技术创新的新浪潮正使我们以前所未有的方式获得、存储、处理和显示有关我们行星的各种环境和文化现象的信息。大量的信息构成了“地理坐标”，它涉及地球表面、每一个特定的地方。利用卫星对地面遥感形成“地球空间”（轨道）信息流，并将其中未经加工但有用部分的数据转变成为可供使用的信息。

今天，我们经常发现我们能够得到比我们所能利用的更多的信息。陆地资源卫星（Landsat）能够帮助我们更好地了解全球的环境就是一个典型的例子。陆地资源卫星每两星期对地表进行一次完整的成像，而且它已持续收集了20多年。尽管对这类信息有着巨大的需求，但大多数图像还不能被人们使用。因此，它们只能被存储在电子数据库中。我们过去曾有过这样的农业政策，当世界上一些地方成千上万的人面临饥饿死亡的时候，在美国中西部地窖里却存储着大量正在霉变的粮食。我们现在一方面表现出对知识的那种贪得无厌的饥饿.另一方面是大量数据目前仍然根本未被使用过。挑战之一是用什么方法把信息显示出来。有人曾经说我们是否能试用计算机术语来描述人脑。人脑的比特率虽比计算机低，但却具有极高的分辨率。例如，研究表明由于人脑比特率低，因此，很难在短期内记住多于7条的数据。但是，如果这些信息被排列在一个相互可以被识别的模型内，如人的脸或银河星系，人脑则能够同时吸收成千上万条信息。

数字地球的概念

过去我们通常利用麦金托什和视窗操作系统提供的桌面图形来进行（实现）人机对话，事实上，这些工具现在已经不适合新的挑战。我相信我们需要一个“数字地球”，一种能嵌入巨量的地理信息、对我们的星球所做的多分辨率、三维的表述方式。例如，设想一位女孩去本地的博物馆参观数字地球展览。在戴上显示头盔后，她看见地球从太空中出现，使用数据手套放大电子图像；随着分辨率的不断提高，她看见了大陆，然后是乡村、城市，最后是私人住房、树木和其他天然和人造的景观。当然，地形仅仅是她能与之相互作用的多种数据之一。利用声音识别系统，她能够获取关于陆地覆盖、植物和动物的物种分布、实时天气、道路、政治边界以及人口的信息。她也能使她和其他学生收集的作为“全球环境计划”的一部分的信息具体化。这些信息能被有机地融入数字地图或者地形数据。通过使用数据手套单击一个连接按钮，她能够获得她所看见的许多事物的更多信息。例如，为全家去黄石国家公园度假作准备，她计划徒步去看天然喷泉，她刚刚阅读到关于野牛和落基山羊的知识。事实上，在她离开故乡的博物馆之前她能够进行虚拟旅行。她不受限制穿越空间，同样也能穿越时间。在进行虚拟地去巴黎参观卢浮宫的场景旅游之后，通过对时间的反推，她学习法国的历史，细读被数字地球表面覆盖的数字化地图、新闻短片、口述历史、报纸等主要的原始资料。她向自己的电子邮件信箱发送一些有用的信息，以便今后学习。时间序列，从这里延伸到遥远的过去。这里的时间概念既能以天、年、世纪表征，甚至可以是地质学意义上的年代概念，因为那些年代有利于她对恐龙的了解。

显然，没有一个政府、企业或学术界能单独从事这项工作。如万维网，它需要成千上万的私人、公司、大学研究者，以及政府组织的共同努力。虽然，作为数字地球的一些数据是公共信息。但数字地球也可以成为公司销售大量商用图像和有偿信息服务的数字化市场。它也可以变为一个“没有围墙的实验室”，科学家可以在这里通过研究寻求理解人类和环境之间复杂的、相互依存的关系。

创建数字地球需要技术，虽然这些情节似乎有些像科幻小说，但大多数建造数字化地球需要的技术和能力已经或正在开发。当然，构建数字地球的能力将随时间不断地进化。我们将有能力在2005年对_年的数字化地球进行一次初始的比较。下面一些技术是需要的：

计算科学：在计算机出现前，实验和理论这两种创造知识的方法一直受到限制，实验科学家对研究现象的观察太困难，这些现象不是太小就是太大；不是太快就是太慢。它们存在要么不到十亿分之一秒要么超过10亿年。另一方面，纯理论不能预报如雷雨或飞机上方的空气流动之类复杂的自然现象。随着高速计算机的使用，我们才能模拟那些不容易观察到的现象，并能更好地理解已经观察到的数据。正由于此，计算科学突破了实验和理论科学的局限性。模拟和仿真将对正在收集的有关我们的行星的数据赋予新的洞察力。

大规模存储：数字化地球将要求存储10¹⁵字节的信息。今年晚些时候，国家航天航空局的“行星地球计划”将每天产生大量有关地球的信息。幸运地是，我们将继续在这个领域中推动戏剧性的改进。

卫星图像：年初，政府准许可提供分辨率图像达1米的商业卫星系统开始运行。这一精度能使地图绘制达到足够的精确水准，而原先绘制地图的详细资料只能通过空中摄影来获得。这种技术最先由美国情报机构开发，具有难以置信的精确性。它像一架威力无比的摄像机，在它所摄的图片上可以清楚地看到从伦敦到巴黎像汽车前灯的宽度大小的每一物体。

