1、Digital Earth第三讲第三讲 数字地球的技术系统数字地球的技术系统Digital Earth河海大学 地理信息科学系目目 录录 3.1 数字地球核心技术综述数字地球核心技术综述 3.2 全球观测网络全球观测网络 3.3 3S技术技术 3.4 数字地球空间数据的数字地球空间数据的Metadata 3.5 计算机科学计算机科学 3.6 海量存储与宽带网络海量存储与宽带网络Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.1 数字地球核心技术综述数字地球核心技术综述计算科学计算科学海量储存海量储存卫星图像卫星图像宽带网络宽带网络互操作互操作元数据元数据Digital Earth河海大学
2、 地理信息科学系3.2 全球观测网络全球观测网络 (1) 地球观测系统(EOS) (2) 全球观测信息网络(GOIN) (3) 世界数据中心网络(NWDC)Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (1) 地球观测系统地球观测系统(EOS) 计划背景计划背景 经济全球化 资源环境研究的全球化 对地观测的需求 目的目的 更深刻的认识地球系统，了解地球的各种现象，过程及其相互作用的关系，了解地球系统的变化规律。Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (1) 地球观测系统地球观测系统(EOS) 计划实施计划实施80年代中期,航天领域.美国领导,欧洲,加拿大,日本，中
3、国等组成Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (2)全球观测信息网络全球观测信息网络(GOIN) 计划背景与发展计划背景与发展 93年美,日合作协议 96年亚太国家，欧洲，拉美参加 逐步成为全球计划,成为NSDI的组成 目的目的 通过信息网络交换全球的卫星观测数据； 评估现有卫星观测技术系统的优弱点，并提出改进措施； 为建设全球观测信息网络服务。 Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (2)全球观测信息网络全球观测信息网络(GOIN) 实施步骤实施步骤 确认候选数据集 确定用户对数据集需求 接受用户对网络服务的要求 确认数据集传输的网络需求 确认已存在的
4、网络资源 确认互操作的需求 统一标准的访问服务与技术 显示与浏览 Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (2)全球观测信息网络全球观测信息网络(GOIN) 工作计划工作计划(四个演示活动四个演示活动)通过电子网络发现数据通过电子网络交换数据科学合作相关的信息服务技术Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (2)全球观测信息网络全球观测信息网络(GOIN) 主要功能主要功能 互操作 连接性 体系结构 标准和过程方法 部门间的技术共享 访问服务 国际连接Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (2)全球观测信息网络全球观测信息网络(GOIN)
5、 组织机构组织机构陆地组:大气海洋组:日地环境研究组:网络传输组:Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.2 (3)世界数据中心网络世界数据中心网络(NWDC) 世界数据中心网络是信息基础设世界数据中心网络是信息基础设施的组成施的组成通用性数据中心(WDC,IDC)专业性数据中心 数据网络的互联与共享数据网络的互联与共享Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.3 3S技术技术信息时空基准：卫星导航定位系统信息时空基准：卫星导航定位系统(GNSS)信息获取方式：地面、航空、航天遥感信息获取方式：地面、航空、航天遥感(RS)信息传输手段：计算机通信网络信息传输手段：计算
6、机通信网络信息分析处理：数学物理模型、空间分析信息分析处理：数学物理模型、空间分析(GIS)信息服务体系：地球空间信息综合服务网格信息服务体系：地球空间信息综合服务网格地球空间信息地球空间信息 什么事件，什么变化什么事件，什么变化什么时间，什么地点什么时间，什么地点Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.3 3S技术技术地球空间信息学地球空间信息学(Geo-Spatial Information Science and Technology，Geomatics) 采用现代探测与传感技术、摄影测量与遥感对地观测技术、卫星导航定位技术、卫星通信技术和地理信息系统等为主要手段，研究地球
