框架。但這兩個數據框架的比例尺還不夠大,還急需國家和省市兩級建立以航天和航空遙感影像為基礎的國家級 1 : 5 萬和省級 1 : 1 萬數字空間數據庫,從而可獲得直徑 1 米分辨率的我國地面圖像。這些都是國家空間數據基礎設施和先行,是不可缺少的重要組成部分,將為我國的“數字地球”打下堅實的基礎。在這個框架基礎上加載我國經濟、社會和人文等各行各業中一切與地理位置有關的空間信息,并由此建成國家空間數據基礎設施,將為解決我國的人口、資源、環境、災害等社會可持續發展中的重大問題,以及有關國土資源的規劃保護利用、工農業發展等推動國家經濟發展、生態平衡和人民生活質量提高的實際問題作出極其重要的貢獻。由此,在全球發展和形成的“數字地球”將為全球人類社會的可持續發展和社會進步作出積極貢獻。
電力系統中的GIS:將電力企業的電力設備、變電站、輸配電網絡、電力用戶與電力負荷等連接形成電力信息化的生產管理綜合信息系統。電網GIS平臺是電網企業信息化建設的重要組成部分,其核心功能在于為電網企業各專業提供基礎數據與服務。
提供的電力設備信息、電網運行狀態信息、電力技術信息、生產管理信息、電力市場信息與山川、地勢、城鎮、道路,以及氣象、水文、地質、資源等自然環境信息集統一。
通過GIS可查詢有關數據、圖片、圖象、地圖、技術資料、管理知識等。
擴展資料
GIS平臺采用與世界同步的計算機圖形技術、數據庫技術、網絡技術以及地理信息處理技術。
GIS技術支持多種數據庫管理系統,運行多種編程語言和開發工具;支持各類操作系統平臺;為各應用系統,如SCADA、EMS、CRM、ERP、MIS、OA等提供標準化接口;可嵌入非專用編程環境。
電網GIS平臺的深化應用,促進了電網設備的規范化管理、電網數據共享與業務融合,提升了電網資產全壽命周期管理和電網設備精益化管理水平。
系統設計采用目前最新技術,支持遠程數據和圖紙查詢,利用系統提供的強大圖表輸出功能,可以直接打印地圖、統計報表、各類數據等。
參考資料:百度百科-電力GIS
參考資料:人民網-國網青海電力積極推進電網GIS平臺深化應用
GIS中將帶坐標的照片導入影像中,可以使用GeoTIFF圖像標記技術。其原理是在照片的像素上標識坐標位置信息,以及圖像的方向、形狀等信息,使得將照片導入GIS系統時,可以正確放大縮小、定位顯示。
當前標題:gis技術實時傳輸圖像 gis數據發布流程
網站URL:http://vcdvsql.cn/article4/doiecoe.html
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