宽带网络：数字地球所需的数据将由成千上万不同的组织支持，而并非是单一的数据库。这意味着，在数字化地球中正在使用的服务器需要与高速的网络连接。由于因特网上通讯量爆炸的驱动，电讯营运者已经在试验每秒10亿信息单位的网络。10¹⁵信息单位的网络技术是因特网的下一代的技术目标之一。

互操作性：因特网和全球网之所以能够取得成功，关键在于达成统一的协议，如因特网协议。数字地球也同样需要互操作性。这样，有关的地理信息就能被共享。

超数据：超数据是指“关于数据的数据”，了解信息的名称、位置、作者或信息来源、数据、数据形式、分辨率等有助于建立其他的地理坐标信息系统。联邦地理数据委员会正在与产业界、州和地方政府一起开发非官方的超数据标准。

当然，需要更进一步的技术进步来充分认识数字地球的潜力，尤其是在如自动解译图像、对来自不同渠道的数据的整合和能够从网上找到和传递有关地球上某一位点的信息等方面。

潜在的应用

全球地理信息系统的应用有时会仅仅因我们的想象力而受限制。通过目前使用的地理信息系统（GIS）和数据传感器，让我们来感受一下这些应用：

虚拟外交：为了支持波斯尼亚的和平谈判，五角大楼开发出一种虚拟现实场景，它能使谈判代表作一次虚拟的边界旅游。在谈判中，当塞尔维亚总统通过虚拟边界旅游看到原来的那条狭窄走廊是不切实际的之后，同意在萨拉热窝和伊斯兰教戈拉日德被占领土之间提供一条宽阔的走廊。

打击罪犯：在加利福尼亚莎利纳市，警方已通过使用GIS跟踪犯罪模式和团伙活动来减少青少年持枪暴力犯罪。通过收集关于犯罪活动发生的频率和分布的信息，使警方能够迅速重新部署警力。

保护生态多样性：加利福尼亚地区预测人口到2010年将由1990年的110万増加至160万。这个地区被联邦或州政府立为遭受危害、威胁，或珍稀而亟待保护的植物和动物超过200种。通过收集关于地形、土壤类型、年度的降雨量、植物、土地使用等信息，科学家模拟了不同的地区增长计划对生态多样性将产生何种影响。

预报气候变化：在模拟气候变化方面最显著的未知因素之一是全球森林的递减率。新罕布什尔大学的研究者与巴西的同事一起工作，通过卫星图像分析，能够监控亚马逊河流域的地形变化，以此确定该流域森林递减率。这项技术现在正在被世界上其他森林地区采用。

増加农业的生产力：农民已经开始利用卫星图像和全球定位系统及时预防病虫害，并且把杀虫剂、化肥和水用到最需要的地方。这被称为精耕细作。

未来方向

我们有空前的机会把有关我们社会和星球的巨量原始数据转变成有用的信息。这种数据将不仅包括高分辨率的地球卫星图像，还包括数字地图，以及经济、社会和人口统计方面的信息。如果成功，它将在教育、可持续发展战略、土地使用规划、农业，以及危机管理等领域产生广泛的社会和经济效益。数字地球计划能使我们对人为或自然灾害及时作出反应，或者能使我们联合起来面对长期的环境挑战。数字地球计划能够为用户提供漫游和搜索地理坐标信息的系统并成为生产者发布信息的场地。

数字地球将由“用户界面”——一种可浏览的、适于各种分辨率的三维地球图像界面和一种迅速增长、连网的地理空间信息系统，与整合和显示来自不同渠道的信息的机制这两部分组成。与万维网相比较，数字地球计划更具建设性（事实上，它基于若干个重要的万维网或因特网标准上）。就像万维网，“数字地球”也会随着技术的改善和信息的膨胀而日益发展。它不是依靠某个组织来维持，而由成千上万个不同的组织提供所使用的公共信息、商品和服务组成。正如互操作性是万维网的关键一样，发现和显示不同格式的数据的能力也是至关重要的。

我相信数字地球的开发，首先需要建立一个由政府、企业和学术界共同参与的“试验田”。这块“试验田”将着重解决诸如教育、环境，以及与互操作性相关的技术问题，协作能力的联合以及解决一些政策问题如隐私权等。当“试验田”获得成功并推广时，则可在更广泛的范围内通过接人高速网络与数字地球相互作用。

可以肯定，数字地球不是一夜之间产生的。在第一阶段，应该把重点放在整合我们已有的、来自不同渠道的数据。我们同样应该把引导儿童的博物馆和科学博物馆连接到高速网络上如新一代的因特网，这样我们的孩子就能够探索我们的星球。应该鼓励大学研究人员与地方学校和博物馆合作，通过汇集地方的地理空间信息，来充实数字地球计划。其次，我们应该努力去开发一张一米分辨率的数字世界地图。最终，我们应该使有关我们行星与我们历史的大量信息集聚到我们的手指尖。

在数月前，我曾计划鼓励政府、企业、学术界和非赢利组织的专家们，制定一种实现这种前景的策略。只要我们共同努力，就能有助于解决目前社会所面临的许多最紧迫的问题；鼓励我们的孩子更多地了解他们身边的世界，并促进几十亿美元的新经济的增长。

（本文由上海图书馆战略咨询研究中心提供）

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* 本文是美国副总统阿尔.戈尔今年1月31日在加利福尼亚科学中心的演讲。江泽民总书记今年6月在会见部分两院院士时曾提及了戈尔在演讲中提出的“数字地球”概念，现特将此文译出，以飨读者。