人们都说农业社会是资源经济，谁拥有资源（自然资源、人力资源等）谁就主宰世界，在工业社会，谁拥有资本谁就主宰社会。到了21世纪，人类将进入信息社会，谁拥有知识，谁就主宰世界，称之为知识经济。数字地球是美国副总统戈尔于1998年1月31日在“数字地球——认识21世纪我们这颗星球”的报告中提出的一个通俗易读的概念，它勾绘出了信息时代人类在地球上生存、工作、学习和生活的时代特征。

一、 什么是数字地球1998年江泽民总书记在接见两院院士代表时的讲话中指出：“当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异，高科技成果向现实生产力的转化越来越快，初见端倪的知识经济预示人类的经济社会生活将发生新的巨大变化。”

什么是“数字地球”呢？所谓“数字地球”，可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使普通百姓能够通过一定方式方便地获得他们所想了解的有关地球的信息，其特点是嵌入海量地理数据，实现多分辨率、三维对地球的描述，即“虚拟地球”。通俗地讲，就是用数字的方法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，实现在网络上的流通，并使之最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。

严格地讲，数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。

二、 数字地球的技术基础要在电子计算机上实现数字地球不是一个很简单的事，它需要诸多学科，特别是信息科学技术的支撑。这其中主要包括：信息高速公路和计算机宽带高速网络技术、高分辨率卫星影像、空间信息技术、大容量数据处理与存贮技术、科学计算以及可视化和虚拟现实技术。

1.  信息高速公路和计算机宽带高速网

一个数字地球所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮，而需要由成千上万的不同组织来维护。这意味着参与数字地球的服务器将需要由高速网络来连接。为此，美国前总统克林顿早在1993年2月就提出实施美国国家信息基础设施（NII），通俗形象地称为信息高速公路，它主要由计算机服务器、网络和计算机终端组成。美国为此计划投入4 000亿美元，耗时20年。到2000年的目标是提高生产率20%~40%，获取35 000亿美元的效益。我国的信息高速公路从1995年开始实施，计划投资3 500亿美元。

在Internet流量爆发性增长的驱动下，远程通信载体已经尝试使用10G/S的网络，而每秒1015b的因特网正在研究中。InternetⅡ已在美国的研究机构和大学间进行试验运行。

相信在21世纪将会有更加优秀的宽带高速网供人们使用。

2.  高分辨率卫星影像

本世纪的遥感卫星影像，在卫星遥感问世的30多年中分辨率已经有了飞速的提高，这里所说的分辨率指空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率指影像上所能看到的地面最小目标尺寸，用像元在地面的大小来表示。从遥感形成之初的80厘米，已提高到30厘米，10厘米，5.8厘米，乃至2厘米，军用甚至可达到10厘米。现在获取1厘米或优于1厘米的空间分辨率影像将会十分方便。分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，现在的技术可以达到5~6nm（纳米）量级，400多个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和组成成分的能力。时间分辨率指重访周期的长短，目前一般对地观测卫星为15~25天的重访周期。通过发射合理分布的卫星星座可以1~3天观测地球一次。

总之，高分辨率卫星遥感图像在21世纪将可以优于1米的空间分辨率，及时地为人类提供反映地表动态变化的详实数据，从而实现“秀才不出门，能观天下事”的理想。

3.  空间信息技术与空间数据基础设施

空间信息是指与空间和地理分布有关的信息，经统计，世界上的事情有80%与空间分布有关，空间信息用于地球研究即为地理信息系统。为了满足数字地球的要求，将影像数据库、矢量图形库和数字高程模型（DEM）三库一体化管理的GIS软件和网络GPS，将在21世纪十分成熟和普及，从而可实现不同层次的互操作，一个GIS应用软件产生的地理信息将被另一个软件读取。

当人们在数字地球上，进行处理、发布和查询信息时，将会发现大量的信息都与地理空间位置有关。例如查询两城市之间的交通连接，查询旅游景点和路线，购房时选择价廉而又环境适宜的住宅等都需要有地理空间参考。由于尚未建立空间数据参考框架，目前在万维网上制作主页时还不能轻易将有关的信息连接到地理空间参考上。因此，国家空间数据基础设施是数字地球的基础。

