科學大數據與數字地球

① 數字地球的含義

數字地球（Digital Earth）最早是美國副總統戈爾於1998年1月31日在美國加利福
尼亞科學中心發表的題為「數字地球：二十一世紀認識地球的方式」的講演中提出來的
，戈爾在他的文章里指出「我們需要一個『數字地球』，即一種可以嵌入海量地理數據
的、多解析度的和三維的地球的表示，可以在其上添加許多與我們所處的星球有關的數
據」。 在科技界目前對「數字地球」還沒有確切的學術的定義，一般認為「數字地球」
是對真實地球及其相關現象的統一的數字化的認識，是以網際網路為基礎，以空間數據為
依託，以虛擬現實技術為特徵，具有三維界面和多種解析度瀏覽器的面向公眾開放的系
統。正如戈爾在他的文章描繪的一個小孩在一個地方博物館參觀數字地球的場景：「當
她戴上頭盔時，她便可以看到與從太空看到的一樣的地球。然後，通過數據手套她可以
對所看到的影像進行放大，這樣通過越來越高的解析度她便可以看到各大洲以及不同的
地區、國家、城市等內容，甚至最後還可以看到具體的房屋、樹木以及其他的自然或人
造的對象。」通常認為數字地球主要由三部分組成：à 不同解析度尺度下的地球三維可
視化的瀏覽界面（與目前普遍使用的GIS不同），這是與用戶交流的介面。á 網路化的
地理信息世界，為用戶提供公用信息和商業信息，甚至可以為各類網路用戶開辟一個認
識「我們這個星球」的「沒有圍牆的實驗室」。? 多源信息的集成和顯示機制，就是融
合和利用現有的多源信息，並將其「嵌入」數字地球的框架，進行「三維的描述」和智
能化的網路虛擬分析，這是建立地球的關鍵技術。數字地球的興起將在農業、環境、資
源、人口、災害、城市建設、教育軍事、政府決策和區域的可持續發展等領域起到巨大
的作用。

② 什麼是數字地球

地球相對於人類來說實在是太大了，使得我們往往關注的是腳下的局部區域。如何能全面、快速地認識我們賴以生存的地球呢？隨著信息科技的快速發展，我們現在可以打造一個數字地球。所謂數字地球，是以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬頻網路為紐帶，運用海量地球信息對地球進行多解析度、多尺度、多時空和多種類的三維描述，並利用它作為工具來支持和改善人類活動和生活質量。

本作品為科普中國原創，轉載時務請註明出處。

圖片來源於網路

作者： 宋波 [責任編輯: 宋金玉]

③ 「數字地球」的概念是誰提出的

在美國副總統戈爾在加利福尼亞科學中心發表了題為「數字地球：展望21世紀我們這顆行星」的演講之後，率先提出了「數字地球」的概念。可謂「一石激起千層浪」，戈爾的演講引起了各國各界的積極反響，「數字地球」這一詞迅速風靡全球。

在信息爆炸的今天，如何駕馭如雨點般的信息，而不被浩翰的信息海洋所淹沒，是一個有待解決的課題。我們一方面迫切的需要信息，在另一方面卻又有大量信息被閑置、廢棄，就好比是，一方面很多人在挨餓，另一方面大量糧食卻堆積在地窖里霉爛變質。數字地球就是在當前信息爆炸時代充分利用信息的有效手段，數字地球將在促進經濟發展和社會進步上發揮重大作用。

數字地球，其實就是信息化的地球——一個完整的地球虛擬對照體。數安地球可以把有關地球上每一點的全部信息，按地球的地理坐標加以整理，然後構成一個全球的信息模型。這樣的話，人們就可以快速、形象、完整地了解地球上任何地點、任何方面的信息，從而實現「信息就在指尖上」的夢想。

