數(shù)字地球
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展望21世紀(jì)我們這顆行星
技術(shù)創(chuàng)新的新浪潮使我們能夠大量地獲得、存儲(chǔ)、處理和顯示關(guān)于我們行星的各種環(huán)境和文化現(xiàn)象信息。如此大量的信息構(gòu)成了“地理坐標(biāo)系”,它涉及地球表面每一個(gè)特定的地方。利用衛(wèi)星對(duì)地面遙感形成“地球空間”（軌道）信息流，并將其中未經(jīng)加工有用部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為可供使用的信息。
今天,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)我們能夠得到比我們知道要做些什么更多的信息。地球資源技術(shù)衛(wèi)星能夠幫助我們更好地了解全球的環(huán)境就是一個(gè)典型的例子。地球資源技術(shù)衛(wèi)星能夠每?jī)尚瞧趯?duì)地表進(jìn)行一次完整的成像,而且它已持續(xù)收集了20多年。盡管對(duì)這類(lèi)信息有著巨大的需求,但大多數(shù)圖象還不能被人們使用。因此，它們只能被存儲(chǔ)在電子數(shù)據(jù)庫(kù)中。我們過(guò)去曾有過(guò)這樣的農(nóng)業(yè)政策，當(dāng)成千上萬(wàn)的人們正面臨饑餓死亡的時(shí)候，在中西部地窖里卻存儲(chǔ)著大量正在霉變的糧食。我們現(xiàn)在一方面表現(xiàn)出對(duì)知識(shí)的那種貪得無(wú)厭的饑餓，另一方面是大量數(shù)據(jù)目前仍然根本未被使用過(guò)。問(wèn)題之一是用什么方法把信息顯示出來(lái)。有人曾經(jīng)說(shuō)我們是否能試用計(jì)算機(jī)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述人腦,然而，人腦看起來(lái)比特率比計(jì)算機(jī)低,但卻具有極高的分辨率。例如,研究表明由于人腦比特率低，因此，很難在短時(shí)間記住七條以上的數(shù)據(jù)。 但是, 如果這些信息被排列在一個(gè)相互可以被識(shí)別的模型內(nèi)如人類(lèi)的臉或銀河星系，人腦則能夠同時(shí)吸收成千上萬(wàn)條信息。
過(guò)去我們通常利用Macintosh和Windows操作系統(tǒng)提供的桌面圖形來(lái)進(jìn)行（實(shí)現(xiàn)）人機(jī)對(duì)話(huà)的，事實(shí)上，這些工具現(xiàn)在已經(jīng)不適合新的挑戰(zhàn)。我相信我們需要一個(gè)“數(shù)字地球”，一個(gè)多種分辯率， 三維的表述方式,使我們能嵌入巨大數(shù)量的地理坐標(biāo)系數(shù)據(jù)。例如,設(shè)想一位年輕孩子去本地的博物館參觀數(shù)字地球展覽。在戴上顯示頭盔后，她看見(jiàn)地球從太空中出現(xiàn)，使用數(shù)據(jù)手套放大電子圖象；使用越來(lái)越高的分辨率，看見(jiàn)大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是私人住房、樹(shù)木和其他天然和人工的物質(zhì)。她采用類(lèi)似“魔毯騎乘”通過(guò)地形的3D視圖，眼前被發(fā)現(xiàn)的行星區(qū)域引起她探究的興趣。當(dāng)然,地７形僅僅是她能與之相互作用的多種數(shù)據(jù)之一。利用聲音識(shí)別能力系統(tǒng),她能夠請(qǐng)求關(guān)于陸地覆蓋、植物和動(dòng)物的物種分布、實(shí)時(shí)天氣、道路、政治范圍以及人口的信息。她也能使她和其它學(xué)生收集的作為全球環(huán)境的一部分信息具體化。這些信息能被天衣無(wú)縫的熔入數(shù)字地圖或者地形數(shù)據(jù)。通過(guò)使用數(shù)據(jù)手套單擊一個(gè)連接按鈕，她能夠獲得她所看見(jiàn)的許多事物更多信息。例如，為全家去黃石國(guó)家公園渡假作準(zhǔn)備, 她計(jì)劃徒步去看天然噴泉,她剛剛閱讀到關(guān)于野牛和洛磯山羊的知識(shí)。事實(shí)上,在她離開(kāi)故鄉(xiāng)的博物館之前她能夠進(jìn)行虛擬旅行。她不受限制穿越空間,同樣也能穿越時(shí)間。在進(jìn)行虛擬地去巴黎參觀盧浮宮的場(chǎng)景旅游之后， 她通過(guò)對(duì)時(shí)間地反向移動(dòng)，學(xué)習(xí)法國(guó)的歷史、細(xì)讀被數(shù)字地球表面覆蓋的數(shù)字化地圖、新聞短片、口述歷史、報(bào)紙等主要的原始資料。她向自己的電子郵件信箱發(fā)送一些有用的信息，以便今后學(xué)習(xí)。時(shí)間序列, 從這里延伸到遙遠(yuǎn)的過(guò)去,能以天、年、世紀(jì)、甚至是地質(zhì)學(xué)的紀(jì)元,因?yàn)槟切﹫?chǎng)合有利于她對(duì)恐龍的了解。