国家空间数据基础设施主要包括空间数据协调管理与分发体系和机构、空间数据交换网站、空间数据交换标准及数字地球空间数据框架。这是美国前总统克林顿在1994年4月以行政令下发的任务，美国将于2000年元月初步建成，我国正在抓紧建立我国基于1∶50000和1∶10000比例尺的国家和省级空间信息基础设施。欧洲、俄罗斯和亚太地区也都纷纷抓紧建立空间数据基础设施。

空间数据共享机制是使数字地球能够运转的关键之一。国际标准化组织ISO/TC211工作组正为此而努力工作。只有共享才能发展，共享推动信息化，信息化进一步推动共享。政府与民间的联合共建是实现共享原则的基本条件，因为任何国家的政府也不可能包揽整个信息化的建设。在我国，要遵循这一规律就必然要求打破部门之间和地区之间的界限，统一标准，联合行动，相互协调，互谅互让，分工合作，发挥整体优势。只有大联合才能形成信息技术的优势，才能在国际信息市场的激烈竞争中争取主动。

4.  大容量数据存贮及元数据

数字地球将需要存贮1015字节（Quadrillions）的信息。美国NASA的行星地球计划EOS—AM1 1999年上天，每天将产生1000GB（即1TB）的数据和信息。1米分辨率影像覆盖广东省，大约有1TB的数据，而广东才是中国的1/53。所以要建立起中国的数字地球，仅仅影像数据就有53TB，这还只是一个时刻的；多时相的动态数据，其容量就更大了。目前美国的NASA和NOAA已着手建立用原型并行机管理的可存贮1800TM的数据中心，数据盘带的查找由机器手自动而快速地完成，相信在21世纪，还会有新的突飞猛进。

另一方面，为了在海量数据中迅速找到需要的数据，元数据（metadata）库的建设是非常必要的。它是关于数据的数据，通过它可以了解有关数据的名称、位置、属性等信息，从而大大减少用户寻找所需数据的时间。

5.  科学计算

地球是一个复杂的巨系统，地球上发生的许多事件，变化和过程又十分复杂而呈非线性特征，时间和空间的跨度变化大小不等，差别很大，只有利用高速计算机，我们今日和跨世纪的未来，才有能力来模拟一些不能观测到的现象。利用网格技术（Grid Technique）和数据挖掘（Data Mining）技术，我们将能够更好地认识和分析所观测到的海量数据，从中找出规律和知识。科学计算将使我们突破实验和理论科学的限制，建模和模拟可以使我们能更加深入地探索所搜集到的有关我们星球的数据。

6.  可视化和虚拟现实技术

可视化是实现数字地球与人交互的窗口和工具，没有可视化技术，计算机中的一堆数字是无任何意义的。

数字地球的一个显著的技术特点是虚拟现实技术。建立了数字地球以后，用户戴上显示头盔，就可以看见地球从太空中出现，使用“用户界面”的开窗放大数字图像；随着分辨率的不断提高，他看见了大陆，然后是乡村、城市，最后是私人住房、商店、树木和其他天然和人造景观；当他对商品感兴趣时，可以进入商店内，欣赏商场内的衣服，并可根据自己的体型，构造虚拟自己试穿衣服。
虚拟现实技术为人类观察自然、欣赏景观、了解实体提供了身临其境的感觉。最近几年，虚拟现实技术发展很快。虚拟现实造型语言（VRML）是一种面向Web、面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。它不仅支持数据和过程的三维表示，而且能使用户走进视听效果逼真的虚拟世界，从而实现数字地球的表示以及通过数字地球实现对各种地球现象的研究和人们的日常应用。实际上，人造虚拟现实技术在摄影测量中早已是成熟的技术，近几年的数字摄影测量的发展，已经能够在计算机上建立可供量测的数字虚拟技术。当然，当前的技术是对同一实体拍摄照片，产生视差，构造立体模型，通常是当模型处理。进一步的发展是对整个地球进行无缝拼接，任意漫游和放大，由三维数据通过人造视差的方法，构造虚拟立体。三、 数字地球中的“三S”技术数字地球的核心是地球空间信息科学，地球空间信息科学的技术体系中最基础和基本的技术核心是“三S”技术及其集成。所谓“三S”是全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和遥感（RS）的统称。没有“三S”技术的发展，现实变化中的地球是不可能以数字的方式进入计算机网络系统的。