用數字化手段統一性地處理地球問題和最大限度地利用信息資源是數字地球的兩點核心思想。它具體的可以從兩個層次來進行構建：1．將地球表面每一點上的固有信息（即與空間位置直接有關的相對固定的信息，如地形、地貌、植被、建築、水文等）數字化，按地理坐標組織一個三維的數字地球，全面、詳盡地描述我們居住的這個星球。2．在三維數字地球的基礎上再嵌入與空間位置有關的相對變動的信息，如人文、經濟、政治、軍事、科技乃至歷史等，組成一個意義更加廣泛的多維的數字地球，全方位地為人類服務。

數字地球是一個龐大而復雜的系統，所以它的建立需要一系列高超的技術：衛星遙感技術。通過大地資源衛星的遙感遙測，對整個地球進行完整的掃描，將地球上任何地點的自然、人造景觀都「疏而不漏」地拍攝下來。超強的計算技術對整個地球的數據進行加工處理，並通過虛擬現實技術將其形象地表現出來。目前，超級計算機的運算水平已達每秒數萬億次，所惟將地球數字視像化已經不成問題。

強大的存儲技術。當然數字地球，需要強大的存儲技術將數字地球上所有信息都存儲起來，需要存儲器容量達到1000萬億位元組級。目前，硬碟、光碟的存儲容量為10億位元組級，如果利用納米技術可以使硬碟容量達到1萬億位元組級，而且激光全息存儲、蛋白質存儲等方面的研究已獲得巨大進展。數字地球想要存儲所有的信息，可以採用分布存儲的方式，把大量的數據分散在成千上萬個的資料庫里。

高速網路技術。數字地球上的數據分散在成千上萬個機構的資料庫里，就要求當某一個伺服器要利用這些數據時，能迅速地把所要數據從四面八方調來。因此需要用高速網路把各個節點連接起來。當前正在試驗每秒能傳輸10億比特的寬頻網路，未來的信息高速公路其傳輸速率可達每秒1萬億～1000萬億比特。

數字地球中包含有高解析度的衛星圖像、數字化地圖以及社會、經濟和人口方面的信息，所以它具備很高的應用價值。

就比如，利用數字地球的數據，可以掌握各地的治安狀況，有助於恰當部署警力打擊犯罪；可以模擬環境變化對瀕危物種的影響，以便於採取有效措施保護生態多樣性；可以掌握作物病蟲害及其生長情況，可以科學施葯、施肥、灌水，同時提高作物產量。除此之外，學者們可以利用數字地球來開展學術研究，其中包括了解人類和環境之間的相互依賴的關系等。

通過虛擬現實技術，人們足不出戶就可以對地球上的任何地方作虛擬旅行。戈爾在他的報告中，設想了一個小女孩去本地的博物館參觀數字地球展覽。戴上顯示頭盔後，她看見「地球」（虛擬的）從太空中出現，她使用數據手套放大電子圖像，提高解析度，隨著「地球」向她靠近，她起初看到的是浮現於海洋中的大陸，然後是陸地上的城市和鄉村，最後看到一條條街道、一幢幢房屋和一棵棵樹木，以及各種天然和人造的景觀。利用語音識別系統，她可以查詢關於陸地覆蓋、植物和動物的物種分布、實時天氣、道路、政治范圍以及人口的信息。其實，在她離開本地博物館之前，還可以進行虛擬旅行。她是可以穿越空間，同樣也能穿越時間，聽起來好像是拍電影一樣。她在完成巴黎盧浮宮的虛擬場景旅遊之後，通過對時間的反向移動，可以學習法國的歷史，細讀被數字地球表面覆蓋的數字化地圖、新聞短片、報紙等原始資料。然後再向自己的電子郵件信箱發送一些有用的信息，方便回家以後進一步學習……

聽起來是多麼的精彩絕倫，多麼的令人向！不要以為只是在設想，依照我們現在科技發展的速度，數字地球是完全可以實現的，把地球搬進我們的實驗室、移進我們的計算機將不再是夢想！

