科学大数据与数字地球

① 数字地球的含义

数字地球（Digital Earth）最早是美国副总统戈尔于1998年1月31日在美国加利福
尼亚科学中心发表的题为“数字地球：二十一世纪认识地球的方式”的讲演中提出来的
，戈尔在他的文章里指出“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，可以在其上添加许多与我们所处的星球有关的数
据”。 在科技界目前对“数字地球”还没有确切的学术的定义，一般认为“数字地球”
是对真实地球及其相关现象的统一的数字化的认识，是以因特网为基础，以空间数据为
依托，以虚拟现实技术为特征，具有三维界面和多种分辨率浏览器的面向公众开放的系
统。正如戈尔在他的文章描绘的一个小孩在一个地方博物馆参观数字地球的场景：“当
她戴上头盔时，她便可以看到与从太空看到的一样的地球。然后，通过数据手套她可以
对所看到的影像进行放大，这样通过越来越高的分辨率她便可以看到各大洲以及不同的
地区、国家、城市等内容，甚至最后还可以看到具体的房屋、树木以及其他的自然或人
造的对象。”通常认为数字地球主要由三部分组成：à 不同分辨率尺度下的地球三维可
视化的浏览界面（与目前普遍使用的GIS不同），这是与用户交流的接口。á 网络化的
地理信息世界，为用户提供公用信息和商业信息，甚至可以为各类网络用户开辟一个认
识“我们这个星球”的“没有围墙的实验室”。? 多源信息的集成和显示机制，就是融
合和利用现有的多源信息，并将其“嵌入”数字地球的框架，进行“三维的描述”和智
能化的网络虚拟分析，这是建立地球的关键技术。数字地球的兴起将在农业、环境、资
源、人口、灾害、城市建设、教育军事、政府决策和区域的可持续发展等领域起到巨大
的作用。

② 什么是数字地球

地球相对于人类来说实在是太大了，使得我们往往关注的是脚下的局部区域。如何能全面、快速地认识我们赖以生存的地球呢？随着信息科技的快速发展，我们现在可以打造一个数字地球。所谓数字地球，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。

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图片来源于网络

作者： 宋波 [责任编辑: 宋金玉]

③ “数字地球”的概念是谁提出的

在美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心发表了题为“数字地球：展望21世纪我们这颗行星”的演讲之后，率先提出了“数字地球”的概念。可谓“一石激起千层浪”，戈尔的演讲引起了各国各界的积极反响，“数字地球”这一词迅速风靡全球。

在信息爆炸的今天，如何驾驭如雨点般的信息，而不被浩翰的信息海洋所淹没，是一个有待解决的课题。我们一方面迫切的需要信息，在另一方面却又有大量信息被闲置、废弃，就好比是，一方面很多人在挨饿，另一方面大量粮食却堆积在地窖里霉烂变质。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，数字地球将在促进经济发展和社会进步上发挥重大作用。

数字地球，其实就是信息化的地球——一个完整的地球虚拟对照体。数安地球可以把有关地球上每一点的全部信息，按地球的地理坐标加以整理，然后构成一个全球的信息模型。这样的话，人们就可以快速、形象、完整地了解地球上任何地点、任何方面的信息，从而实现“信息就在指尖上”的梦想。

用数字化手段统一性地处理地球问题和最大限度地利用信息资源是数字地球的两点核心思想。它具体的可以从两个层次来进行构建：1．将地球表面每一点上的固有信息（即与空间位置直接有关的相对固定的信息，如地形、地貌、植被、建筑、水文等）数字化，按地理坐标组织一个三维的数字地球，全面、详尽地描述我们居住的这个星球。2．在三维数字地球的基础上再嵌入与空间位置有关的相对变动的信息，如人文、经济、政治、军事、科技乃至历史等，组成一个意义更加广泛的多维的数字地球，全方位地为人类服务。

数字地球是一个庞大而复杂的系统，所以它的建立需要一系列高超的技术：卫星遥感技术。通过大地资源卫星的遥感遥测，对整个地球进行完整的扫描，将地球上任何地点的自然、人造景观都“疏而不漏”地拍摄下来。超强的计算技术对整个地球的数据进行加工处理，并通过虚拟现实技术将其形象地表现出来。目前，超级计算机的运算水平已达每秒数万亿次，所惟将地球数字视像化已经不成问题。