顯然，沒(méi)有一個(gè)政府、企業(yè)或?qū)W術(shù)界能單獨(dú)從事這項(xiàng)工作。像全球性網(wǎng)絡(luò)，它需要成千上萬(wàn)的私人、公司、大學(xué)研究者、以及政府組織的共同努力。雖然，作為數(shù)字地球的一些數(shù)據(jù)是公共信息。但數(shù)字地球也可以成為公司銷(xiāo)售大量商用圖象和有償信息服務(wù)的數(shù)字化市場(chǎng)。它也可以變?yōu)橐粋�(gè)“沒(méi)有墻壁的實(shí)驗(yàn)室”科學(xué)家可以在這里通過(guò)研究尋求 理解人類(lèi)和環(huán)境之間復(fù)雜的、相互依存的關(guān)系。
創(chuàng)建數(shù)字地球需要技術(shù)，雖然這些情節(jié)似乎有些像科幻學(xué)小說(shuō),但大多數(shù)建造數(shù)字化地球需要的技術(shù)和能力已在這里或正在開(kāi)發(fā)。當(dāng)然,數(shù)字地球的能力將追隨時(shí)間不斷地進(jìn)化。我們將有能力在2005年對(duì)2020年的數(shù)字化地球進(jìn)行一次原始的比較。下面一些技術(shù)是需要的:
計(jì)算科學(xué)：直到計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)和理論兩種創(chuàng)造知識(shí)的方法長(zhǎng)期以來(lái)被限制，實(shí)驗(yàn)科學(xué)家對(duì)所要進(jìn)行研究的現(xiàn)象的觀察太艱難，這些現(xiàn)象不是太小就是太大；不是太快就是太慢。它們存在要么不到10億分之一秒要么超過(guò)10億年。另一方面，純粹的理論不能預(yù)報(bào)像雷雨或飛機(jī)上的空氣流動(dòng)那樣復(fù)雜的自然現(xiàn)象。隨著高速計(jì)算機(jī)作為新工具開(kāi)始被使用，我們才能模擬那些不容易觀察到的現(xiàn)象,并且同時(shí)能更好地理解已經(jīng)觀察到的數(shù)據(jù)。按這種方法,計(jì)算的科學(xué)允許我們突破實(shí)驗(yàn)和理論科學(xué)的局限性。 模擬和仿真將給我們對(duì)我們正在收集關(guān)于我們的行星的數(shù)據(jù)以新的洞察力。
大規(guī)模存儲(chǔ)：數(shù)字化地球?qū)⒁蟠鎯?chǔ)1015字節(jié)的信息。稍晚于今年,國(guó)家航天航空局的星球計(jì)劃將每天產(chǎn)生大量的有關(guān)地球的信息。幸運(yùn)地是,我們繼續(xù)在這個(gè)領(lǐng)域中制造戲劇性的改進(jìn)。
衛(wèi)星圖象：早于1998年，政府已經(jīng)許可提供分辨率圖象處理服務(wù)的商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行 。這種服務(wù)能使地圖繪制達(dá)到足夠的精確的水準(zhǔn)，而在原先繪制地圖的詳細(xì)資料只能通過(guò)空中攝影來(lái)獲得。這種技術(shù)最先由美國(guó)情報(bào)組織開(kāi)發(fā)，具有難以置信的精確性。當(dāng)一家公司使用這種技術(shù)，它象一架威力無(wú)比的攝象機(jī)，在它所攝的圖片上可以清楚地看到從倫敦到巴黎象汽車(chē)前燈的寬度大小的每一個(gè)物體。
寬帶網(wǎng)絡(luò):數(shù)字地球所需的數(shù)據(jù)將由成千上萬(wàn)不同的組織維持,并非是單一的數(shù)據(jù)庫(kù)。 那意味在數(shù)字化地球中正在使用的服務(wù)器將需要與高速的網(wǎng)絡(luò)連接。由于Internet網(wǎng)上通訊量爆炸的驅(qū)動(dòng),電訊營(yíng)運(yùn)者已經(jīng)在試驗(yàn)每秒10億信息單位的網(wǎng)絡(luò)。1015信息單位的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是Internet的下一代的技術(shù)目標(biāo)之一。不好的消息是當(dāng)我們絕大多數(shù)人的家中具有這類(lèi)寬帶之前，為什么數(shù)字化地球建立在諸如兒童博物館和科學(xué)博物館那樣的公共場(chǎng)所的接口是必須的。
