Base técnica de Digital Earth
Impulsados por el crecimiento explosivo del tráfico de Internet, los operadores de telecomunicaciones han intentado utilizar redes 10G/S y se está estudiando Internet a 1015 bytes por segundo. Creo que en el siglo XXI habrá más redes excelentes de banda ancha y alta velocidad para uso de la gente. En este siglo, en los más de 20 años transcurridos desde la llegada de la teledetección por satélite, la resolución de las imágenes satelitales de teledetección ha mejorado rápidamente. La resolución aquí se refiere a resolución espacial, resolución espectral y resolución temporal. La resolución espacial se refiere al tamaño de objetivo más pequeño en el suelo que se puede ver en la imagen, expresado en términos del tamaño de los píxeles en el suelo. De 80 metros al comienzo de la detección remota, ha aumentado a 30 metros, 10 metros, 5,8 metros o incluso 2 metros. El uso militar puede llegar incluso a 10 cm. Será muy conveniente obtener imágenes con una resolución espacial superior a 1 m en el próximo siglo. La resolución espectral se refiere al rango de banda de imagen. Cuanto más fina sea la división, más bandas y mayor será la resolución espectral. La tecnología del siglo XXI puede alcanzar el nivel de 5~6 nm (nanómetros), con más de 400 bandas. Subdividir el espectro mejora la capacidad de diferenciar e identificar automáticamente la naturaleza y composición de un objetivo. La resolución temporal se refiere al período de revisita, que generalmente es de 15 a 25 días para los satélites de observación de la Tierra. Lanzando una constelación de satélites razonablemente distribuida, la Tierra podrá observarse cada 3 a 5 días.
En el próximo siglo, las imágenes de sensores remotos satelitales de alta resolución tendrán una resolución espacial mejor que 1 metro, proporcionando a los humanos datos detallados que reflejan los cambios dinámicos en la superficie de la Tierra cada 3 a 5 días, lo que permitirá a un académico para viajar sin salir de casa Puedes ver los ideales del mundo. La información espacial se refiere a información relacionada con el espacio y la distribución geográfica. Según las estadísticas, el 80% de las cosas en el mundo están relacionadas con la distribución espacial. El uso de información espacial para realizar investigaciones terrestres es un sistema de información geográfica. Para adaptarse a los requisitos de la Tierra digital, el software SIG y el GPS de red que integran bases de datos de imágenes, bases de datos de gráficos vectoriales y modelos de elevación digitales (DEM) serán muy maduros y populares en el próximo siglo. Por lo tanto, se pueden lograr diferentes niveles de interoperabilidad y la información geográfica generada por un software de aplicación SIG será leída por otro software.
Cuando las personas procesan, publican y consultan información en la Tierra Digital, encontrarán que mucha información está relacionada con ubicaciones geográficas y espaciales. Por ejemplo, comprobar las conexiones de transporte entre dos ciudades, comprobar las atracciones y rutas turísticas y elegir una casa barata y respetuosa con el medio ambiente al comprar una casa requiere una referencia geoespacial. Dado que aún no se ha establecido el marco de referencia de datos espaciales, no es fácil conectar información relevante a una referencia geoespacial al crear una página de inicio en la World Wide Web. La Infraestructura Nacional de Datos Espaciales es, por tanto, la base de Digital Earth.
La infraestructura nacional de datos espaciales incluye principalmente sistemas e instituciones de gestión y distribución de coordinación de datos espaciales, sitios web de intercambio de datos espaciales, estándares de intercambio de datos espaciales y marcos de datos geoespaciales digitales. Este fue el mandato emitido por el presidente Clinton en abril de 1994. Estados Unidos lo completará inicialmente en enero de 2000. Con el cambio de siglo, China también acelerará el establecimiento de su infraestructura de información espacial basada en las escalas 1:50.000 y 1:10.000. Europa, Rusia y la región de Asia y el Pacífico también se están apoderando de la infraestructura de datos espaciales.
El mecanismo de intercambio de datos espaciales es una de las claves para hacer realidad una Tierra digital. El grupo de trabajo ISO/TC211 de la Organización Internacional de Normalización está trabajando arduamente en esto. Sólo compartir puede desarrollarse, compartir promueve la informatización y la informatización promueve aún más el compartir.
