第一节 “数字地球”概论

美国副总统戈尔1998年1月31日在美国加利福尼亚科学中心发表了题为《数字地球:二十一世纪认识地球的方式》正式提出了“数字地球”的概念。
    戈尔的报告指出：一场新的技术革新浪潮正允许人们能够获取、储存、处理并显示有关地球的空前浩瀚的数据以及广泛而又多样的环境和文化数据信息；而大部分的这类数据是“参照于地理坐标的”，即数据的地理位置是参照于地球表面的特定位置；而现在的困难在于，如何充分利用这些浩瀚的数据，也就是如何把这些数据变得有意义，即把原始数据变成可理解的信息。今天，我们经常发现拥有很多数据，却不知如何处置。有一个例子可以说明这一点。卫星是人类设计用来帮助我们了解全球环境的，它能在两星期内将地球表面拍摄一遍，美国这样持续收集图像数据的历史已有二十多年了；但是这些图像的绝大部分仍静静地躺在电子数据仓库里。正如美国过去一个时期的农业政策一样，一方面生产的粮食被堆积在中西部的粮食仓库里霉烂，另一方面却有数百万人被饿死。现在，人们贪婪地渴求知识，而大量的资料却闲置一边，无人问津。
    目前人们通用的数据操作工具不能真正适应这一新的挑战，需要一个“数字地球”，一种关于地球的可以嵌入海量地理数据的、多分辨率和三维的表示。例如，可以设想一个小孩来到地方博物馆的一个数字地球陈列室，当她戴上头盔显示器，她将看到就象是出现在空中的地球。使用“数据手套”，她开始放大景物，伴随越来越高的分辨率，她会看到大洲，随之是区域、国家、城市、最后是房屋、树木以及其它各种自然和人造物体。在发现自己特别感兴趣的某地块时，她可以乘上“魔毯”，即通过地面三维图像显示去深入查看。使用数字地球系统的声音识别装置，小孩还可以询问有关土地覆盖、植物和动物种类的分布、实时的气候、道路、行政区划，以及人口等方面的文本信息。在这里，她还可以看到自己以及世界各地的学生们为“全球项目”收集的环境信息。这些信息可以无缝地融入数字地图或地面数据里。用“数据手套”继续向超连结部分敲击，她还可以获得更多的有关她所见物体的信息。比如，为了准备全家去国家黄石公园度假，她策划一个完美的步行旅游，去观看刚从书中读到的喷泉、北美野牛和巨角岩羊；甚至在离开她家乡的地方博物馆之前，她就可以把要去步行旅游的地方从头到尾地浏览一遍。她不仅可以跨越不同的空间，也可以在时间线上奔驰。为了去参观卢浮宫，她先在巴黎作了一番虚拟旅游之后，又通过细读重叠在数字地球表面上的数字化地图、时事摘要、传说、报纸以及其它材料，她便回到过去，了解法国历史。她会把其中一些信息转送到自己的Email库里，等着以后研读。这条时间线可缩回很远，从数日、数年、数世纪甚至到地质纪元，去了解恐龙的情况。
    建设数字地球的大部分技术和能力或是已经具备或是正在研制。 一般认为，以下几项技术是实现数字地球所需要的关键技术：
      · 计算科学：在发明计算机之前，以实验和理论研究的方法来创新知识都很受局限。许多实验科学家想研究的现象却很难观察到——它们不是太小就是太大，不是太快就是太慢，有的一秒钟之内就发生了十亿次，而有的十亿多年才发生一次。另一方面，纯理论又不能预报复杂的自然现象所产生的结果，如雷雨或是飞机上空的气流。有了高速的计算机这个新的工具，我们就可以模拟从前不可能观察到的现象，同时能更准确地理解观察到的数据。这样，计算科学使我们能超越实验与理论科学各自的局限。建模与模拟给了我们一个深入理解正在收集的有关地球的各种数据的新天地。