2017年高考地理必考知識點：數(shù)字地球

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▲高考地理必考知識點：數(shù)字地球

一個以地球坐標為依據(jù)的、具有多分辨率的海量數(shù)據(jù)和多維顯示的地球虛擬系統(tǒng)。數(shù)字地球看成是“對地球的三維多分辨率表示、它能夠放入大量的地理數(shù)據(jù)”。在接下來對數(shù)字地球的直觀實例解釋中可以發(fā)現(xiàn)，戈爾的數(shù)字地球學是關于整個地球、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實技術、網(wǎng)絡技術相結合的產(chǎn)物。

▲高考地理必考知識點：數(shù)字地球的基礎

1、高速網(wǎng)絡

一個數(shù)字地球所需要的數(shù)據(jù)已不能通過單一的數(shù)據(jù)庫來存貯，而需要由成千上萬的不同組織來維護。這意味著參與數(shù)字地球的服務器將需要由高速網(wǎng)絡來連接。為此，美國克林頓總統(tǒng)早在1993年2月就提出實施美國國家信息基礎設施（NII），通俗形象地稱為信息高速公路，它主要由計算機服務器、網(wǎng)絡和計算機終端組成。美國為此計劃投入4000億美元，耗時20年。到2000年的目標是提高生產(chǎn)率20~40%，獲取35000億美元的效益。

2、高分辨率

本世紀的遙感衛(wèi)星影像，在衛(wèi)星遙感問世的20多年分辨率已經(jīng)有了飛快的提高，這里所說的分辨率指空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率?？臻g分辨率指影像上所能看到的地面最小目標尺寸，用像元在地面的大小來表示。從遙感形成之初的80米，已提高到30米，10米，5.8米，乃至2米，軍用甚至可達到10cm。到下一世紀獲取1m或優(yōu)于1m的空間分辨率影像將會十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細，波段愈多，光譜分辨率就愈高，21世紀的技術可以達到5~6nm（納米）量級，400多個波段。細分光譜可以提高自動區(qū)分和識別目標性質和組成成分的能力。時間分辨率指重訪周期的長短，一般對地觀測衛(wèi)星為15~25天的重訪周期。通過發(fā)射合理分布的衛(wèi)星星座可以3~5天觀測地球一次。

3、數(shù)據(jù)存貯

數(shù)字地球將需要存貯1015字節(jié)的信息。美國NASA的行星地球計劃EOS-AM199年上天，每天將產(chǎn)生1000GB（即1TB）的數(shù)據(jù)和信息，1米分辨率影像覆蓋廣東省，大約有1TB的數(shù)據(jù)，而廣東才是中國的1/53。所以要建立起中國的數(shù)字地球，僅僅影像數(shù)據(jù)就有53TB，這還只是一個時刻的，多時相的動態(tài)數(shù)據(jù)，其容量就更大了。美國的NASA和NOAA已著手建立用原型并行機管理的可存貯1800TM的數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)盤帶的查找由機器手自動而快速地完成，相信到下一世紀，還會有新的突飛猛進。

另一方面，為了在海量數(shù)據(jù)中迅速找到需要的數(shù)據(jù)，元數(shù)據(jù)庫的建設是非常必要的，它是關于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通過它可以了解有關數(shù)據(jù)的名稱、位置、屬性等信息，從而大大減少用戶尋找所需數(shù)據(jù)的時間。

▲高考地理必考知識點：數(shù)字地球的技術

（1）虛擬技術

可視化是實現(xiàn)數(shù)字地球與人交互的窗口和工具，沒有可視化技術，計算機中的一堆數(shù)字是無任何意義的。數(shù)字地球的一個顯著的技術特點是虛擬現(xiàn)實技術。建立了數(shù)字地球以后，用戶戴上顯示頭盔，就可以看見地球從太空中出現(xiàn)，使用"用戶界面"的開窗放大數(shù)字圖像；隨著分辨率的不斷提高，他看見了大陸，然后是鄉(xiāng)村、城市，最后是私人住房、商店、樹木和其它天然和人造景觀；當他對商品感興趣時，可以進入商店內，欣賞商場內的衣服，并可根據(jù)自己的體型，構造虛擬自己試穿衣服。