信息時代的發展會讓我們感到驚訝，讓我們有種不現實的感覺，原來只能想想的事情，居然變成了現實。一切皆有可能，只有人們想不到的事情，沒有做不到的事情。未來數字地球將會一步一步的發展，它將會為我們的社會和發展起到更廣闊的發展和作用。創建一個信息化的家園不再是夢想，而將成為現實。

④ 「北斗+」新應用涌現「數字地球」將打造時空新基建

新華社北京7月15日電 題：「北斗+」新應用涌現 「數字地球」將打造時空新基建

暴雨來襲，氣象部門可以藉助衛星信息及時預警。未來，無人駕駛、智能物流、智慧城市等，也有望藉助來自千里之外的空天信息，運籌帷幄之中。

隨著「北斗+」「高分+」等新應用不斷涌現，將空天信息融為一體的「數字地球」技術不斷升級，將打造時空雙重維度的新基建。

災害預警、碳中和……「數字地球」應用出現「井噴」

這是一張特殊的地圖：不僅有農田河流、交通路線的靜態畫面，也有車輛移動、物流運輸的實時圖景，還有氣象、霧霾、排放等動態數據。

多元數據融合，空間時間並存。利用遙感衛星、導航衛星、航空攝影等空天資源和地理信息技術等，構建一個數字化、可視化、網路化、智能化的全球信息模型，這就是「數字地球」。

根據熱力和軌跡分析，交通擁堵可以得到緩解；結合車輛高精度定位，物流運輸將更加安全高效；還有農業、災害預警、碳中和等多個領域，空天大數據都可以賦能，產生大量新的應用場景。

「空天大數據為很多應用帶來了可能。」中國科學院院士、中科院空天信息創新研究院院長吳一戎說，過去對地觀測數據的應用主要通過人工識別，現在已轉換成人機協同、智能化提取，未來將由人工智慧進行自動化作業，為大量新應用提供支撐。

我國成功發射高分十二號02星。新華社發（汪江波 攝）

北斗、高分……空天數據融合顯現優勢

現代物流要基於高精度位置跟蹤和時間同步，智慧農業要有高精度的施工信息支持，無人機編隊需要精準的時間和位置……

北斗衛星導航系統工程副總設計師吳海濤表示，「數字地球」作為打通天上衛星資源與地上行業應用的承載平台，在推動北斗應用融合與產業協同發展方面，具有顯著優勢。

目前，北斗系統最高精度實時處理可到厘米級，事後處理可到毫米級，全面服務交通運輸、公共安全、救災減災、農林牧漁、城市治理等行業。

高分系統則統籌建設基於衛星、平流層飛艇和飛機的高解析度對地觀測系統，完善地面資源，並與其他觀測手段結合，形成全天候、全天時、全球覆蓋的對地觀測能力。

中國軟體行業協會副理事長、中科星圖股份有限公司總裁邵宗有認為，北斗+高分可以構建更加精細化的時空大數據管控平台，例如，把自然地貌、地下管網進行更精準的三維展示，為氣象和地質災害提供更精細的應急防控，甚至應用於碳中和的精確排放評估等領域。

交通、農業、應急……打造「一站式」空天信息平台

公開數據顯示，我國在軌運行應用衛星數量超過300顆。隨著技術進步，衛星定位越來越准，解析度不斷提高。

盡管數據存量巨大，但自然資源、交通、應急、農業等產業目前獲得的數據支持仍不到位。究其原因，專家認為是數據的獲取環節過多、過於復雜，讓地面產業無所適從。

有人打比方說，這就好像在辦事大廳排隊，窗口很多，各個窗口又功能不一，大家不知如何是好。

應用高性能計算、人工智慧、雲計算、大數據以及虛擬現實等新一代信息技術，「數字地球」正在打造「一站式」空天信息平台——用一個軟體把衛星拍攝、解碼、建模、應用等中間環節封裝起來，地面應用只需跟這一個軟體打交道。

