数字地球与因特网，本文主要内容关键词为：因特网论文,地球论文,数字论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1数字地球的概念和特征
信息化、网络化和全球化是信息时代的主要特征，使人们的学习、生活和工作发生了极大的变化。如今，“因特网”、“知识经济”等术语已深入人心，在此状况下，“数字地球”渐渐浮出水面，使得“将世界放在手掌中”不再是痴人说梦。
“数字地球”是1998年1月31日美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表讲演时提出的。戈尔在他的题为“数字地球：21世纪认识地球的方式(The Digital Earth:Understanding our planet in the 21st Century)”的讲演里指出：“我相信我们需要一个‘数字地球’，即一种可以嵌入海量地理数据的、多分辨率的和三维的地球的表示。”他讲的数字地球是指充分利用有关地球的所有信息(戈尔称为“关于我们行星的各种环境和文化现象信息”)，以促进社会进步和经济发展。他认为现在我们一方面拥有大量的可以发挥积极作用的信息，一方面又让它闲置起来慢慢地过时而变得无用。解决这一矛盾的方法，便是建立“数字地球”。
数字地球是信息科学、空间科学和地球科学等多学科融合的产物，指的是建立一个地球信息模型，该模型将地球上每一角落的信息都收集、整理、归纳，并且按照地球地理坐标建立完整的信息模型并且用网络联结起来，从而使地球上的每个人都可以快速、完整、形象地了解地球宏观和微观的各种情况，并充分发挥这些数据的作用。生动地说，数字地球是一种虚拟地球。由于数字地球是从全球系统的角度来一体化组合和利用已有和正在发展的理论、技术、数据和能力，所以它能更广泛、更深入、更有效地为经济、社会和军事服务。数字地球具有以下特征：
(1)数字地球的数据的种类多，它既包括多源多比例尺多分辨率的、矢量和栅格格式的空间数据；还包括相应的以文本形式表现的应用数据；另外还有高分辨率的地球卫星图像、数字化的地图以及经济、社会和人口统计的信息。利用它们，可以在教育、可持续发展战略、农业、土地使用规划以及政治或经济危机解决等领域，产生广泛的社会和经济效益。为此，数字地球应具有开放、联网的数据库和可以融合并显示多源数据的机制。可以说，开放的全球网络是数字地球的基础之一。
(2)数字地球的数据量极大，初步估算将要求存储10的15次幂字节的信息，而且每天还会产生大量的信息，这些信息只有分布地存储到全球各地的计算机中。因此，数字地球只能在宽带高速网上才能运行，数字地球要象万维网上浏览主页那样可以在全球以多种比例尺任意漫游。为了适应这种功能，软件要有新的设计思想和体系结构。大容量的分布式存储技术也是数字地球的基础之一。
(3)数字地球是一个向公众开放的系统，它可以让不同的用户任意添加信息，而任何一个用户都可以实时调用。为此，数据共享的标准和互操作性就显得异常重要。目前，地理信息系统(GIS)界正在通过OpenGIS协会寻求解决这些问题的方法。
(4)数字地球的一个显著特点是采用虚拟现实技术，它是数字地球概念提出的依据和基础技术，目的是使信息系统尽可能地满足人们的需要，人机的交互更加人性化，用户可直接与数据交互。建立了数字地球以后，用户运用具有传感器功能的特制数据手套和显示头盔，可以对“数字地球”进行各类可视化操作。进一步的发展是由三维数据通过人造视差的方法，构造虚拟立体，对虚拟地球进行无缝拼接、任意漫游和放大。
2数字地球和因特网
由上所述，我们可以看到，数字地球只有通过因特网才能实现全球信息共享，因为数字地球要靠成千上万个数据库的支持，要求它们之间具有互操作性，这样数据才能被共享，而因特网正符合这一要求，并且将是数字地球的技术基础之一。但是，数字地球并不是目前的因特网，它对因特网提出了更高的要求。
