数字地球的理论模型现在有什么新的发展？

悬赏分：20 - 解决时间：2006-4-2 20:09

除了自组织、自相似、自相关之外的

提问者： xbtbbt - 试用期 一级

最佳答案

关于数字地球的推出已经没有什么好猜测的。数字地球不是一个口号，也不是说一个方向。它已经是国际上 在实实在在实施的一个工程。澳大利亚是准备在2000年实现数字澳大利亚。美国、日本都在启动这个东西。美国是以公司，已经行动了。比尔.盖茨已经有两个 重大行动。一个是他推出了全球的DEM的数据库，而且已赚了大钱。第二个是他和宝马公司宣布开发汽车的导航系统，把汽车导航和移动office结合在一块 儿，真正实现一个"天网"---就是把卫星这一套和地面的因特网结合在一起，然后在任何时间任何地点、任何人都可以实施上网这样一种移动办公室。美国之所 以这么做，上午大家都讨论的很清楚了。那么，我们中国怎么做?我们应该怎样搞我们自己的数字地球计划(或者说数字地球科学工程)?上午崔老师讲得非常清 楚。针对这个，我们提出的是一个DNG工程。DNG就是数字文秘仪。围绕这个，我们已经设计了七个项目。

第一个项目，中国可持续发展信息网络与宏观调控决策支撑问题；第二个是生态农业设计与模拟试验，这是面向国家216工程设计的；等等。已经设计到Dian 78号工程。更重要的一项是我们正在进展的国家工业信息基础设施关键技术攻关。得益于这个攻关项目，有很多深刻的体会，因此我们形成了一套自己的想法，就 是面向Internet和GIS的解决方案，即Web GIS和Sobsics。就是一个不断引进的软件系列。总的来说，我们是在深刻反思GIS发展30年走过的基本历程和许多的经验教训。我们用这张图来表达 这些想法。

GIS在60年代发展初期时，它关注的是如何把一张图放到计算机里去，所以是一个mapin，一个地图数字化。到了一定的阶段，又提出进一步的要求，就是 构模和系统仿真到了比较级阶段，也就是现阶段，90年代，提出进一步的要求，就是决策支持。更进一步的就是所谓的Super GIS虚拟现实。换句话说，数字地球应该是一个从数字化、数据构模、系统仿真、决策支持一直到虚拟现实。囊括所有这些方方面面的一个领域。因此，我们认 为，中国的数字地球首先应该是提出一个理论框架。我们从时间轴上来讲，GIS的发展，从这一步走到DNS，整整30年。这是一个"摸着石头过河"的过程。 没有理论，完全是由于搞地图数字化以后，给用户分布版块的这样滚动式的，由这个技术的需求来不断地往前发展。

数字地球这个概念提出来以后，我想我们首先应该在理论指导下的、市场驱动下进行开发过程。缩短30年的历程。我们是不是能够从数字化、到构模、到系统仿 真、到虚拟现实用3-5年的时间攻下来?这就是我们提出数字地球这个项目的背景。我们的目标，一个是建立全球信息交换与共享平台；第二个是建立可持续性发 展信息网络与宏观调控决策支持系统；第三是要能够实施DENG工程。实际上这就是一个建设。是全社会、全球来共建一个全球空间信息基础设施、区域空间信息 基础设施和国家空间信息基础设施。把这三个部分抽象一下，它的核心技术是Web GIS、Sup GIS和Sobsics这样一个不断演进的系统平台。

这个系统的框架是复杂的，因为我们面临的是一个分布性的、异构的、多元的数据，软件、硬件这么复杂的开放的计算机系统。如何能够统一起来?我们经历了一个 由简单到复杂、又从复杂到简单的这样一个系统思考，最后我们抽象出来，认为就这么三个东西：一、国家信息交换中心，这个相当于Net Center包括现在微软和Netscape，他们已经放弃了对浏览器的资助，集中到Net Center这个中心，好比我们的股票交易市场，是一个信息的集散地。二、地理空间信息库。面对这种分布、异构、多元的数据，需要有一个统一的空间框架， 才能够保证把多市场、多元的数据整合起来，进行协同分析、系统仿真，然后实现虚拟现象。三、决策支持模型。这是面向各个业务领域的，专有的模型。我们认 为，就是这么三个内容。

在因特网的支持下，国家空间信息基础设施分三个专题。一、空间信息共享处理技术；二、空间信息传输与压缩技术；三、超媒体GIS技术。换句话说，这些整个 地就构成一个Wand GIS。这个Wand GIS用来支持国家空间信息交换中心的建设，便之能够与各个部、各省、科学院、社会和国际实现一个从广域网到专域网的移动联结。根据我们的深刻体会，首先 要建造一个公共信息平台。地理空间信息库包括：一、高分辨率的卫星图像信息库；二、电子地图信息库，这是与图像相对应的；三、决策支持模型库，DSS，即 各个部门的专有模型。