互操作性： Internet網(wǎng)和全球網(wǎng)之所以能夠取得成功，關(guān)鍵在于達(dá)成統(tǒng)一的協(xié)議。如Internet協(xié)議。數(shù)字地球也同樣需要互操作性。這樣，應(yīng)用軟件產(chǎn)生的地理信息就能被另一些人閱讀。GIS 通過(guò)GIS協(xié)會(huì)尋找解決這些問(wèn)題的途徑。
Metadata: Metadata是指“關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)”，了解信息的名稱(chēng)、位置、作者或來(lái)源、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)形式、分辨率等有助于建立其他的地理坐標(biāo)信息系統(tǒng)。聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)正在與產(chǎn)業(yè)界、州和地方政府一起開(kāi)發(fā)非官方的Metadata標(biāo)準(zhǔn)。
當(dāng)然,需要更進(jìn)一步地技術(shù)進(jìn)步來(lái)充分認(rèn)識(shí)數(shù)字地球的潛力，尤其是在這些領(lǐng)域如自動(dòng)解譯圖象、對(duì)來(lái)自不同渠道的數(shù)據(jù)的整合和能夠從網(wǎng)上找到和連接關(guān)于地球上某個(gè)地點(diǎn)的信息的情報(bào)機(jī)構(gòu)等。
潛在的應(yīng)用
全球地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用有時(shí)會(huì)被我們的想象力所限制。我們可以通過(guò)目前使用的GIS和數(shù)據(jù)傳感器來(lái)感受一下這些應(yīng)用：
虛擬外交：為了支持波斯尼亞的和平談判；五角大樓開(kāi)發(fā)出一種虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，它能使談判代表作一次虛擬的邊界旅游。在談判中，當(dāng)塞爾維亞總統(tǒng)通過(guò)虛擬邊界旅游看到原來(lái)的那條狹窄走廊是不切實(shí)際的之后，同意在薩拉熱窩和伊斯蘭教戈拉日德被占領(lǐng)土之間提供一條寬闊的走廊。
打擊罪犯：莎利納市,加利福尼亞警方已通過(guò)使用GIS跟蹤犯罪模型和團(tuán)伙活動(dòng)來(lái)減少青少年持槍暴力犯罪。通過(guò)收集關(guān)于犯罪活動(dòng)的頻率和分布的信息,使城市能夠迅速重新部署警力。
保護(hù)生態(tài)多樣性：在彭德?tīng)栴D營(yíng)的規(guī)劃?rùn)C(jī)構(gòu)稱(chēng)：加利福尼亞地區(qū)預(yù)測(cè)人口到2010 年將由1990年的110萬(wàn)增加至160萬(wàn)。 這個(gè)地區(qū)被聯(lián)邦或州政府立為被危害、威脅、或珍稀的而受保護(hù)的植物和動(dòng)物超過(guò)200種。通過(guò)收集關(guān)于地形、土壤類(lèi)型、年度的降雨量、植物、陸地使用、以及所有權(quán)的信息，科學(xué)家模擬不同的地區(qū)增長(zhǎng)計(jì)劃對(duì)生態(tài)多樣性產(chǎn)生影響。
預(yù)報(bào)氣候變化：模擬氣候變化最顯著的未知因素之一是全球森林的遞減率. 新罕布什爾大學(xué)的研究者與巴西的同事一起工作，通過(guò)衛(wèi)星圖象分析,能夠監(jiān)控亞馬孫河流域的地形變化、這樣他們就能確定該流域森林遞減率。這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在正在被世界上其它森林地區(qū)采用。
增加農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力：農(nóng)民已經(jīng)開(kāi)始利用衛(wèi)星圖象和全球定位系統(tǒng)及時(shí)預(yù)防病蟲(chóng)害,并且把殺蟲(chóng)劑、化肥和水用到最需要它門(mén)的那里去。這被稱(chēng)為精耕細(xì)作，或稱(chēng)“按英寸漸進(jìn)的耕作”。