虛擬現(xiàn)實技術為人類觀察自然，欣賞景觀，了解實體提供了身臨其境的感覺。最近幾年，虛擬現(xiàn)實技術發(fā)展很快。虛擬現(xiàn)實造型語言（VRML）是一種面向Web、面向對象的三維造型語言，而且它是一種解釋性語言。它不僅支持數(shù)據(jù)和過程的三維表示，而且能使用戶走進視聽效果逼真的虛擬世界，從而實現(xiàn)數(shù)字地球的表示以及通過數(shù)字地球實現(xiàn)對各種地球現(xiàn)象的研究和人們的日常應用。實際上，人造虛擬現(xiàn)實技術在攝影測量中早已是成熟的技術，近幾年的數(shù)字攝影測量的發(fā)展，已經(jīng)能夠在計算機上建立可供量測的數(shù)字虛擬技術。當然，當前的技術是對同一實體拍攝照片，產(chǎn)生視差，構造立體模型，通常是當模型處理。進一步的發(fā)展是對整個地球進行無縫拼接，任意漫游和放大，由三維數(shù)據(jù)通過人造視差的方法，構造虛擬立體。

（2）3S技術

數(shù)字地球的核心是地球空間信息科學，地球空間信息科學的技術體系中最基礎和基本的技術核心是"3S"技術及其集成。所謂"3S"是全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感（RS）的統(tǒng)稱。沒有"3S"技術的發(fā)展，現(xiàn)實變化中的地球是不可能以數(shù)字的方式進入計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的。

(3)定位技術

GPS作為一種全新的現(xiàn)代定位方法，已逐漸在越來越多的領域取代了常規(guī)光學和電子儀器。80年代以來，尤其是90年代以來，GPS衛(wèi)星定位和導航技術與現(xiàn)代通信技術相結合，在空間定位技術方面引起了革命性的變化。用GPS同時測定三維坐標的方法將測繪定位技術從陸地和近海擴展到整個海洋和外層空間，從靜態(tài)擴展到動態(tài)，從單點定位擴展到局部與廣域差分，從事后處理擴展到實時(準實時)定位與導航，絕對和相對精度擴展到米級、厘米級乃至亞毫米級，從而大大拓寬它的應用范圍和在各行各業(yè)中的作用。不久的將來，人人可以戴上GPS手表，加上移動電話，你的活動就可以自動進入數(shù)字地球中去。

(4)遙感技術

當代遙感的發(fā)展主要表現(xiàn)在它的多傳感器、高分辨率和多時相特征。

1)多傳感器技術。當代遙感技術已能全面覆蓋大氣窗口的所有部分。光學遙感可包含可見光、近紅外和短波紅外區(qū)域。熱紅外遙感的波長可從8~14mm，微波遙感觀測目標物電磁波的輻射和散射，分被動微波遙感和主動微波遙感，波長范圍為1mm~100cm，。

2)遙感的高分辨率特點。全面體現(xiàn)在空間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率三個方面，長線陣CCD成像掃描儀可以達到1~2m的空間分辨率，成像光譜儀的光譜細分可以達到5~6nm的水平。熱紅外輻射計的溫度分辨率可從0.5K提高到0.3K乃至0.1K。

3)遙感的多時相特征。隨著小衛(wèi)星群計劃的推行，可以用多顆小衛(wèi)星，實現(xiàn)每2~3天對地表重復一次采樣，獲得高分辨率成像光譜儀數(shù)據(jù)，多波段、多極化方式的雷達衛(wèi)星，將能解決陰雨多霧情況下的全天候和全天時對地觀測，通過衛(wèi)星遙感與機載和車載遙感技術的有機結合，是實現(xiàn)多時相遙感數(shù)據(jù)獲取的有力保證。

遙感信息的應用分析已從單一遙感資料向多時相、多數(shù)據(jù)源的融合與分析，從靜態(tài)分析向動態(tài)監(jiān)測過渡，從對資源與環(huán)境的定性調查向計算機輔助的定量自動制圖過渡，從對各種現(xiàn)象的表面描述向軟件分析和計量探索過渡。由于航空遙感具有的快速機動性和高分辨率的顯著特點使之成為遙感發(fā)展的重要方面。