「要讓空天數據更加智能，為各類應用提供堅實的『數字底座』。」邵宗有說。

⑤ 談談你對「數字地球」的認識

下面的鏈接里介紹的非常詳細

數字地球，是美國副總統戈爾於1998年1月在加利福尼亞科學中心開幕典禮上發表的題為「數字地球—新世紀人類星球之認識」演說時，提出的一個與GIS、網路、虛擬現實等高新技術密切相關的概念。在戈爾的文章內，他將數字地球看成是「對地球的三維多解析度表示、它能夠放入大量的地理數據」。在接下來對數字地球的直觀實例解釋中可以發現，戈爾的數字地球學是關於整個地球、全方位的GIS與虛擬現實技術、網路技術相結合的產物。 顯然，面對如此一個浩大的工程，任何一個政府組織、企業或學術機構，都是無法獨立完成的，它需要成千上萬的個人、公司、研究機構和政府組織的共同努力。數字地球要解決的技術問題，包括計算機科學、海量數據存貯、衛星遙感技術、互操作性、元數據等。可以預見，隨著地球空間信息學的發展，而建立起的數字地球，必將促進測繪事業的現代化，為測繪事業與整個國民經濟建立更加緊密的聯系，作出更大的貢獻，在未來和知識經濟社會中產生巨大的經濟效益和社會效益。

⑥ 深時數字地球國際大科學計劃

「深時數字地球大科學計劃」（Deep-time Digital Earth，簡稱DDE） 將在大數據驅動下重建地球生命、地理、物質和氣候的演化，進而達到精確重建地球和生命演化 歷史 、識別全球礦產資源與能源的宏觀分布規律。並將通過這一計劃，為全球數百萬研究人員和 科技 專業用戶提供一個跨越科學領域和國家的虛擬科研環境，使其能夠存儲、共享和使用科研數據 。

深時數字地球」將開展大科學研究，構建最大地學基礎資料庫，建成「地學界Google」，從而實現整合地球演化全球數據、共享全球地學知識 。也就是說，地學資料庫建成以後，地球和生命演化的科學研究將不再是「一紙地質圖」，而是具有大數據支撐的「深時數字地球」。被譽為地質學Google的DDE，旨在大數據驅動下重建地球生命、地理、物質和氣候的演化，進而達到精確重建地球和生命演化 歷史 、識別全球礦產資源與能源的宏觀分布規律。該計劃將聚焦地球數字科學重大基礎前沿，建立國際地球數字科學產學研協同生態鏈，推動地球信息產業鏈、創新鏈、服務鏈融合，促進地球信息產業研發應用集群化發展，面向全球數百萬研究人員和 科技 專業用戶，提供一個跨越科學領域和國家的虛擬科研環境，實現跨領域科研數據的存儲、共享和應用，為破解全球經濟 社會 發展的能源資源等問題提供強大的科學科研基礎。DDE科學設想由中國科學家提出後，很快得到獲得國際 社會 廣泛響應。英國、俄羅斯、中國、德國等國家地質調查局，以及國際地層委員會、國際沉積學家協會、國際古生物協會、國際數學字地球科學協會、美國石油地質協會等9個國際學術組織共同發起， 經國際地科聯投票通過，「深時數字地球」成為其首個大科學計劃，執行期10年（2019-2028） 。

⑦ 數字地球是什麼

近來，數字地球十分引人注意。許多專家學者就數字地球進行了討論，新聞媒體也十分重視。的確，一場席捲全球的信息技術革命已迎面而來，正在改變我們的生存觀念和思維方式，使我們從信息的獲取、存儲、處理、傳輸直至信息的顯示方式發生翻天覆地的變化。數字地球使得我們有可能把有關地球及其相關現象的大量的，多解析度的、三維的、動態的數據按地理坐標表示成可以理解的信息，以充分地利用官們。不論你在什麼地方，藉助數字地球，都可以高速地、直觀地、完整地了解地球上任何一處任何方面的信息。