未來(lái)方向
我們有空前的機(jī)會(huì)把有關(guān)我們社會(huì)和星球的巨量原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成有用的信息。這種數(shù)據(jù)將不僅包括高分辨率的地球衛(wèi)星圖象，還包括數(shù)字地圖,以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和人口統(tǒng)計(jì)方面的信息。如果我們成功,它將在教育、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、土地使用規(guī)劃、農(nóng)業(yè),以及危機(jī)管理等領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)字地球計(jì)劃能使我們對(duì)人為或自然災(zāi)害及時(shí)作出反應(yīng)，或者能使我們聯(lián)合起來(lái)面對(duì)長(zhǎng)期地環(huán)境挑戰(zhàn)。數(shù)字地球能夠?yàn)橛脩?hù)提供漫游和搜索地理坐標(biāo)信息的系統(tǒng)并成為生產(chǎn)者發(fā)布信息場(chǎng)地。
數(shù)字地球?qū)⒂?1) “用戶(hù)界面”?恢摯射?賴(lài)�、秶恐辨聦�(shí)娜??厙蟯枷蠼緱婧鴕恢盅桿儷沙さ�、�??牡乩硇畔⒆?晗低?2) 整合和顯示來(lái)自不同渠道的信息的機(jī)制這兩部分組成。與全球網(wǎng)相比較是建設(shè)性的.(事實(shí)上,它建立在幾個(gè)重要的Ｗeb或Internet標(biāo)準(zhǔn)上)。就象Ｗeb,數(shù)字地球會(huì)隨著技術(shù)的改善和信息的膨脹而日益發(fā)展.不是依靠某個(gè)組織來(lái)維持,它由成千上萬(wàn)個(gè)不同的組織提供使用的公共信息、商品和服務(wù)組成。正如互操作性是Ｗeb的關(guān)鍵一樣，發(fā)現(xiàn)和顯示不同格式的數(shù)據(jù)的能力是必需的。
我相信數(shù)字地球的開(kāi)發(fā)，首先需要建立一個(gè)由政府、企業(yè)、和學(xué)術(shù)界共同參與的“試驗(yàn)田”。這塊“試驗(yàn)田”將成為一些應(yīng)用諸如教育、環(huán)境、解決與互操作性相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題、協(xié)作能力的聯(lián)合、以及解決一些政策問(wèn)題如隱私權(quán)問(wèn)題等的匯聚之地。當(dāng)“試驗(yàn)田”獲得成功并推廣時(shí),在更廣泛的范圍內(nèi)可以通過(guò)接入高速網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字地球進(jìn)行相互作用。而進(jìn)入Internet將會(huì)感受到更多的限制。
可以肯定,數(shù)字地球不是一夜之間產(chǎn)生的。在第一階段,我們應(yīng)該把重點(diǎn)放在整合我們已有的、來(lái)自不同渠道的數(shù)據(jù)。我們同樣應(yīng)該把引導(dǎo)兒童的博物館和科學(xué)博物館連接到高速網(wǎng)絡(luò)上如新一代的Internet網(wǎng)，這樣我們的孩子就能夠探索我們的星球。應(yīng)該鼓勵(lì)大學(xué)研究員與地方學(xué)校和博物館合作，通過(guò)匯集地方的地理坐標(biāo)信息，來(lái)充實(shí)數(shù)字地球計(jì)劃。其次,我們應(yīng)該努力去開(kāi)發(fā)一張一米分辨率的數(shù)字世界地圖。最終,我們應(yīng)該使有關(guān)我們行星與我們歷史的大量信息集聚到我們手指尖。
在數(shù)月前,我曾計(jì)劃鼓勵(lì)政府、企業(yè)、學(xué)術(shù)界和非贏利組織的專(zhuān)家們，制定一種實(shí)現(xiàn)這種前景的策略。共同努力，就能有助于我們解決社會(huì)所面臨的許多最緊迫的問(wèn)題；鼓勵(lì)我們的孩子更多地了解他們身邊的世界，并促進(jìn)幾十億美元的工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/chuer/73418.html
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