2.1 数字地球要求因特网具有高速、宽带传输多媒体数据的能力
由于数字地球的海量数据不可能由单一的数据库来存储，而需要由成千上万的不同组织来维护，所以，参与数字地球的服务器必须由高速网络来连接。随着千兆以太网、ATM、多媒体卫星通信以及第三层交换技术从实验室走向应用，将较好地解决数据传输的带宽和延迟等问题。高速的远程通讯网络将允许工作人员从远程数据库中调用容量非常大的数据文件进行地理分析和图形显示，真正实现分布式计算，在全球范围内实现数据共享。戈尔指出：“在Internet流量爆发性增长的驱动下，远程通信载体已经尝试用10Gbps的网络，并且把1000Gbps网络技术作为下一代Internet技术的雏形目标之一。但这种宽带技术走向大多数的家庭还需要一段时间，这是在公共地点，诸如儿童博物馆和科学博物馆设置数字地球访问的原因。”
2.2 数字地球要求因特网具有很高的互操作能力
Internet和WWW(World Wide Web)之所以成功，是因为它的传输协议，如TCP/IP、HTTP协议等简单而被广泛接受。数字地球也需不同层次的互操作，这样可以使由一种应用软件产生的地理信息能被另一个软件读取。目前，地理信息系统(Geographic Information System，GIS)可实现这一目的，它是一种专门用于管理地理空间分布数据计算机信息系统，使用直观的地理图形方式来录入、管理、显示和分析与地理空间相应的各种数据，在数字地球的构想中发挥极重要的作用。
2.3 数字地球要求因特网具有很强的虚拟现实能力
所谓虚拟现实，就是采用现代计算机技术生成一个由视觉、听觉、触觉及味觉等组成的逼真的感观世界，用户可以直接用人的技能和智慧对这个生成的虚拟实体进行考察和操纵。它的一个特点就是人们可以实时参与、实时交互。虚拟现实是一种多学科多技术相互融合和集成的技术，涉及计算机、图像处理与模式识别、语音和音响处理、人工智能技术、传感与测量、仿真、微电子等技术的综合集成技术。用户可以通过计算机进入这个环境并能操纵系统中的对象并与之交互。三维环境下的实时性和可交互性是其主要特征。网络多媒体技术和数据库技术、通信技术、专家系统技术、面向对象技术相结合，将成为开发具有一定智能的数字地球系统的重要工具。虚拟现实发展前景十分诱人，而与网络通信特性的结合，更是人们所梦寐以求的。在某种意义上说它将改变人们的思维方式，甚至会改变人们对世界、自己、空间和时间的看法。
2.4 数字地球要求使用第二代Web
现在的Web使用超文本标记语言(HTML)来描述声频、视频、文本等所有的信息类型，而第二代Web将使用虚拟现实造型语言(VRML)来更加直观地表现这些信息。VRML是面向对象的一种语言，它类似Web超级链接所使用的HTML语言，也是一种基于文本的语言，并可以运行在多种平台之上，只不过能够更多地为虚拟现实环境服务。它提供对三维世界及其内部基本对象的描述，并把他们同二维的页面链接起来，是一种非常简洁的高级语言，而且它将支持动画、交互性、与JAVAScript和JAVA的集成及声音。VRML的出现，是由于当代网络技术与虚拟现实技术迅猛发展的需要，它使得Web的页面不再局限于二维空间。VRML增加动作、动画模拟、传感器和声音后，网络站点创作人员可以制作规模大、交互性强的三维应用程序。由于VRML文件中存储的是物体的三维坐标，其场景的尺度原则上可以无穷改变，所以特别适合应用于数字地球。
但是，现在的因特网由于用户量的剧增和自身技术的限制，是无法满足数字地球的需求的，为此推动了下一代因特网的发展。美国政府和一些组织、机构共同提出了下一代Internet的研究与开发计划：Internet2。