數字地球將把有關地球及其相關現象的數據按地理坐標組織、整理和表示。這樣，既體現了這些數據的內在的、有機的聯系，又以地球為「綱」，便於按地理坐標檢索和使用。數字地球將包含種類多樣的信息，既有自然方面的，如地形、地貌、地質構造、礦藏分布、山脈河流、氣候特點等；又有人文方面的，如歷史沿革、風土人情、交通、文教、經濟、金融、人口等。它不僅包括全球性的中、小比例尺的空間數據，也包括大比例尺的空間數據；不僅包括地球的各類多光譜、多時相、高解析度的遙感衛星影像、航空影像，還包括有關可持續發展、農業、資源、環境、災害、人口、全球變化、城市建設、教育、軍事等等。可以說是包羅萬象，應有盡有。

正是因為數字地球具有上面提到的特點和功能，所以通過數字地球，人們可以了解到世界上任何地方最新、最全面的實時情況。因此，數字地球在許多方面具有潛在而廣泛的應用前景，如：生態環境的保護、氣候變化的預測、精細農業、減災、打擊犯罪活動、外交、國防等等。數字地球將使我們有可能對人為的和自然界的災害作出快速反應，所以必能產生廣泛的社會和經濟效益。數字地球包括三個主要的組成部分，即信息的獲取、信息的處理和信息的應用。它涉及諸多科學技術領域，其中，信息的獲取雖然主要是地球科學的任務，但需要地球科學與其他技術領域的合作；信息的處理需要地球科學和信息科學技術的共同努力；信息的應用則是地球科學服務於社會的主要內容。無論是信息的獲取，還是信息的處理和應用，都離不開計算機技術、圖像處理技術。

數字地球並非一個孤立的科技項目或一個孤立的技術目標，而是在信息高速公路和國家空間數據基礎設施的基礎上提出的一項整體性、導向性的戰略思想。數字地球在我國跨世紀的發展中，在保持和平安定的國際環境、實現經濟和社會的可持續發展和發展科學技術自主創新能力這三項戰略目標中，具有十分重要的意義。

閱讀提示：了解數字地球的概念，體會電子通信技術對社會生活的影響。

⑧ 論述數字地球(大數據)將對人類活動產生的影響

你好，關於目前的數字地球大數據對我們人類的活動產生的影響就是拿最簡單的手機來說，就是因為網路大數據的時代，所以手機才不離手

⑨ 什麼是數字地球

數字地球是對真實地球及其相關現象的統一性的數字化重現與再認識，是遙感技術、全球定位系統、地理信息系統、虛擬技術、網路技術等各種技術的綜合應用。把地球上每一個確定點（點的范圍因需要可大可小）的相關信息和數據組織起來，然後進一步組合地球上所有這樣的點，構造一個能包容自然和人類大多數數據和信息的虛擬地球，這就是數字地球。

數字地球的核心思想有兩點：

一是用數字化手段統一處理地球問題；

二是最大限度地利用信息資源，並使普通百姓能夠通過一定方式方便地獲得他們想了解的有關地球的信息。

(9)科學大數據與數字地球擴展閱讀：

作用

全球變化與社會可持續發展已成為當今世界人們關注的重要問題，數字化表示的地球為我們研究這一問題提供了非常有利的條件。在計算機中利用數字地球可以對全球變化的過程、規律、影響以及對策進行各種模擬和模擬，從而提高人類應付全球變化的能力。

數字地球可以廣泛地應用於對全球氣候變化，海平面變化，荒漠化，生態與環境變化，土地利用變化的監測。與此同時，利用數字地球，還可以對社會可持續發展的許多問題進行綜合分析與預測，如：自然資源與經濟發展，人口增長與社會發展，災害預測與防禦等。

我國是一個人口多，土地資源有限，自然災害頻繁的發展中國家，十幾億人口的吃飯問題一直是致關重要的。經過二十年的高速發展，資源與環境的矛盾越來越突出。九八年的洪災，黃河斷流，耕地減少，荒漠化加劇，已經引起了社會各界的廣泛關注。