强大的存储技术。当然数字地球，需要强大的存储技术将数字地球上所有信息都存储起来，需要存储器容量达到1000万亿字节级。目前，硬盘、光盘的存储容量为10亿字节级，如果利用纳米技术可以使硬盘容量达到1万亿字节级，而且激光全息存储、蛋白质存储等方面的研究已获得巨大进展。数字地球想要存储所有的信息，可以采用分布存储的方式，把大量的数据分散在成千上万个的数据库里。

高速网络技术。数字地球上的数据分散在成千上万个机构的数据库里，就要求当某一个服务器要利用这些数据时，能迅速地把所要数据从四面八方调来。因此需要用高速网络把各个节点连接起来。当前正在试验每秒能传输10亿比特的宽带网络，未来的信息高速公路其传输速率可达每秒1万亿～1000万亿比特。

数字地球中包含有高分辨率的卫星图像、数字化地图以及社会、经济和人口方面的信息，所以它具备很高的应用价值。

就比如，利用数字地球的数据，可以掌握各地的治安状况，有助于恰当部署警力打击犯罪；可以模拟环境变化对濒危物种的影响，以便于采取有效措施保护生态多样性；可以掌握作物病虫害及其生长情况，可以科学施药、施肥、灌水，同时提高作物产量。除此之外，学者们可以利用数字地球来开展学术研究，其中包括了解人类和环境之间的相互依赖的关系等。

通过虚拟现实技术，人们足不出户就可以对地球上的任何地方作虚拟旅行。戈尔在他的报告中，设想了一个小女孩去本地的博物馆参观数字地球展览。戴上显示头盔后，她看见“地球”（虚拟的）从太空中出现，她使用数据手套放大电子图像，提高分辨率，随着“地球”向她靠近，她起初看到的是浮现于海洋中的大陆，然后是陆地上的城市和乡村，最后看到一条条街道、一幢幢房屋和一棵棵树木，以及各种天然和人造的景观。利用语音识别系统，她可以查询关于陆地覆盖、植物和动物的物种分布、实时天气、道路、政治范围以及人口的信息。其实，在她离开本地博物馆之前，还可以进行虚拟旅行。她是可以穿越空间，同样也能穿越时间，听起来好像是拍电影一样。她在完成巴黎卢浮宫的虚拟场景旅游之后，通过对时间的反向移动，可以学习法国的历史，细读被数字地球表面覆盖的数字化地图、新闻短片、报纸等原始资料。然后再向自己的电子邮件信箱发送一些有用的信息，方便回家以后进一步学习……

听起来是多么的精彩绝伦，多么的令人向！不要以为只是在设想，依照我们现在科技发展的速度，数字地球是完全可以实现的，把地球搬进我们的实验室、移进我们的计算机将不再是梦想！

信息时代的发展会让我们感到惊讶，让我们有种不现实的感觉，原来只能想想的事情，居然变成了现实。一切皆有可能，只有人们想不到的事情，没有做不到的事情。未来数字地球将会一步一步的发展，它将会为我们的社会和发展起到更广阔的发展和作用。创建一个信息化的家园不再是梦想，而将成为现实。

④ “北斗+”新应用涌现“数字地球”将打造时空新基建

新华社北京7月15日电 题：“北斗+”新应用涌现 “数字地球”将打造时空新基建

暴雨来袭，气象部门可以借助卫星信息及时预警。未来，无人驾驶、智能物流、智慧城市等，也有望借助来自千里之外的空天信息，运筹帷幄之中。

随着“北斗+”“高分+”等新应用不断涌现，将空天信息融为一体的“数字地球”技术不断升级，将打造时空双重维度的新基建。

灾害预警、碳中和……“数字地球”应用出现“井喷”

这是一张特殊的地图：不仅有农田河流、交通路线的静态画面，也有车辆移动、物流运输的实时图景，还有气象、雾霾、排放等动态数据。

多元数据融合，空间时间并存。利用遥感卫星、导航卫星、航空摄影等空天资源和地理信息技术等，构建一个数字化、可视化、网络化、智能化的全球信息模型，这就是“数字地球”。

根据热力和轨迹分析，交通拥堵可以得到缓解；结合车辆高精度定位，物流运输将更加安全高效；还有农业、灾害预警、碳中和等多个领域，空天大数据都可以赋能，产生大量新的应用场景。

“空天大数据为很多应用带来了可能。”中国科学院院士、中科院空天信息创新研究院院长吴一戎说，过去对地观测数据的应用主要通过人工识别，现在已转换成人机协同、智能化提取，未来将由人工智能进行自动化作业，为大量新应用提供支撑。