7、空间目标与环境参数信息的获取、分析、管理、存贮、传输、显示和应用的一门综合和集成的信息科学和技术。 Geomatics is the modern scientific term referring to the integrated approach of measurement, analysis, management and display of spatial data。Digital Earth河海大学 地理信息科学系可以预见：可以预见： 在未来的十到二十年内，地球空间信在未来的十到二十年内，地球空间信息技术将会与通信技术更加紧密结合息技术将会与通信技术更加紧密结合，并且进入到人们
8、日常生活的方方面，并且进入到人们日常生活的方方面面，成为知识经济时代社会经济新的面，成为知识经济时代社会经济新的增长点，从而实现增长点，从而实现4A服务服务 ： Geo-information for anybody and anything at anytime and anywhere!Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.3 (1) GPS美国国防部美国国防部 1974 年前后开发的年前后开发的一个军用卫星导航系统一个军用卫星导航系统: 每天每天 24 小时服务小时服务 成本低廉的最终用户设备成本低廉的最终用户设备 确保军方安全确保军方安全 10-20 m 导航点位精度导
9、航点位精度 0.1 m/s 速度测定精度速度测定精度 100 ns 精密授时能力精密授时能力 从从1995 年年6月投入全面运转月投入全面运转Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.3 (1) GPS GPS 卫星卫星 宣称由 24 颗卫星组成 (21 + 3) 目前有 27 颗卫星处于工作状态 分布在 6 个轨道平面上 轨道平面的倾角为55 轨道矢径大约为 26.600 km 轨道曲线的形状几乎为圆形 轨道周期为 12 小时 每天提前 4 分钟可以看到相同的星座分布 提前量 4 分/天, 2 小时/月, 24 小时/年 卫星的设计寿命为 7.5 年Digital Earth河海
10、大学 地理信息科学系无无SA时时 C/A码单点定位精度码单点定位精度 15-30m有有SA时时 C/A码单点定位精度码单点定位精度 100 m 军用军用P码单点定位精度码单点定位精度 3 mGPS卫星卫星Digital Earth河海大学 地理信息科学系GPS卫星卫星基准站（坐标已知）待定站（坐标未知）差分定位精度伪距： B/S-P/G (Pervasive/Grid)第三次浪潮Internet-Web-GridWorld Wide Web-Great Global GridDigital Earth河海大学 地理信息科学系3.6 (4) 宽带网络宽带网络 数字地球中的数字地球中的Intern
11、et宽带的、高速的广域网络多协议兼容既安全又开放Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.6 (4) 宽带网络宽带网络 下一代互联网下一代互联网(NGI)背景背景人民生活信息化和网络化是21世纪的新型生活方式的特征之一；提高网络的信息传输能力和网络的带宽是一项重要的技术政策；走多网融合的技术发展道路比单纯增加网络带宽更有效。Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.6 (4) 宽带网络宽带网络 下一代互联网下一代互联网(NGI)目标目标解决传统Internet 带宽问题解决IPv4地址耗尽问题解决传统Internet服务质量问题解决传统Internet不能适应网络业务类
12、型的发展等问题 Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.6 (4) 宽带网络宽带网络 下一代互联网下一代互联网(NGI)发展趋势发展趋势 发展方向：高性能、高带宽、高可用性、可管理性和可扩充性 核心技术：IP宽带技术 世界各国纷纷把发展下一代互连网络作为衡量本国综合国力的重要依据 我国在“十五规划”期间启动了“网络与信息安全”国家自然科学基金重大基础研究计划、863“高性能宽带信息网(3TNet)”重大专项等Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.6 (4) 宽带网络宽带网络 下一代互联网下一代互联网(NGI)发展趋势发展趋势 20世纪90年代中期以来，美国相继制订
13、了若干国家高性能网络研究发展计划： NGI (Next Generation Internet Initiative) VBNS (Very High Performance Backbone Network Service) HPCC (High Performance Computing and Communications Program) UCAID (University Corporation for Advanced Internet Development) Digital Earth河海大学 地理信息科学系Digital Earth河海大学 地理信息科学系3.6 (4) 宽带
