数字地球核心技术综述¶

为了解决数字地球中的数字化、信息化以及应用问题，需要研究以下关键技术：科学计算、海量存储、宽带网、卫星数据获取、元数据、互操作等等[戈尔]。下面对这些相关关键技术进行简单的描述。

1. 高分辨率卫星遥感数据的快速获取技术

卫星遥感是数字地球获取数据的主要手段，包括不同高度、不同分辨率的陆地卫星系列、海洋卫星系列、气象卫星系列以及小卫星系列，其分辨率从1米到4000米。遥感数据的处理包括辐射纠正、几何纠正、增强、特征提取、自动分类、自动成图、数据压缩等等，高分辨率卫星每天都要产生大量的数据，对这些数据的自动的、快速的处理以实时、准确地提取信息是实现数字地球信息获取的关键。

1. 地球空间数据的存储和处理

为了能够将地球上的信息进行数字化，除了要存储和处理大量的遥感数据之外，还包括图形数据，属性数据等等。实现对这些数据的查询检索，需要海量数据存储管理以及快速处理技术。目前分布式数据存储是海量数据管理的趋势，可以避免集中式系统带来的管理困难以及网络拥塞；而通常采用超大型计算机或者并行计算以实现快速处理。

1. 超媒体空间信息系统

数字地球的主要任务之一是通过因特网实现信息的共享和发布，主要通过WebGIS技术实现。此外，数字地球应用中包含大量多媒体数据，也需要在因特网上发布，形成超媒体空间信息系统。大量的数据在网络上传输，造成网络拥塞，这需要高带宽网络解决该问题。

1. 地理信息的分布式计算

地理信息的特征是分布的，并且具有基础性、共享性和综合性，分布式计算可以使得地理信息应用于社会各个领域。遵循OpenGIS规范，基于CORBA（或COM）体系结构，实现地理信息信息的分布计算，是其解决方案之一。地理信息的分布计算服务包括：

（4．1）地理信息的共享领域服务

为社会各个领域的应用提供地理信息服务，提供共享和集成的基础。

（4．2）空间查询服务

包括通过元数据实现信息检索，属性、几何、空间关系等各个方面的查询。

（4．3）空间分析服务

实现空间信息提取，地理特征分析，图像理解，图像开发等服务。

（4．4）空间制图服务

包括空间坐标转换服务，地理注记服务，图像处理服务，特征综合服务，创建影象地图服务等等，其目的是为了直观的表现空间信息。

（4．5）地理信息的特定任务服务

为地理信息领域特定用户提供有针对性的服务，主要为地理信息的获取、地理信息的建立和维护服务，称为地理数据的管理服务。包括地理信息生产，地理信息生产管理，地图符号管理，信息开发利用和分析，订购和跟踪，信息存储和检索系统，信息交付，信息再现和复制，用户支持。

1. 无比例尺数据库

无比例尺数据库是指以一个大比例尺数据库为基础数据源，在一定区域内空间对象的信息量随比例尺变化自动增减，即可以由大比例尺空间数据自动生成较小比例尺的数据。无比例尺数据库的技术关键是自动制图综合，在该领域目前已有许多研究，但是都难以达到令人满意效果。

1. 空间数据仓库

空间数据仓库是指支持管理和决策过程的、面向主题的、集成的和随时间变化的、持久的和具有空间坐标的地理数据的集合。数据仓库的主要任务是将来源、结构、格式不同的原始数据，首先对其进行标准化、过滤与匹配、精化、标明时间戳和确认数据质量的处理，即求精过程；然后再根据任务的需要，进行数据的集成与分割、概括与聚集、预测与推导、翻译与格式化、转换与再映象处理；最后进行数据仓库的建模、概括、聚集、调整与确认及建立结构化查询等等。空间数据仓库的目的，是为了处理积累的海量空间数据，抽取有用信息，并提供决策支持。其结构框架包括：数据源，Metadata数据源，Metadata互操作协议，数据抽取求精，Metadata创建与浏览数据仓库，存取与检索，Metadata管理及查询与分析等。

1. 空间数据融合(Fusion)

空间数据融合是指多种数据合成后，不再保存原来的数据，而产生了一种新的综合数据，如假彩色合成影象。数字地球的多种数据融合，包括多种分辨率数据，多维数据以及不同类型数据的融合，并且需要将融合得到的数据进行可视化表现，通常是将数据叠加在数字高程模型上，形成三维立体景观影象。实现数字地球中的空间数据融合，需要地理数据互操作以及高速网络的支持。

1. 虚拟现实(VR,Virtual Reality)技术

虚拟现实技术，是指运用计算机技术生成一个逼真的，具有视觉、听觉、触觉等效果的可交互、动态的“世界”，人们可以对该虚拟世界中的虚拟实体进行操纵和考察，用户与虚拟现实系统的交互利用数据手套、数据头盔、数据衣等进行，而VR系统通过视觉描绘器，听觉描绘器，触觉描绘器使用户产生身临其境的感觉。在数字地球中采用虚拟现实技术，可以非常真实地表达现实地理区域，而用户可以在所选择的地理带内和外自由移动。目前，GIS、虚拟现实以及Web技术相结合的方式之一是VRML(Virtual Reality Modeling Language，虚拟现实造型语言)，通过用VRML描述 GIS信息，可以在因特网上发布空间三维数据供用户浏览。

1. 元数据（Metadata）

在创建数字地球的过程中，全球范围内对数字地理信息的需求越来越大，许多单位和个人开始生产、处理和修改地理数据；另外，在计算机信息系统中，在采用模型对地理实体进行研究时，为了保证信息不被误用，需要通过Metadata对数据进行详细的描述，这样不仅数据生产者能够充分描述数据集，用户也可以估计数据集对其应用目的的适用性。所以，随着地理空间数据生产者和使用者的增加，使用Metadata来描述数据，将成为一个必然的趋势。

综上所述，数字地球技术的关键是实现海量数据获取、存储管理、处理和信息提取、信息共享以及信息表达，下面给出了它们与上述具体技术的关系（表19-1）。

表19-1：数字地球技术概括

	海量数据 获取	存储管理	处理和 信息提取	信息共享	信息表达
高分辨率卫星遥感
地球空间数据的存储和处理
超媒体空间信息系统
地理信息的分布式计算
无比例尺数据库
空间数据仓库
空间数据融合
虚拟现实技术
元数据

说明：“”表示该具体技术支持相应的实现目的。