我国成功发射高分十二号02星。新华社发（汪江波 摄）

北斗、高分……空天数据融合显现优势

现代物流要基于高精度位置跟踪和时间同步，智慧农业要有高精度的施工信息支持，无人机编队需要精准的时间和位置……

北斗卫星导航系统工程副总设计师吴海涛表示，“数字地球”作为打通天上卫星资源与地上行业应用的承载平台，在推动北斗应用融合与产业协同发展方面，具有显著优势。

目前，北斗系统最高精度实时处理可到厘米级，事后处理可到毫米级，全面服务交通运输、公共安全、救灾减灾、农林牧渔、城市治理等行业。

高分系统则统筹建设基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率对地观测系统，完善地面资源，并与其他观测手段结合，形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力。

中国软件行业协会副理事长、中科星图股份有限公司总裁邵宗有认为，北斗+高分可以构建更加精细化的时空大数据管控平台，例如，把自然地貌、地下管网进行更精准的三维展示，为气象和地质灾害提供更精细的应急防控，甚至应用于碳中和的精确排放评估等领域。

交通、农业、应急……打造“一站式”空天信息平台

公开数据显示，我国在轨运行应用卫星数量超过300颗。随着技术进步，卫星定位越来越准，分辨率不断提高。

尽管数据存量巨大，但自然资源、交通、应急、农业等产业目前获得的数据支持仍不到位。究其原因，专家认为是数据的获取环节过多、过于复杂，让地面产业无所适从。

有人打比方说，这就好像在办事大厅排队，窗口很多，各个窗口又功能不一，大家不知如何是好。

应用高性能计算、人工智能、云计算、大数据以及虚拟现实等新一代信息技术，“数字地球”正在打造“一站式”空天信息平台——用一个软件把卫星拍摄、解码、建模、应用等中间环节封装起来，地面应用只需跟这一个软件打交道。

“要让空天数据更加智能，为各类应用提供坚实的‘数字底座’。”邵宗有说。

⑤ 谈谈你对“数字地球”的认识

下面的链接里介绍的非常详细

数字地球，是美国副总统戈尔于1998年1月在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表的题为“数字地球—新世纪人类星球之认识”演说时，提出的一个与GIS、网络、虚拟现实等高新技术密切相关的概念。在戈尔的文章内，他将数字地球看成是“对地球的三维多分辨率表示、它能够放入大量的地理数据”。在接下来对数字地球的直观实例解释中可以发现，戈尔的数字地球学是关于整个地球、全方位的GIS与虚拟现实技术、网络技术相结合的产物。 显然，面对如此一个浩大的工程，任何一个政府组织、企业或学术机构，都是无法独立完成的，它需要成千上万的个人、公司、研究机构和政府组织的共同努力。数字地球要解决的技术问题，包括计算机科学、海量数据存贮、卫星遥感技术、互操作性、元数据等。可以预见，随着地球空间信息学的发展，而建立起的数字地球，必将促进测绘事业的现代化，为测绘事业与整个国民经济建立更加紧密的联系，作出更大的贡献，在未来和知识经济社会中产生巨大的经济效益和社会效益。

⑥ 深时数字地球国际大科学计划

“深时数字地球大科学计划”（Deep-time Digital Earth，简称DDE） 将在大数据驱动下重建地球生命、地理、物质和气候的演化，进而达到精确重建地球和生命演化 历史 、识别全球矿产资源与能源的宏观分布规律。并将通过这一计划，为全球数百万研究人员和 科技 专业用户提供一个跨越科学领域和国家的虚拟科研环境，使其能够存储、共享和使用科研数据 。

深时数字地球”将开展大科学研究，构建最大地学基础数据库，建成“地学界Google”，从而实现整合地球演化全球数据、共享全球地学知识 。也就是说，地学数据库建成以后，地球和生命演化的科学研究将不再是“一纸地质图”，而是具有大数据支撑的“深时数字地球”。被誉为地质学Google的DDE，旨在大数据驱动下重建地球生命、地理、物质和气候的演化，进而达到精确重建地球和生命演化 历史 、识别全球矿产资源与能源的宏观分布规律。该计划将聚焦地球数字科学重大基础前沿，建立国际地球数字科学产学研协同生态链，推动地球信息产业链、创新链、服务链融合，促进地球信息产业研发应用集群化发展，面向全球数百万研究人员和 科技 专业用户，提供一个跨越科学领域和国家的虚拟科研环境，实现跨领域科研数据的存储、共享和应用，为破解全球经济 社会 发展的能源资源等问题提供强大的科学科研基础。DDE科学设想由中国科学家提出后，很快得到获得国际 社会 广泛响应。英国、俄罗斯、中国、德国等国家地质调查局，以及国际地层委员会、国际沉积学家协会、国际古生物协会、国际数学字地球科学协会、美国石油地质协会等9个国际学术组织共同发起， 经国际地科联投票通过，“深时数字地球”成为其首个大科学计划，执行期10年（2019-2028） 。

