数字地球：10年发展与前瞻

来源：网络收集时间：2025-09-12

导读：数字地球：10年发展与前瞻第２４卷第９期２００９年９月文章编号：１００１８１６６（２００９）０９０９５５０８地球科学进展ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＥＡＲＴＨＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ．２４Ｎｏ．９Ｓｅｐ．，２００９数字地球：１０年发展与前

数字地球：10年发展与前瞻

第２４卷　第９期２００９年９月

文章编号：１００１８１６６（２００９）０９０９５５０８

地球科学进展

ＡＤＶＡＮＣＥＳＩＮＥＡＲＴＨＳＣＩＥＮＣＥ

Ｖｏｌ．２４　Ｎｏ．９

Ｓｅｐ．，２００９

数字地球：１０年发展与前瞻

郭华东



（中国科学院对地观测与数字地球科学中心，国际数字地球学会，北京　１００１９０）

摘　要：数字地球是２０世纪末期问世的定量化研究地球的一个新的战略方向，是集空间科技、信息科技、地球科学等于一体的交叉学科领域。描述了数字地球的缘起和１０年发展历程、概念模型与技术框架、科学与商业共享系统，多层次多学科应用领域和包括国际数字地球会议、学会、学报在内的学术平台的建设。进一步指出数字地球的重要作用与巨大的发展潜力，提出构建数字地球科学平台的设想。

关　键　词：数字地球；空间信息；共享平台

＋

中图分类号：Ｐ６２８．４　　　文献标志码：Ａ

１　前　言

地球是目前人类唯一赖以生存的星球，合理开发与利用地球资源，有效保护与优化地球环境，是全人类共同的责任。然而人类社会在经历了近年来的工业革命之后发现，这个强大的物质文明社会的基础—自然资源的供应正在出现危机，人类赖以生存的地球环境在受到自然和人为作用越来越严重的破坏，一系列全球性和区域性的重大资源环境问题正日益严重地威胁着人类的生存和可持续发展。因此，人类迫切需要更深入地了解地球、理解地球、进而管理好地球，保护好人类共同的家园。

１９９９年１２月，来自２０个国家的５００余名科学家、工程师、教育学家、管理者及企业家汇聚北京，于首届国际数字地球会议召开之际发表了著名的“数

［１］

字地球北京宣言”。宣言指出：２１世纪是一个以

程中，应优先考虑环境、灾害、资源、可持续发展与人类生活质量等方面。

９９８年戈尔数字地球北京宣言的发表，标志着１先生提出数字地球概念后该领域在全球范围的正式

２］

推进［。数字地球是把有关地球的海量的、多分辨

率的、三维的、动态的数据按地理坐标集成起来的虚拟地球，是地球科学、空间科学、信息科学的高度综合，数字地球建设是一场意义深远的科技革命，是地球科学研究的一场纵深变革。

２００９年９月，在首届数字地球国际会议１０年之后，第６届国际数字地球会议又将在北京召开。数字地球已走过１０年的道路，在这个时刻，回顾数字地球１０年发展，前瞻未来走向是有其特殊意义的。

２　数字地球理论技术

２．１　理论框架

地球信息科学是数字地球的理论基础，它包括地球系统理论和信息科学理论、地球耗散结构与自组织理论和地球分形与自相似理论等。其中，地球信息理论是基础，地球系统理论是核心。研究中，我们提出数字地球概念模型，指出现实地球、意识地

信息和空间技术为支撑的全球知识经济的时代，强调综合全球对地观测系统、全球空间数据基础设施、全球导航与定位系统、地球空间信息基础设施及动态过程监控的重要性；认识到数字地球有助于回应人类面临的诸方面的挑战；倡议政府、科技界、企业等共同推动数字地球的发展；建议实施数字地球过

２００９０８０９；修回日期：２００９０８１８．　收稿日期：

国家重点基础研究发展计划项目“空间观测全球变化敏感因子的机理与方法”（编号：２００９ＣＢ７２３９０６）资助．基金项目：

郭华东（１９５０），男，江苏徐州人，研究员，主要从事雷达遥感、对地观测、数字地球研究．Ｅｍａｉｌ：ｈｄｇｕｏ＠ｃｅｏｄｅ．ａｃ．ｃｎ　作者简介：

数字地球：10年发展与前瞻

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　　　　　　　　　　　　　　　　　地球科学进展　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第２４卷

球、数字地球三者之间的互动关联关系；构建了包括数字地球抽象模型、大气圈层信息化模型和分析理

３］论３个方面组成的数字地球理论框架［。

数据，是用于描述数据集的来源、日期、内容、质量、表示方式、空间参考（地理坐标）、管理方式以及其特征的信息。它是数据共享的重要工具。

格网技术。格网是将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体的分布式集成系统。数字地球的格网计算，即是使一些常规的计算资源、空间信息资源形成一个无缝的集成协同计算环境，为海量数据的空间分析提供计算

１６］

。资源的支持［

数字地球主要由空间数据、文本数据、操作平台、应用模型组成。这些数据不仅包括全球性的中、小比例尺的空间数据，还包括大比例尺的空间数据；不仅包括地球的各类多波段、多时相、高分辨率的对地观测影像、各类不同比例尺的数字专题图，还包括相应的以文本形式表现的有关可持续发展、农业、资源、环境、灾害、人口、全球变化、气候、生物、地理、生

值得指出的是，近年兴起的云计算将成为数字态系统、水文循环、教育等等不同类别的数据［４］

。

操作平台是一种开放、分布式的基于ＩＮＴＥＲＮＥＴ网络环境的各类数据更新、查询、处理、分析的软件系统。应用模型包括在全球变化、可持续发展、农业、资源、环境、灾害、人口、气候、生物、地理、生态系统、水文循环系统等方面的应用模型。２．２　关键技术

数字地球发展需要关键技术的支撑，以下是在戈尔所述基础上根据需求进一步归纳的７大关键技

术［５，６］。

对地观测技术。对地观测技术为数字地球提供

空间数据源［７～１４］，是数字地球发展的“血液”供给

者。不仅需要高分辨率对地观测数据，也需要中、低分辨率数据。同时，ＧＩＳ、ＧＰＳ、虚拟现实技术均很重要。

海量存储技术。由于数字地球不仅涉及海量的空间数据，还会包括大量的经济、社会、人口等于地球有关的非空间数据，所以海量存储技术可为数字地球的应用储备“能量”。

科学计算。通过它可以解决辅助决策问题，同时还能促进产生知识的实验和理论方法创新。尤其是地球科学的实验，因为有的对象或过程不是太大，就是太小，有的速度太快或太慢，他们的跨度可以从十亿分之一秒到十亿年。

宽带技术。数字地球的数据量非常庞大，而且是由很多地区、国家和机构来完成的，浩繁、多源的数据必须通过一系列分布式数据库才能存储。而这些分布式的数据库之间只有通过宽带技术，才能实现数字地球海量数据的调用与共享。

互操作技术。万维网络通过一种简单、通用的网络协议使得其被广泛应用。因此，数字地球也需要通过一种简单的互操作技术，提高地理信息的可

读性与可操作性［１５］

。

元数据管理与存储技术。元数据是关于数据的

地球建设的又一强大计算武器。云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，其原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，使得应用者能够将资源切换到需要的领域，根据需要询问计算机和存储系统。这是一革命性进步，其核心内涵是计算能力可以根据需要通过互联网传输。未来只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，包括超级计算这样的任务，最终用户将成为云计算的真正拥有者。

３　数字地球共享系统

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