14、网络宽带网络 WebGIS 在Web上实现GIS功能。 WebGIS实现方式：实现方式： CGI，插件(Plug-in)技术方法，ActiveX控件技术方法，Java技术方法 特征特征 集成的全球化的客户/服务器网络系统，交互系统，分布式系统，动态系统，跨平台系统Digital Earth河海大学 地理信息科学系WebGIS基本框架基本框架Digital Earth河海大学 地理信息科学系Digital Earth河海大学 地理信息科学系当前当前Web GIS实现技术实现技术 服务器端技术服务器端技术(被动式的被动式的Web GIS)优点:客户端不需要下载任何组件与插件缺点:对服务器端提出了较
15、高的要求，网络的负担较重，速度较慢Digital Earth河海大学 地理信息科学系当前当前Web GIS实现技术实现技术 客户端技术客户端技术(主动式的主动式的Web GIS )优点：不需要在客户端与服务器端频繁传输数据，提高了响应速度。缺点：客户端软件功能有限，限制了GIS的高级应用。Digital Earth河海大学 地理信息科学系当前当前Web GIS实现技术实现技术 混合技术混合技术 适当的规划客户端与服务器端GIS功能，使之充分的发挥各自性能，达到一定负载平衡，从而提高系统的整体性能与互操作能力。Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web Service Web Se
16、rvice是一类其它应用程序是一类其它应用程序能够通过能够通过WWW网络来使用的软网络来使用的软件组件件组件 主要解决交互问题主要解决交互问题 不同名称不同名称XML Web Services, Web Services, Web Service, Web 服务Digital Earth河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web Service 特征特征 完好的封装性 部署在Web上的对象 松散耦合:通过 J2EE与.Net实现 使用标准协议规范 W3C或OASIS 高度可集成能力屏蔽不同软件平台的差异 通用数据格式 XML自描述Digital Earth河海大学 地理信息科
17、学系GeoInformation Web Service 国际标准化组织国际标准化组织ISO/TC211技术委员会技术委员会在在ISO 19119草案中对地理信息服务的草案中对地理信息服务的相关概念作了如下的定义：相关概念作了如下的定义： 服 务：可以通过一个接口来访问的操作的集合，它允 许用户通过触发其行为来获得响应的结果。 操 作：从一个对象请求获得的交互的规范，从而影响对象的行为。 接 口：操作的实现，包括对给定的分布式计算技术的交互的语法。 Digital Earth河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web Service人类交互服务用户处理服务共享处理服务工作流/
18、任务服务系统管理服务模型/信息管理服务通讯服务通讯服务通讯服务通讯服务ISO/TC211分类分类Digital Earth河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web ServiceWMS浏览器客户端产生器地理解析服务模型/信息管理服务GMLGML地理编码服务地理链接服务Web Map 服务Web Coverage 服务Web Feature 服务Web Register 服务处理服务OGC分类分类 Digital Earth河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web Service 分类分类核心服务网络制图服务位置服务地学空间融合服务Digital Eart
19、h河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web Service OGC地理信息地理信息Web 服务框架服务框架 数据源空间数据服务注册服务数据发现数据可视化数据融合决策支持 元 数 据XML数据源数据源用户应用Web ServerDigital Earth河海大学 地理信息科学系数数据据层层服务层服务层中间件中间件部署管部署管理工具理工具客客户户层层Web 浏览器浏览器终端终端触摸屏触摸屏终端终端专用浏览器专用浏览器终端终端Web服务器 空间数据处理服务器空间数据处理服务器空间数据库服务器空间数据库服务器 空间信息应用服务器空间信息应用服务器PDA手机手机无线网有线网计算机信息
