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数字地球及其应用前景

一、数字地球的概念

1998年1月，美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心开幕典礼上发表演说“数字地球

——新世纪人类星球之认识”时，提出了“数字地球”的概念，为信息时代人类的生活与工作

方式描绘了一个清晰的轮廓。

什么是数字地球呢？通俗点讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动即整个地球环

境的时空变化记入计算机中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持

续发展和日常工作、学习、生活、娱乐服务[1]。数字地球是以计算机技术、多媒体技术和

大规模存储技术为根底，以宽带网络为枢纽，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。

二、数字地球的技术根底

数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最根底和基本的

技术核心是三S技术及其集成。所谓三S是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）

和遥感（RS）的统称。

1.GPS空间定位技术

GPS是美国国防部自70年代开始研制的一种卫星定位与导航系统，主要有空间部分、

控制部分和用户部分构成。作为一种全新的现代定位方法，GPS已逐渐在越来越多的领域

取代了常规光学和电子仪器。尤其是90年代以来，GPS卫星定位和导航技术与现代通信技

术相结合，在空间定位技术方面引起了革命性的变化。用GPS同时测定三维坐标的方法将

测绘定位技术从陆地和近海扩展到整个海洋和外层空间，从静态扩展到动态，从单点定位扩

展到局部与广域差分，从事后处理扩展到实时(准实时)定位与导航，绝对和相对精度扩展到

米级、厘米级乃至亚毫米级，从而大大拓宽它的应用范围和在各行各业中的作用。

2.RS遥感技术

遥感技术是空间对地观测的重要组成部分，发展主要表现在它的多传感器、高分辨率和

多时相特征。

（1）多传感器技术。当代遥感技术已能全面覆盖大气窗口的所有部分。光学遥感可包

含可见光、近红外和短波红外区域。热红外遥感的波长可从8~14mm，微波遥感观测目标物

电磁波的辐射和散射，分被动微波遥感和主动微波遥感，波长范围为1mm~100cm。

（2）遥感的高分辨率特点，体现在空间分辨率、光谱分辨率和温度分辨率三个方面。

长线阵CCD成像扫描仪可以达到1~2m的空间分辨率，成像光谱仪的光谱细分可以达到

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5~6nm的水平。热红外辐射计的温度分辨率可从0.5K提高到0.3K乃至0.1K。

（3）遥感的多时相特征。随着小卫星群计划的推行，可以用多颗小卫星，实现每2~3

天对地表重复一次采样，获得高分辨率成像光谱仪数据，多波段、多极化方式的雷达卫星，

将能解决阴雨多雾情况下的全天候和全天时对地观测，通过卫星遥感与机载和车载遥感技术

的有机结合，是实现多时相遥感数据获取的有力保证。

遥感信息的应用分析已从单一遥感资料向多时相、多数据源的融合与分析，从静态分析

向动态监测过渡，从对资源与环境的定性调查向计算机辅助的定量自动制图过渡，从对各种

现象的表面描述向软件分析和计量探索过渡。近年来，由于航空遥感具有的快速机动性和高

分辨率的显著特点使之成为遥感发展的重要方面。

3、GIS地理信息系统技术

GIS是一种特定而十分重要的空间信息系统。其主要功能室采集、存贮、管理、分析和

描述整个或部分地球表面（包括大气层）与空间分布有关的数据。空间信息是数字地球的基

本信息，也是数字地球的定位根底。因此，GIS将是未来数字地球的信息平台。许多学者认

为，数字地球是GIS在经历了项目级、单部门级、多部门级向社会级发展的自然延伸、扩

展与综合，是GIS与Internet技术相结合的必然结果。

4、三S集成技术

三S集成是指将上述三种对地观测新技术及其他相关技术有机地集成在一起。这里所

说的集成，是英文Integration的中译文，指有机的结合，在线的连接、实时的处理和系统的

整体性。GPS、RS、GIS集成的方式可以在不同技术水平上实现。三S集成包括空基三S

集成与地基三S集成。

空基三S集成：用空