2017年高考地理必考知識(shí)點(diǎn)：數(shù)字地球

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▲高考地理必考知識(shí)點(diǎn)：數(shù)字地球

一個(gè)以地球坐標(biāo)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(duì)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(duì)數(shù)字地球的直觀實(shí)例解釋中可以發(fā)現(xiàn)，戈?duì)柕臄?shù)字地球?qū)W是關(guān)于整個(gè)地球、全方位的GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

▲高考地理必考知識(shí)點(diǎn)：數(shù)字地球的基礎(chǔ)

1、高速網(wǎng)絡(luò)

一個(gè)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(hù)。這意味著參與數(shù)字地球的服務(wù)器將需要由高速網(wǎng)絡(luò)來連接。為此，美國克林頓總統(tǒng)早在1993年2月就提出實(shí)施美國國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII），通俗形象地稱為信息高速公路，它主要由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)終端組成。美國為此計(jì)劃投入4000億美元，耗時(shí)20年。到2000年的目標(biāo)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(jì)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(shí)間分辨率。空間分辨率指影像上所能看到的地面最小目標(biāo)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(dá)到10cm。到下一世紀(jì)獲取1m或優(yōu)于1m的空間分辨率影像將會(huì)十分方便。光譜分辨率指成像的波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，21世紀(jì)的技術(shù)可以達(dá)到5~6nm（納米）量級(jí)，400多個(gè)波段。細(xì)分光譜可以提高自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成分的能力。時(shí)間分辨率指重訪周期的長短，一般對(duì)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?qū)⑿枰尜A1015字節(jié)的信息。美國NASA的行星地球計(jì)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(gè)時(shí)刻的，多時(shí)相的動(dòng)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(jī)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(jī)器手自動(dòng)而快速地完成，相信到下一世紀(jì)，還會(huì)有新的突飛猛進(jìn)。

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(shè)是非常必要的，它是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，通過它可以了解有關(guān)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(shí)間。

▲高考地理必考知識(shí)點(diǎn)：數(shù)字地球的技術(shù)

（1）虛擬技術(shù)

可視化是實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球與人交互的窗口和工具，沒有可視化技術(shù)，計(jì)算機(jī)中的一堆數(shù)字是無任何意義的。數(shù)字地球的一個(gè)顯著的技術(shù)特點(diǎn)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。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(dāng)他對(duì)商品感興趣時(shí)，可以進(jìn)入商店內(nèi)，欣賞商場內(nèi)的衣服，并可根據(jù)自己的體型，構(gòu)造虛擬自己試穿衣服。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人類觀察自然，欣賞景觀，了解實(shí)體提供了身臨其境的感覺。最近幾年，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展很快。虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言（VRML）是一種面向Web、面向?qū)ο蟮娜S造型語言，而且它是一種解釋性語言。它不僅支持?jǐn)?shù)據(jù)和過程的三維表示，而且能使用戶走進(jìn)視聽效果逼真的虛擬世界，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字地球的表示以及通過數(shù)字地球?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種地球現(xiàn)象的研究和人們的日常應(yīng)用。實(shí)際上，人造虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在攝影測量中早已是成熟的技術(shù)，近幾年的數(shù)字?jǐn)z影測量的發(fā)展，已經(jīng)能夠在計(jì)算機(jī)上建立可供量測的數(shù)字虛擬技術(shù)。當(dāng)然，當(dāng)前的技術(shù)是對(duì)同一實(shí)體拍攝照片，產(chǎn)生視差，構(gòu)造立體模型，通常是當(dāng)模型處理。進(jìn)一步的發(fā)展是對(duì)整個(gè)地球進(jìn)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(gòu)造虛擬立體。

（2）3S技術(shù)

數(shù)字地球的核心是地球空間信息科學(xué)，地球空間信息科學(xué)的技術(shù)體系中最基礎(chǔ)和基本的技術(shù)核心是"3S"技術(shù)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(shù)的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)變化中的地球是不可能以數(shù)字的方式進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的。

(3)定位技術(shù)

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(lǐng)域取代了常規(guī)光學(xué)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(dǎo)航技術(shù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，在空間定位技術(shù)方面引起了革命性的變化。用GPS同時(shí)測定三維坐標(biāo)的方法將測繪定位技術(shù)從陸地和近海擴(kuò)展到整個(gè)海洋和外層空間，從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)，從單點(diǎn)定位擴(kuò)展到局部與廣域差分，從事后處理擴(kuò)展到實(shí)時(shí)(準(zhǔn)實(shí)時(shí))定位與導(dǎo)航，絕對(duì)和相對(duì)精度擴(kuò)展到米級(jí)、厘米級(jí)乃至亞毫米級(jí)，從而大大拓寬它的應(yīng)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(dòng)電話，你的活動(dòng)就可以自動(dòng)進(jìn)入數(shù)字地球中去。