Internet2是由美国120多所大学、协会、公司和政府机构共同努力建设的网络，它的目的是满足高等院校的教育与科研的需要，开发下一代Internet高级网络应用项目。Internet2的应用范围跨越了所有的学术领域，有些将会成为合作环境，有些亦会成为数字图书馆。其中有的项目计划使用远端的像电子显微镜这样的昂贵仪器；合作的环境将允许即时的声音、视频、文字以及白板的讨论。有的应用系统能够透过三维虚拟共享现场的功能来支持新形式的合作应用系统；远程医疗应用也是Internet2的研究方向之一。
3数字地球、知识经济以及数字中国
在以知识经济为特征的信息社会中，信息技术是知识经济的主要生产力，数字化信息是知识经济的主要资源。为了促进知识经济的发展，就必须进行知识的生产、创新和传播，这一切都离不开信息的充分利用，为将散落在各处未被充分利用的信息挖掘出来，数字地球就是在当前信息爆炸时代充分利用信息的有效手段。数字地球的信息包容量很大，整个地球就被看作一个硕大的数据库、信息源，拥有数字地球等于占领了知识经济社会的一个重要的战略制高点。因此，如果说在工业经济发展生产不仅要有四通八达的公路网，还需要丰富多样的物资的话，那么繁荣知识经济，就不仅需要信息高速公路，而且还需要数字地球。知识经济是根本，数字地球是手段，是为了发展知识经济所需要的重要手段。
目前，全球化已成为世界经济发展的一种趋势。数字地球是美国继信息高速公路之后推出的又一项全球战略计划。全球化有可能给一个国家带来发展的机会，也可能损害民族的利益。无疑，数字地球对我国提出了严重的挑战。如果我国在数字地球方面，不做或少做工作，就只能使用美国的成果，这不仅丧失了市场，而且在战略上将处于被动局面。做好数字地球工作，是在全球化背景下保护我国国家根本利益的有效措施，而且将对我国经济、社会和国防带来巨大的效益。
发展数字地球需要一个过程。戈尔在他的讲演中特别强调：“数字地球不可能在一夜之间发生。”数字地球是一项十分复杂的科学工程，我国数字地球的建设应当先从数字中国做起，既要遵照科教兴国和知识创新的要求，不失时机地结合我国国情进行规划；又要符合科学发展规律，打好基础。目前，数字中国的建设既有一定的基础条件，又有相当的距离：
(1)我国经过近20年的努力，已经积累了大量有关地球的原始数字化数据和相应的资料，建立了多个大型数据库以及无数的各类数字化地理基础图、专题图、城市地籍图等。但是，还存在标准不一致，兼容性、可比性差，利用率低等现象。
(2)我国已建成由光缆、微波和通讯卫星组成的信息网络。但是，其速度、密度和费用等均未达到信息高速公路的要求。另外，卫星遥感技术虽有一定的发展，但我国自行研制的对地观测卫星的分辨率较低，且没有自己的数据中继和定位卫星的支持，难于满足数字地球的要求。没有相应的技术基础，数字地球只能纸上谈兵。为了保证数字地球的数据源和数据高速传输，我国应抓紧发展天地一体化的高速、宽带、大容量通信网络和高分辨卫星对地观测、定位体系。
(3)截止到1998年底，我国上因特网用户已达210万，并有成倍增长的趋势，普遍开始接受数字化信息。而且，中国人民对教育异乎寻常地重视，尤其是大量家庭对儿童教育的重视，使得中国在数字化进程中能够走得更快。至于妨碍这一进程的因素主要有两个：目前的计算机售价过高和上网太贵。
总之，数字地球的出现是信息社会发展的必然，是发展知识经济的重要手段。同时，也对因特网提出了更高的要求，是推动因特网进入新阶段的一个动力，这本身也从一个方面说明了发展数字地球具有重大的意义和价值。另外，数字地球对21世纪初我国经济、社会、军事等方面的发展，具有重大的意义。它对我国科学技术的发展，既提出了挑战，又提供了机遇，我们应当把握好机会，争取早日实现数字中国的梦想。