⑦ 数字地球是什么

近来，数字地球十分引人注意。许多专家学者就数字地球进行了讨论，新闻媒体也十分重视。的确，一场席卷全球的信息技术革命已迎面而来，正在改变我们的生存观念和思维方式，使我们从信息的获取、存储、处理、传输直至信息的显示方式发生翻天覆地的变化。数字地球使得我们有可能把有关地球及其相关现象的大量的，多分辨率的、三维的、动态的数据按地理坐标表示成可以理解的信息，以充分地利用官们。不论你在什么地方，借助数字地球，都可以高速地、直观地、完整地了解地球上任何一处任何方面的信息。

数字地球将把有关地球及其相关现象的数据按地理坐标组织、整理和表示。这样，既体现了这些数据的内在的、有机的联系，又以地球为“纲”，便于按地理坐标检索和使用。数字地球将包含种类多样的信息，既有自然方面的，如地形、地貌、地质构造、矿藏分布、山脉河流、气候特点等；又有人文方面的，如历史沿革、风土人情、交通、文教、经济、金融、人口等。它不仅包括全球性的中、小比例尺的空间数据，也包括大比例尺的空间数据；不仅包括地球的各类多光谱、多时相、高分辨率的遥感卫星影像、航空影像，还包括有关可持续发展、农业、资源、环境、灾害、人口、全球变化、城市建设、教育、军事等等。可以说是包罗万象，应有尽有。

正是因为数字地球具有上面提到的特点和功能，所以通过数字地球，人们可以了解到世界上任何地方最新、最全面的实时情况。因此，数字地球在许多方面具有潜在而广泛的应用前景，如：生态环境的保护、气候变化的预测、精细农业、减灾、打击犯罪活动、外交、国防等等。数字地球将使我们有可能对人为的和自然界的灾害作出快速反应，所以必能产生广泛的社会和经济效益。数字地球包括三个主要的组成部分，即信息的获取、信息的处理和信息的应用。它涉及诸多科学技术领域，其中，信息的获取虽然主要是地球科学的任务，但需要地球科学与其他技术领域的合作；信息的处理需要地球科学和信息科学技术的共同努力；信息的应用则是地球科学服务于社会的主要内容。无论是信息的获取，还是信息的处理和应用，都离不开计算机技术、图像处理技术。

数字地球并非一个孤立的科技项目或一个孤立的技术目标，而是在信息高速公路和国家空间数据基础设施的基础上提出的一项整体性、导向性的战略思想。数字地球在我国跨世纪的发展中，在保持和平安定的国际环境、实现经济和社会的可持续发展和发展科学技术自主创新能力这三项战略目标中，具有十分重要的意义。

阅读提示：了解数字地球的概念，体会电子通信技术对社会生活的影响。

⑧ 论述数字地球(大数据)将对人类活动产生的影响

你好，关于目前的数字地球大数据对我们人类的活动产生的影响就是拿最简单的手机来说，就是因为网络大数据的时代，所以手机才不离手

⑨ 什么是数字地球

数字地球是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与再认识，是遥感技术、全球定位系统、地理信息系统、虚拟技术、网络技术等各种技术的综合应用。把地球上每一个确定点（点的范围因需要可大可小）的相关信息和数据组织起来，然后进一步组合地球上所有这样的点，构造一个能包容自然和人类大多数数据和信息的虚拟地球，这就是数字地球。

数字地球的核心思想有两点：

一是用数字化手段统一处理地球问题；

二是最大限度地利用信息资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们想了解的有关地球的信息。

(9)科学大数据与数字地球扩展阅读：

作用

全球变化与社会可持续发展已成为当今世界人们关注的重要问题，数字化表示的地球为我们研究这一问题提供了非常有利的条件。在计算机中利用数字地球可以对全球变化的过程、规律、影响以及对策进行各种模拟和仿真，从而提高人类应付全球变化的能力。