(5)GIS技術

隨著"數(shù)字地球"這一概念的提出和人們對它的認識的不斷加深，從二維向多維動態(tài)以及網(wǎng)絡方向發(fā)展是地理信息系統(tǒng)發(fā)展的主要方向，也是地理信息系統(tǒng)理論發(fā)展和諸多領域的迫切需要如資源、環(huán)境、城市等。在技術發(fā)展方面，一個發(fā)展是基于Client/Server結構，即用戶可在其終端上調用在服務器上的數(shù)據(jù)和程序。另一個發(fā)展是通過互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展InternetGIS或Web-GIS，可以實現(xiàn)遠程尋找所需要的各種地理空間數(shù)據(jù)，包括圖形和圖像，而且可以進行各種地理空間分析，這種發(fā)展是通過現(xiàn)代通訊技術使GIS進一步與信息高速公路相接軌。另一個發(fā)展方向，則是數(shù)據(jù)挖掘（DataMining），從空間數(shù)據(jù)庫中自動發(fā)現(xiàn)知識，用來支持遙感解譯自動化和GIS空間分析的智能化。

(6)集成技術

"三S"集成是指一種有機的結合，在線的連接、實時的處理和系統(tǒng)的整體性。GPS、RS、GIS集成的方式可以在不同技術水平上實現(xiàn)。"三S"集成包括空基三S集成與地基三S集成?？栈?quot;三S"集成：用空─地定位模式實現(xiàn)直接對地觀測，主要目的是在無地面控制點（或有少量地面控制點）的情況下，實現(xiàn)航空航天遙感信息的直接對地定位、偵察、制導、測量等。地基"三S"集成：車載、艦載定位導航和對地面目標的定位、跟蹤、測量等實時作業(yè)。

▲高考地理必考知識點：數(shù)字地球的作用

全球變化與社會可持續(xù)發(fā)展已成為當今世界人們關注的重要問題，數(shù)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(shù)字地球可以對全球變化的過程、規(guī)律、影響以及對策進行各種模擬和仿真，從而提高人類應付全球變化的能力。數(shù)字地球可以廣泛地應用于對全球氣候變化，海平面變化，荒漠化，生態(tài)與環(huán)境變化，土地利用變化的監(jiān)測。與此同時，利用數(shù)字地球，還可以對社會可持續(xù)發(fā)展的許多問題進行綜合分析與預測，如：自然資源與經(jīng)濟發(fā)展，人口增長與社會發(fā)展，災害預測與防御等。

我國是一個人口多，土地資源有限，自然災害頻繁的發(fā)展中國家，十幾億人口的吃飯問題一直是致關重要的。經(jīng)過二十年的高速發(fā)展，資源與環(huán)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(jīng)引起了社會各界的廣泛關注。必須采取有效措施，從宏觀的角度加強土地資源和水資源的監(jiān)測和保護，加強自然災害特別是洪澇災害的預測、監(jiān)測和防御，避免第三世界國家和一些發(fā)達國家發(fā)展過程中走過的彎路。數(shù)字地球在這方面可以發(fā)揮更大的作用。

▲高考地理必考知識點：數(shù)字地球的影響

數(shù)字地球將容納大量行業(yè)部門、企業(yè)和私人添加的信息，進行大量數(shù)據(jù)在空間和時間分布上的研究和分析。例如國家基礎設施建設的規(guī)劃，全國鐵路、交通運輸?shù)囊?guī)劃，城市發(fā)展的規(guī)劃，海岸帶開發(fā)，西部開發(fā)。從貼近人們的生活看，房地產(chǎn)公司可以將房地產(chǎn)信息鏈接到數(shù)字地球上；旅游公司可以將酒店、旅游景點，包括它們的風景照片和錄象放入這個公用的數(shù)字地球上；世界著名的博物館和圖書館可以將其收藏以圖像、聲音、文字形式放入數(shù)字地球中；甚至商店也可以將貨架上的商店制作成多媒體或虛擬產(chǎn)品放入數(shù)字地球中，讓用戶任意挑選。另外在相關技術研究和基礎設施方面也將會起推動作用。因此，數(shù)字地球進程的推進必將對社會經(jīng)濟發(fā)展與人民生活產(chǎn)生巨大的影響。

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