(4)遙感技術(shù)

當(dāng)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(shí)相特征。

1)多傳感器技術(shù)。當(dāng)代遙感技術(shù)已能全面覆蓋大氣窗口的所有部分。光學(xué)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(biāo)物電磁波的輻射和散射，分被動(dòng)微波遙感和主動(dòng)微波遙感，波長范圍為1mm~100cm，。

2)遙感的高分辨率特點(diǎn)。全面體現(xiàn)在空間分辨率、光譜分辨率和溫度分辨率三個(gè)方面，長線陣CCD成像掃描儀可以達(dá)到1~2m的空間分辨率，成像光譜儀的光譜細(xì)分可以達(dá)到5~6nm的水平。熱紅外輻射計(jì)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(shí)相特征。隨著小衛(wèi)星群計(jì)劃的推行，可以用多顆小衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)每2~3天對(duì)地表重復(fù)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(dá)衛(wèi)星，將能解決陰雨多霧情況下的全天候和全天時(shí)對(duì)地觀測，通過衛(wèi)星遙感與機(jī)載和車載遙感技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，是實(shí)現(xiàn)多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)獲取的有力保證。

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

(5)GIS技術(shù)

隨著"數(shù)字地球"這一概念的提出和人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)的不斷加深，從二維向多維動(dòng)態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)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(lǐng)域的迫切需要如資源、環(huán)境、城市等。在技術(shù)發(fā)展方面，一個(gè)發(fā)展是基于Client/Server結(jié)構(gòu)，即用戶可在其終端上調(diào)用在服務(wù)器上的數(shù)據(jù)和程序。另一個(gè)發(fā)展是通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展InternetGIS或Web-GIS，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(jìn)行各種地理空間分析，這種發(fā)展是通過現(xiàn)代通訊技術(shù)使GIS進(jìn)一步與信息高速公路相接軌。另一個(gè)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(dòng)發(fā)現(xiàn)知識(shí)，用來支持遙感解譯自動(dòng)化和GIS空間分析的智能化。

(6)集成技術(shù)

"三S"集成是指一種有機(jī)的結(jié)合，在線的連接、實(shí)時(shí)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(shù)水平上實(shí)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(shí)現(xiàn)直接對(duì)地觀測，主要目的是在無地面控制點(diǎn)（或有少量地面控制點(diǎn)）的情況下，實(shí)現(xiàn)航空航天遙感信息的直接對(duì)地定位、偵察、制導(dǎo)、測量等。地基"三S"集成：車載、艦載定位導(dǎo)航和對(duì)地面目標(biāo)的定位、跟蹤、測量等實(shí)時(shí)作業(yè)。

▲高考地理必考知識(shí)點(diǎn)：數(shù)字地球的作用

全球變化與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)今世界人們關(guān)注的重要問題，數(shù)字化表示的地球?yàn)槲覀冄芯窟@一問題提供了非常有利的條件。在計(jì)算機(jī)中利用數(shù)字地球可以對(duì)全球變化的過程、規(guī)律、影響以及對(duì)策進(jìn)行各種模擬和仿真，從而提高人類應(yīng)付全球變化的能力。數(shù)字地球可以廣泛地應(yīng)用于對(duì)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(shí)，利用數(shù)字地球，還可以對(duì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的許多問題進(jìn)行綜合分析與預(yù)測，如：自然資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口增長與社會(huì)發(fā)展，災(zāi)害預(yù)測與防御等。

我國是一個(gè)人口多，土地資源有限，自然災(zāi)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(guān)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(zāi)，黃河斷流，耕地減少，荒漠化加劇，已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。必須采取有效措施，從宏觀的角度加強(qiáng)土地資源和水資源的監(jiān)測和保護(hù)，加強(qiáng)自然災(zāi)害特別是洪澇災(zāi)害的預(yù)測、監(jiān)測和防御，避免第三世界國家和一些發(fā)達(dá)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(shí)點(diǎn)：數(shù)字地球的影響

數(shù)字地球?qū)⑷菁{大量行業(yè)部門、企業(yè)和私人添加的信息，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間分布上的研究和分析。例如國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，全國鐵路、交通運(yùn)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(diǎn)，包括它們的風(fēng)景照片和錄象放入這個(gè)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(guān)技術(shù)研究和基礎(chǔ)設(shè)施方面也將會(huì)起推動(dòng)作用。因此，數(shù)字地球進(jìn)程的推進(jìn)必將對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活產(chǎn)生巨大的影響。

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