以前从未见过的这样复杂的一个开放性系统，是一个知识创新的产物。我们首先需要确定突破点；第二需要跨专业、跨部门的协调行动；第三是用演化发展策略，从 示范系统做起，从城市和区域做起。逐步研究和开发，最终形式完善的系统。这是我们的初步设想。基于这种设想，我们做了几个例子。一个是数字化北京，一个是 数字化上海，一个是数字化海南。我们觉得，数字城市是可以囊括数字地球所碰到的所有的技术难点，理论问题和应用的方方面面。因此，我们把数字城市作为一个 突破点，对数字城市做了一个完整的设计。从对数字城市的信息模型设计中，我们可以看出，它是围绕着数字城市数据交换中心的建设开始的。它的特色是有一个立 体的空间数据仓库，在这个仓库的支持，支持面向个体的信息服务。对北京来说，我们面临这样的情况：政府不可能出几十个亿的钱来支持这个项目。怎么办?没有 钱、又要启动这样的项目，在中国这种国情下应该怎么办?我们首先提出一个完整的数字城市的信息模型，然后拎出一个子系统是市场最关心的。

如北京肯定是水资源。我们把水资源拎出来，准备跟市长汇报时就讲：水资源与水环境管理系统。做了一个完整的系统设计，希望它能引起市长的兴趣，来翘动数字 北京这个项目。因为这需要三方投资来进行建设：政府、企业和当地。除了构想，我们已经做了开发，这是一个实例。也就是所谓的公共信息平台社会化。在这个平 台上，用户不需要任何GIS或遥感知识。他唯一需要的只是他所关心的信息。他只需要挪动鼠标，往他关心的地方一点就行了。一个是选择主题，他所关心的内 容：一个是选择关心的区域。最后查寻，得到结果。这里面就有卫星数据，又有地理数据，还有可以进行设计、实景设计模型实况。另外，还可以进行区域的评价。 换句话说，这就是考核区长、市场和省长的一个工具。因为，他的持续发展状况如何，他的政绩如何，更上层的领导一点，马上就能知道。一个综合评价的指标。实 际上，凡是在一个桌面上能够体现的，我们在一个激览器里面都能体现出来(演示)。

刚才是北京，现在是上海。上海市政府最关心的是紧急事故，我们就围绕紧急事故处理做了这个系统，包括：化学事故、交通事故、火灾、台风、煤气、供水、等 等。对于领域或老百姓，只需要打开浏览器，马上就可以查到他所关心的内容，而且可以查得非常细。这是非常方便的。这是一个无级比例尺管理，他不需要关心什 么比例尺。除了有图形的、空间的、属性的，还有动画的、多媒体的。

刚才我讲的是Web GIS实现的东西现在大家看到的是Sab GIS(继续演示)。WSab GIS与Wat GIS最大的差别是：Sab GIS是把虚拟现实技术与Wat GIS融合起来。首先它要构造一个更为自然的界面。前面毕竟还是需要鼠标等等去挪动，而这个用虚拟构模语言编制的界面。用户就象开着车一样，非常方便。这 个是在六维空间里可以转的。放大、缩小，非常自由。 这样以便达到人与计算机的更为自然的交流，真正实现一种人脑像电脑。这就是虚拟城市。在这种背景下，我们提出了数字地球与绿色发展战略这个项目的建议：

一、数字地球模型与动力学系统研究。

专题一、提出一个地球系统的物理模型、数学模型、计算机模型和它的信息模型。即提出数字地球的理论框架。因为今天地球科学的研究已经由静态发展到 了动态，从运动学到了动力学，从钢体到了弹性体和形变体。因此我们首先应该研究地球系统的复杂性，然后提出一套全新的地球动力学系统，能够打破传统结构， (从地心、地慢、到地表以及到大气)。从这个计算机模拟中我们可以看到，从地心到地慢、到地壳，它不是过去的那种概念。

专题二：地球系统的数学模型和时空坐标系统的研究。因为数字地球系统与过去的GIS不同。GIS是二维的，说白了就是图像数字化；而现在面对的是 一个球体，一个弹性的形变体。要描述它，它就应该是一个以地心为基础的地球坐标系统，而且它要把现有的各种地球投影变换过去，与数字地球的智能参考几何 体，数字地球的智能多维时空坐标参照系、数字地球的投影智能体系以及数字地球的多维时空数据信息待拟模型。有这样一个框图可以把它概括下来。在这个专题 里，它的创新、它的特点是：围绕着数字地球提出数字地球的数学基础和数字地球的坐标系统。