20、设备Windows操作系统操作系统Unix操作系统操作系统Linux操作系统操作系统Digital Earth河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web Service OGC在地理信息的在地理信息的Web服务方面服务方面主要有以下两个规范：主要有以下两个规范：Web Mapping Server(WMS规范)这个规范针对栅格图象的。Web Feature Server (WMS规范) 针对矢量图形的。Digital Earth河海大学 地理信息科学系GeoInformation Web ServiceWeb browserWeb browserWeb serverWMSMa
21、p serverWFSFeature serverJpegGifPngGMLDigital Earth河海大学 地理信息科学系Web地图服务地图服务 国内第一个地图搜索由中国搜索国内第一个地图搜索由中国搜索在在2005年年1月份推出月份推出 搜狐搜狗和新浪爱问分别在搜狐搜狗和新浪爱问分别在4月月和和6月推出自己的地图搜索服务月推出自己的地图搜索服务 Google和百度和百度9月份才在中国推月份才在中国推出基于地图的本地服务出基于地图的本地服务 地图搜索是搜索引擎和电子地图地图搜索是搜索引擎和电子地图结合的产物结合的产物Digital Earth河海大学 地理信息科学系中搜地图中搜地图Digit
22、al Earth河海大学 地理信息科学系搜狐地图搜索搜狐地图搜索Digital Earth河海大学 地理信息科学系新浪地图搜索新浪地图搜索Digital Earth河海大学 地理信息科学系Google地图搜索地图搜索Digital Earth河海大学 地理信息科学系百度地图搜索百度地图搜索Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web地图服务地图服务 地图搜索服务产业的产业链已经初步地图搜索服务产业的产业链已经初步形成形成 基础落点数据的采集和偏移加密 电子地图服务商将上述第一个环节的数据进行再加工，并利用矢量和栅格引擎技术为运营商(互联网、手机等等)提供可用的调用接口 运营商购买数
23、字地图服务并融合自己的搜索技术，结合内容进行个性化再开发，并在网上呈现给网络用户Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web地图服务地图服务 地图搜索的核心竞争力：地图搜索的核心竞争力：位置点数据的极大丰富性；路网数据的准确性、全面性和快速更新；搜索形式的多样性和便利性；跨平台搜索的全面性，有线与无线的互通。Digital Earth河海大学 地理信息科学系WEB GIS GeoSurfDigital Earth河海大学 地理信息科学系 GeoSurf 缩放、漫游、查询缩放、漫游、查询、专题制图、专题制图Digital Earth河海大学 地理信息科学系利用利用GeoSurf建立的
24、建立的成都地图出版社网站成都地图出版社网站Digital Earth河海大学 地理信息科学系利用利用GeoSurf建立的建立的成都地图出版社网站成都地图出版社网站Digital Earth河海大学 地理信息科学系利用利用GeoSurf建立的上海之窗网站建立的上海之窗网站 Digital Earth河海大学 地理信息科学系 利用利用GeoSurf建立的宁波网站建立的宁波网站 Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web 3D GIS Based Java 3D browser interfaceDigital Earth河海大学 地理信息科学系Web 3D GIS Based Jav
25、a 3D Query information in database Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web环境环境水情防汛会商系统水情防汛会商系统 水利部水文局水情处水利部水文局水情处(2002年年11月月)防汛会商是防汛抗旱决策过程中最重要的工作环节之一，它主要是通过群体会商，在分析防汛抗旱信息的基础上，提出各种减灾预案集中讨论，最后制定相应的决策。Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web环境环境水情防汛会商系统水情防汛会商系统互联网Web和应用服务器信息服务器WebGIS地图服务器浏览器属性及空间数据库数据库客户中间层信息查询查询结果地图数据请求客户端GIS组件 WebGIS平台与实现Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web环境环境水情防汛会商系统水情防汛会商系统Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web环境环境水情防汛会商系统水情防汛会商系统Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web环境环境水情防汛会商系统水情防汛会商系统Digital Earth河海大学 地理信息科学系Web环境环境水情防汛会商系统水情防汛会商系统闪烁提示的报警站点