La co-construcción entre el gobierno y el pueblo es la condición básica para realizar el principio de compartir, porque es imposible que cualquier gobierno de cualquier país se haga cargo de toda la construcción de la información. En nuestro país, seguir esta ley requiere romper las fronteras departamentales y regionales, unificar estándares, actuar juntos, coordinarse entre sí, comprenderse y tolerarse mutuamente, dividir el trabajo y cooperar, y aprovechar al máximo las ventajas generales. Sólo las grandes alianzas pueden formar economías de escala y tomar la iniciativa en la feroz competencia en el mercado internacional de la información. Digital Earth necesitará almacenar 1015 bytes de información. El proyecto Planeta Tierra de la NASA, EOS-AM1 99, generará 1.000 GB (1 TB) de datos e información cada día. La imagen con resolución de 1 TB cubre la provincia de Guangdong, con un volumen de datos de aproximadamente 1 TB, y Guangdong es el 153 de China. Por lo tanto, si China quiere construir una Tierra digital, necesitará 53 TB de datos de imágenes ópticas. Se trata de datos dinámicos momentáneos y multitemporales, con una capacidad mayor. La NASA y la NOAA en los Estados Unidos han comenzado a construir un centro de datos que puede almacenar 1800TM, que es administrado por un prototipo de máquina paralela, y la búsqueda de cintas de datos la completan automática y rápidamente robots. Creo que habrá un nuevo salto adelante en el próximo siglo.
Por otro lado, para encontrar rápidamente los datos requeridos en datos masivos, es muy necesario establecer una metadatos. La metadatos es información sobre los datos, a través de ella podemos saber el nombre y la ubicación. y ubicación de los datos, atributos y otra información, lo que reduce en gran medida el tiempo que tardan los usuarios en encontrar los datos que necesitan. (1)Tecnología virtual
La visualización es la ventana y la herramienta para realizar la interacción entre la tierra digital y las personas. Sin tecnología de visualización, un montón de números en una computadora no tienen sentido.
Una característica técnica importante de Digital Earth es la tecnología de realidad virtual. Una vez establecida la Tierra Digital, el usuario puede ver la Tierra emergiendo del espacio usando un casco con pantalla y usar la ventana de la interfaz de usuario para abrir y ampliar la imagen digital a medida que la resolución continúa mejorando, ve el continente; luego el campo, y finalmente la ciudad, están los paisajes naturales y artificiales como residencias privadas, tiendas y árboles, cuando está interesado en un producto, puede entrar a la tienda, admirar la ropa en el centro comercial; construye un traje virtual ajustado según la forma de su cuerpo.
La tecnología de realidad virtual proporciona una sensación de inmersión para que los humanos observen la naturaleza, aprecien paisajes y comprendan entidades. En los últimos años, la tecnología de realidad virtual se ha desarrollado rápidamente. El lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML) es un lenguaje de modelado tridimensional orientado a objetos y a la web y un lenguaje interpretado. No solo admite la representación tridimensional de datos y procesos, sino que también permite a los usuarios ingresar al mundo virtual con efectos audiovisuales realistas, realizando así la representación de la Tierra digital y estudiando diversos fenómenos terrestres y las aplicaciones diarias de las personas a través de la Tierra digital. . De hecho, la tecnología de realidad virtual artificial ha sido durante mucho tiempo una tecnología madura en el campo de la fotogrametría. Con el desarrollo de la fotogrametría digital en los últimos años, ha sido posible establecer tecnología virtual digital mensurable en las computadoras. Por supuesto, la tecnología actual consiste en tomar fotografías de la misma entidad, generar paralaje y construir un modelo tridimensional, generalmente durante el procesamiento del modelo. Un desarrollo adicional es unir sin problemas toda la Tierra, deambular y hacer zoom a voluntad, y construir un espacio virtual tridimensional a partir de datos tridimensionales mediante paralaje artificial.
(2) Tecnología 3S
El núcleo de Digital Earth es la ciencia de la información geoespacial. El núcleo técnico más básico y básico del sistema de ciencia y tecnología de la información geoespacial es la tecnología 3S y su integración. . El llamado 3S es el nombre colectivo del Sistema de Posicionamiento Global (GPS), el Sistema de Información Geográfica (GIS) y la Teledetección (RS). Sin el desarrollo de la tecnología 3S, sería imposible que la cambiante Tierra ingresara digitalmente al sistema de redes informáticas.
(3) Tecnología de posicionamiento
El GPS, como nuevo método de posicionamiento moderno, ha ido reemplazando gradualmente a los instrumentos fotoeléctricos tradicionales en cada vez más campos. Desde la década de 1980, especialmente desde la década de 1990, la combinación de la tecnología de navegación y posicionamiento por satélite GPS y la tecnología de comunicación moderna ha provocado cambios revolucionarios en la tecnología de posicionamiento espacial.
El uso del GPS para medir simultáneamente coordenadas tridimensionales permite que la tecnología de posicionamiento topográfico y cartográfico se expanda desde la tierra y el mar hasta todo el océano y el espacio exterior, desde estático a dinámico, desde posicionamiento de un solo punto hasta diferencial local y de área amplia, y desde post -Procesamiento a tiempo real (cuasi-tiempo real) El posicionamiento y la navegación se han expandido desde una precisión absoluta y relativa a metros, centímetros e incluso niveles submilimétricos, ampliando así enormemente su alcance de aplicación y su función en diversas industrias. En un futuro próximo, todos podrán usar un reloj GPS y agregar un teléfono móvil, y sus actividades ingresarán automáticamente a la Tierra digital.