数字地球可以广泛地应用于对全球气候变化，海平面变化，荒漠化，生态与环境变化，土地利用变化的监测。与此同时，利用数字地球，还可以对社会可持续发展的许多问题进行综合分析与预测，如：自然资源与经济发展，人口增长与社会发展，灾害预测与防御等。

我国是一个人口多，土地资源有限，自然灾害频繁的发展中国家，十几亿人口的吃饭问题一直是致关重要的。经过二十年的高速发展，资源与环境的矛盾越来越突出。九八年的洪灾，黄河断流，耕地减少，荒漠化加剧，已经引起了社会各界的广泛关注。

必须采取有效措施，从宏观的角度加强土地资源和水资源的监测和保护，加强自然灾害特别是洪涝灾害的预测、监测和防御，避免第三世界国家和一些发达国家发展过程中走过的弯路。数字地球在这方面可以发挥更大的作用。

⑩ 数字地球的定义及应用前景

定义：
数字地球是数字化地球仪的简称。这种数字地球的核心是按照统一的地球空间坐标，将三维地球上的地图、社会经济数据、人文信息等组织起来，构成一个具有多分辩率、多类型、多时相的三维地球数据集，提供有效、方便和直观的检索和显示手段。

为了构建数字地球，需要将地球表面上的道路、水系、等高线、居民地、地名、行政界线、地表、土壤和森林覆盖等自然及人文要素数字化，形成数字地球的空间框架数据。由于数字地球是能任意缩放的，其空间框架数据的内容和详略程度应随着空间尺度(如全球尺度、区域尺度、城市尺度等)的变化而变化。

航空摄影和航天遥感是地表数字化的一个重要途径。从太空或高空获得的多光谱数字遥感影像是地表景观的真实写照，它为人们宏观地分析、研究地面各种自然现象及其分布提供了新颖的现实信息。利用量测地物在可见光、红外、微波等波段的辐射能量所获得的信息，通过处理和提取后，可以获得大量肉眼观察不到或未被识别的地物特性或状态。因此，遥感技术可以大大提高人们认识自然的能力。目前，全球大约有500颗遥感卫星，有30多个遥感卫星地面站和数百个气象卫星接收站，商业遥感卫星已可提供1米分辩率的图像。

在构建数字地球的过程中，一方面要按照统一的空间坐标集成我们已获得的来自地球内部的，诸如地球内部的密度结构、大地构造、矿产资源分布等大量的数据资料信息；另一方面，还应不断地获取地球内部结构等方面的新信息，使之成为一个包容固体地球和液体地球各个圈层数字化的、经过科学解析和综合的整体地球。

运用数字地球可以任意地选择、逐级地放大或缩小所感兴趣的观察对象，可以快速、形象地了解地球上各种宏观、微观的情况，得到我们在普通地球仪上无法得到的许多信息。

应用前景：
借助于这个新型的数字化地球仪，你可以从计算机屏幕上或今后 的网络电视上，利用鼠标或按钮随心所欲地拉近、推远、转动或放大 这个地球；你既可以从太空观察地球，也可以利用声像、动画到长江 三峡或到你想去的任何地方进行立体巡视，旅游观光，还可以“钻进” 地球内部，看一看里面的岩层分布、地震活动等等。

千里之外的三维地形地貌，加上道路、桥梁等各种地物及实地的 摄像，可以展示在办公室的终端或会议室大投影屏幕上，形成逼真的 电子沙盘。政府官员可按照地理坐标进行检索，如同身临其境地进行 实地查看河流险情，观察洪水漫延以及被淹地区的受灾情况，并在网 上“会商”之后，做出救灾防灾的决策，指挥灾民转移。

科学家们可以带着他们的科学问题、专业信息和实验方案，在这 个旋转而变化的数字地球中，进行专题的演示、反演，研究和认识他 们所关心的对象的动态发展过程。例如：地球各圈层是怎样相互影响 与制约，又怎样作用于地球的各组织机体；重演几千年来地球整体各 圈层的演变和相互作用的历史，进而去探询它们的未来。所以，这个 数字地球可以为科学家们解决21世纪人类面临的环境和灾害等问题提 供一个可观察、分析、模拟和预测的全球信息系统。换言之，运用这 种数字地球可以任意地选择、逐级地放大或缩小所感兴趣的观察对象， 可以快速、形象地了解地球上各种宏观、微观的情况，可以得到我们 在普通地球仪上无法得到的许许多多信息。总之，数字地球将成为未 来信息社会的重要信息资源。（