必須採取有效措施，從宏觀的角度加強土地資源和水資源的監測和保護，加強自然災害特別是洪澇災害的預測、監測和防禦，避免第三世界國家和一些發達國家發展過程中走過的彎路。數字地球在這方面可以發揮更大的作用。

⑩ 數字地球的定義及應用前景

定義：
數字地球是數字化地球儀的簡稱。這種數字地球的核心是按照統一的地球空間坐標，將三維地球上的地圖、社會經濟數據、人文信息等組織起來，構成一個具有多分辯率、多類型、多時相的三維地球數據集，提供有效、方便和直觀的檢索和顯示手段。

為了構建數字地球，需要將地球表面上的道路、水系、等高線、居民地、地名、行政界線、地表、土壤和森林覆蓋等自然及人文要素數字化，形成數字地球的空間框架數據。由於數字地球是能任意縮放的，其空間框架數據的內容和詳略程度應隨著空間尺度(如全球尺度、區域尺度、城市尺度等)的變化而變化。

航空攝影和航天遙感是地表數字化的一個重要途徑。從太空或高空獲得的多光譜數字遙感影像是地表景觀的真實寫照，它為人們宏觀地分析、研究地面各種自然現象及其分布提供了新穎的現實信息。利用量測地物在可見光、紅外、微波等波段的輻射能量所獲得的信息，通過處理和提取後，可以獲得大量肉眼觀察不到或未被識別的地物特性或狀態。因此，遙感技術可以大大提高人們認識自然的能力。目前，全球大約有500顆遙感衛星，有30多個遙感衛星地面站和數百個氣象衛星接收站，商業遙感衛星已可提供1米分辯率的圖像。

在構建數字地球的過程中，一方面要按照統一的空間坐標集成我們已獲得的來自地球內部的，諸如地球內部的密度結構、大地構造、礦產資源分布等大量的數據資料信息；另一方面，還應不斷地獲取地球內部結構等方面的新信息，使之成為一個包容固體地球和液體地球各個圈層數字化的、經過科學解析和綜合的整體地球。

運用數字地球可以任意地選擇、逐級地放大或縮小所感興趣的觀察對象，可以快速、形象地了解地球上各種宏觀、微觀的情況，得到我們在普通地球儀上無法得到的許多信息。

應用前景：
藉助於這個新型的數字化地球儀，你可以從計算機屏幕上或今後 的網路電視上，利用滑鼠或按鈕隨心所欲地拉近、推遠、轉動或放大 這個地球；你既可以從太空觀察地球，也可以利用聲像、動畫到長江 三峽或到你想去的任何地方進行立體巡視，旅遊觀光，還可以「鑽進」 地球內部，看一看裡面的岩層分布、地震活動等等。

千里之外的三維地形地貌，加上道路、橋梁等各種地物及實地的 攝像，可以展示在辦公室的終端或會議室大投影屏幕上，形成逼真的 電子沙盤。政府官員可按照地理坐標進行檢索，如同身臨其境地進行 實地查看河流險情，觀察洪水漫延以及被淹地區的受災情況，並在網 上「會商」之後，做出救災防災的決策，指揮災民轉移。

科學家們可以帶著他們的科學問題、專業信息和實驗方案，在這 個旋轉而變化的數字地球中，進行專題的演示、反演，研究和認識他 們所關心的對象的動態發展過程。例如：地球各圈層是怎樣相互影響 與制約，又怎樣作用於地球的各組織機體；重演幾千年來地球整體各 圈層的演變和相互作用的歷史，進而去探詢它們的未來。所以，這個 數字地球可以為科學家們解決21世紀人類面臨的環境和災害等問題提 供一個可觀察、分析、模擬和預測的全球信息系統。換言之，運用這 種數字地球可以任意地選擇、逐級地放大或縮小所感興趣的觀察對象， 可以快速、形象地了解地球上各種宏觀、微觀的情況，可以得到我們 在普通地球儀上無法得到的許許多多信息。總之，數字地球將成為未 來信息社會的重要信息資源。（