(4) Tecnología de teledetección
El desarrollo de la teledetección contemporánea se refleja principalmente en sus características multisensor, de alta resolución y multitemporales. 1) Tecnología multisensor. La tecnología contemporánea de teledetección ha permitido una cobertura completa de todas las partes de la ventana atmosférica. La teledetección óptica puede incluir regiones visibles, infrarrojas cercanas e infrarrojas de onda corta. El rango de longitud de onda de la detección remota por infrarrojos térmicos puede ser de 8 a 14 mm. La detección remota por microondas se puede utilizar para observar la radiación y la dispersión de ondas electromagnéticas del objetivo. Se divide en detección remota por microondas pasiva y detección remota por microondas activa. El rango de longitud de onda es de 1 mm a 100 cm.
2) Características de alta resolución de la teledetección. Se refleja completamente en tres aspectos: resolución espacial, resolución espectral y resolución de temperatura. La resolución espacial del escáner de imágenes CCD de matriz lineal puede alcanzar 1 ~ 2 m, y la subdivisión espectral del espectrómetro de imágenes puede alcanzar el nivel de 5 ~ 6 nm. . La resolución de temperatura del radiómetro infrarrojo térmico se puede aumentar de 0,5 K a 0,3 K o incluso 0,1 K.
3) Características multitemporales de la teledetección. Con la implementación del plan de constelación de satélites pequeños, se pueden utilizar varios satélites pequeños para tomar muestras repetidas de la superficie cada 2 o 3 días para obtener datos del espectrómetro de imágenes de alta resolución. Los satélites de radar multibanda y multipolarización podrán resolver observaciones de la Tierra durante todo el tiempo y durante todo el día en condiciones de lluvia y niebla. La combinación orgánica de teledetección por satélite y tecnología de teledetección aerotransportada y montada en vehículos es una poderosa garantía para lograr la adquisición de datos de teledetección multitemporal.
El análisis de aplicaciones de la información de teledetección ha pasado de datos únicos de teledetección al análisis de fusión de fuentes multitemporales y de datos múltiples, del análisis estático al monitoreo dinámico, de la investigación cualitativa de los recursos y el medio ambiente a mapeo automático cuantitativo asistido por computadora, y de varias descripciones superficiales de fenómenos pasa al análisis de software y exploración cuantitativa. La teledetección aérea se ha convertido en un aspecto importante del desarrollo de la teledetección debido a sus notables características de rápida movilidad y alta resolución.
(5) Tecnología SIG
Con la introducción del concepto de Tierra digital y la comprensión cada vez más profunda de la gente sobre él, el desarrollo de una dirección dinámica y en red bidimensional a multidimensional es El desarrollo del sistema de información geográfica La dirección principal es también la necesidad urgente del desarrollo teórico de los sistemas de información geográfica y muchos campos como los recursos, el medio ambiente y las ciudades. En términos de desarrollo tecnológico, un tipo de desarrollo se basa en la estructura cliente/servidor, es decir, los usuarios pueden llamar datos y programas en el servidor en sus propios terminales. Otro avance es el desarrollo de los SIG de Internet o Web-GIS a través de Internet, que permiten búsquedas remotas de diversos datos geoespaciales, incluidos gráficos e imágenes, y permiten diversos análisis geoespaciales. Este desarrollo es una mayor integración de los sistemas de información geográfica con la autopista de la información a través de la tecnología de comunicación moderna. Otra dirección de desarrollo es la minería de datos, que descubre automáticamente conocimientos a partir de bases de datos espaciales para respaldar la automatización de la interpretación de la teledetección y la inteligencia del análisis espacial SIG.
(6) Tecnología integrada
La integración 3S se refiere a la integración orgánica de las tres nuevas tecnologías de observación de la Tierra mencionadas anteriormente y otras tecnologías relacionadas. La integración mencionada aquí es la traducción china de la integración en inglés, que se refiere a una combinación orgánica, conexión en línea, procesamiento en tiempo real y un sistema completo. La integración de GPS, RS y GIS se puede lograr en diferentes niveles técnicos. La integración de 3 incluye la integración de 3 desde el espacio y la integración de 3 desde tierra.
Integración 3s basada en el espacio: utilice el modo de posicionamiento basado en el espacio para lograr la observación directa de la Tierra. El objetivo principal es lograr posicionamiento directo de la Tierra, reconocimiento, orientación y medición de información de teledetección aeroespacial sin puntos de control terrestre (o con un pequeño número de puntos de control terrestre).
Integración 3S terrestre: posicionamiento y navegación montados en vehículos y barcos, así como operaciones en tiempo real como posicionamiento, seguimiento y medición de objetivos terrestres.