专题三、地球系统的对象模型与形式化表达。大家最容易理解的就是OPen GIS，实际上它干的就是这件事，只不过它没有针对数字地球来提。用这个面向对象的观点，来看地球系统，那么，就从现实世界抽象出概念世界，地球空间世界 和系统世界。在这个基础上，指导软件的开发，才能实现互操作。

专题四、地球系统信息机理与模型。

数字地球所面临的不再仅仅是表层这一块的，它所面临的是包括三大类：地球物理信息、地球化学信息、地理信息，以及由这些信息所包括的各种信息形态，最后落实到数据管理模型。换句话说，这个大专题整个考虑的是数据的组织管理，它构造的是一个数据集成和一个数据网。

二、数字地球模型模拟，即数字地球的计算机实现。

分了六个子专题，囊括了数字地球所要面临的关键技术问题。这里特别解释一下"虚拟地球"。数字地球的学术名字是"虚拟地球"，社会名字是数字地球。

(一)数字地球系统模型与数据结构。这实际上是崔老师设计的。是5维，还是4.5维，还稍微有点争议，不过总的来说是多维的，4维以上的。就是X、Y、Z加上时间维，再加上属性，还有加上逻辑维。它应该是一个多维时空模型。

(二)数字地球的智能数据采集仪存贮模型。这是由清华设计与清华一号卫星对应的。包括卫星数据的智能化采集，以及建立一个图像数据库，能够供网上的用户进行快速的浏览查寻的，四维动态查寻密码数据库。

(三)数字地球的空间数据仓库体系结构。包括空间数据。数字图书馆的理论模型及其结构；空间数据数字图书馆数据挖掘与知识发现；空间数据的联机分析与它的 发布研究；空间数据的数字图书馆面向事物的服务研究；空间数据数字图书馆元数数据标本提取研究和空间数据数字图书馆示范系统。与此相对应的，美国实际上有 70多个项目建议书，后来选了六个大学来做。这个研究内容就分这样三个层次。换句话说，它就是要能够处理非结构的、多元的数据。图像、声间、文本进来以 后，能够被格式化以后进行统一管理，使用户能够在任何时间、地点方便地进行操作。

(四)数字地球的智能搜索代处理模型。它的核心是在Goationcont。简单的说，就像现在我们想去什么地方，靠诉一个人，一切都托他办理，最后交给你一个结果。

(五)切入式的数字地球对象构件模型。这是其它的基础。即Bo Opgect。

(六)数字地球的虚拟对象共环境。这实际上是整个研究的最亮的一个亮点。因为前面的东西大家都比较熟知，最难的就是怎样把数字地球在非虚拟现实很好的融合 起来，在虚拟环境里能够很好地表达地球系统。简单说，它比过去又埋了一个层次，主要是有多层智能体。是拟人化的智能体，由它来进行各处种复杂的、对自然现 象的模拟。它跨越了过去只能用参数表达的模拟系统，而是给出几个生长源和生长规律就可以模拟。例如，一个核爆炸。它的关键技术，一个是基于多层智能体的虚 拟系统模型理论；一个是面向时空动态多维信息的建模方法研究，一个是多维动态时空信息，可视化理论研究；一个是无级比例尺数字地面模型研究；一个是基于因 特网的虚拟地球系统主体模型。

总的来说它分成两个层次。一个是基于因特网上的虚拟地球一个是基于超级计算机的虚拟现实技术。

三、数字地球的神经系统模型与进化计算模式。

数字地球实际上是一个神经网络系统。所以，要重点研究它的神经系统。模型、它的网络行为、它的进化机制。换句话说，第一专题主要是地球科学的内容，第二专题是信息科学的内容，第三专题是生命科学的内容。也就是说：地球科学、信息科学和生命科学高层次的分析。

我们设计了两大部分专题。第一、第二、第三是以数字地球为工具，研究战略问题。如全球变化，厄尼诺尔现象，中长期天气预报；第二个是研究地震预报；第三个 是研究太空天气预报。第四、第五、第六、是以数字地球为工具，研究战术问题，就是数字城市、数字区域、数字海南。因此，数字地球在我们的概念中，应该是以 数字城市和数字区域连起来的数字地球。

有关数字地球的讨论已历时半年，涉及的单位有20多个，所以这是一个科学群体系统思维的一个产物。我们认为，这个项目如果实施，应分这样四个阶段：(1) 系统规划、原型和标准研究；(2)共享平台建设；(3)示范工程；(4)运行系统建设。横穿整个过程的，是人才培养，意识的教育和意识的进化。