Цифровая Земля - Digital Earth

Цифровая Земля такое название дал концепции бывший вице-президент США Альберт Гор в 1998 году, описывая виртуальное представление земной шар то есть привязанный и подключены к мировым архивам цифровых знаний.

Концепция

Оригинальное видение

В речи[1] подготовлен к Калифорнийский научный центр в Лос-Анджелесе 31 января 1998 года Гор описал цифровое будущее, в котором школьники - да и все граждане мира - могут взаимодействовать с компьютерным трехмерным вращением. виртуальный глобус и получить доступ к огромному количеству научной и культурной информации, чтобы помочь им понять Землю и ее деятельность человека. Большая часть этого хранилища знаний была бы бесплатной для всех через Интернет, однако предполагалось, что коммерческий рынок сопутствующих продуктов и услуг будет сосуществовать, отчасти для поддержки дорогостоящей инфраструктуры, которая потребуется такой системе. Истоки идеи восходят к Бакминстер Фуллер с Геоскоп, большой сферический дисплей для отображения географических явлений.[2]

Многие аспекты его предложения были реализованы - например, геобраузеры виртуального земного шара Такие как НАСА Мировой ветер, Гугл Земля и Microsoft Карты Bing 3D для коммерческих, социальных и научных приложений. Но в речи Гора было обозначено поистине глобальное совместное объединение систем, которое еще не произошло. Это видение постоянно интерпретировалось и определялось растущим глобальным сообществом интересов, описанным ниже. Цифровая Земля, представленная в этой речи, была определена как «организующее видение», направленное на то, чтобы направить ученых и технологов к общей цели, обещая существенный прогресс во многих научных и инженерных областях, подобных Информационная супермагистраль.[3]

Новый взгляд

Две примечательные выдержки из Пекинской декларации о цифровой Земле.[4] ратифицировано 12 сентября 2009 г. на 6-м Международном симпозиуме по цифровой Земле в Пекине:

«Цифровая Земля является неотъемлемой частью других передовых технологий, включая: наблюдение Земли, геоинформационные системы, системы глобального позиционирования, сети связи, сенсорные сети, электромагнитные идентификаторы, виртуальную реальность, сеточные вычисления и т. Д. Она рассматривается как глобальный стратегический участник к научным и технологическим разработкам, и будет катализатором в поиске решений международных научных и социальных проблем ».
«Цифровая Земля должна играть стратегическую и устойчивую роль в решении таких проблем человеческого общества, как истощение природных ресурсов, отсутствие продовольственной и водной безопасности, нехватка энергии, ухудшение состояния окружающей среды, реагирование на стихийные бедствия, демографический взрыв и, в частности, глобальное изменение климата».

Цифровая Земля нового поколения

Группа международных ученых-географов и ученых-экологов из правительства, промышленности и академических кругов, объединенных Инициативой Веспуччи по развитию географической информатики,[5] и Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии[6] недавно опубликовал документ с изложением позиции "Цифровая Земля следующего поколения"[7] что предполагает восемь ключевых элементов:

  1. Не одна Цифровая Земля, а несколько связанных глобусов / инфраструктур, отвечающих потребностям различных аудиторий: граждан, сообществ, политиков, ученых, педагогов.
  2. Проблемно-ориентированный: например, окружающая среда, здоровье, области, приносящие пользу для общества, а также прозрачность воздействия технологий на окружающую среду
  3. Обеспечение поиска во времени и пространстве для поиска аналогичных / аналоговых ситуаций с данными в реальном времени как от датчиков, так и от людей (отличается от того, что может делать существующая ГИС, и отличается от добавления аналитических функций к виртуальному глобусу)
  4. Задавать вопросы об изменениях, выявлении аномалий в космосе как в человеческой, так и в окружающей среде (отмечать вещи, которые не соответствуют их окружению в реальном времени)
  5. Предоставление доступа к данным, информации, услугам и моделям, а также сценариям и прогнозам: от простых запросов до сложных анализов в экологической и социальной областях.
  6. Поддержка визуализации абстрактных концепций и типов данных (например, низкий доход, плохое состояние здоровья и семантика)
  7. На основе открытого доступа и участия в различных технологических платформах и средствах массовой информации (например, текст, голос и мультимедиа)
  8. Увлекательная, интерактивная, исследовательская и лаборатория для обучения, а также для междисциплинарного образования и науки.

Ключевые события

Значительный прогресс на пути к цифровой Земле был достигнут за последнее десятилетие, как показано в обзорном документе Махдави-Амири и др.,[8] в том числе работы в этих категориях:

Инфраструктура пространственных данных (SDI)

Количество Инфраструктуры пространственных данных неуклонно росла с начала 1990-х годов, частично чему способствовали стандарты взаимодействия, поддерживаемые Открытый геопространственный консорциум и Международная организация по стандартизации (ISO). Значительные недавние попытки связать и координировать SDI включают: Инфраструктура пространственной информации в Европе (INSPIRE)[9] и UNSDI Инициатива Рабочей группы ООН по географической информации (UNIGWG).[10] В период с 1998 по 2001 год Межучрежденческая рабочая группа по цифровой Земле (IDEW) под председательством НАСА внесла свой вклад в этот рост, уделяя особое внимание вопросам взаимодействия,[11] давая начало Веб-картографический сервис стандарт среди других.

Геобраузеры

Научное использование геобраузера виртуальные глобусы Такие как Гугл Земля, Мировой ветер НАСА, и ESRI с ArcGIS Explorer[12] значительно выросла, поскольку их функциональность улучшилась, а Формат KML став де-факто стандартом для визуализации глобуса. Многочисленные примеры можно увидеть на выставке Google Earth Outreach Showcase.[13] и в демонстрационных приложениях и апплетах Java World Wind.[14]

Сенсорные сети

Геосенсоры определяются как «... любое устройство, принимающее и измеряющее стимулы окружающей среды, с возможностью географической привязки».[7] В течение многих лет существуют крупномасштабные сети геодатчиков, которые измеряют поверхность Земли, гидрологические и атмосферные явления. Появление Интернета привело к большому расширению таких сетей,[7] и усилия, подобные Инициатива Глобальной системы систем наблюдения Земли (ГЕОСС) стремятся соединить их.

Добровольная географическая информация (VGI)

Период, термин Добровольная географическая информация был придуман в 2007 году географом Майкл Гудчайлд,[15] ссылаясь на быстрорастущий объем социальных и научных привязанный контент, создаваемый пользователями размещаются в Интернете как экспертами, так и неспециалистами и группами. Это явление рассматривается как появляющееся Geoweb что обеспечивает Интерфейсы прикладного программирования (API) разработчикам программного обеспечения и становится все более удобным программное обеспечение для веб-карт как для ученых, так и для широкой общественности.

Международное сообщество

Международные симпозиумы по цифровой Земле (ISDE)

Было проведено семь симпозиумов ISDE и три саммита Digital Earth. Труды по многим из них[16] доступны. 7-й симпозиум прошел в Перте, Западная Австралия, в 2011 году. 4-й Саммит «Цифровая Земля»[17] проводился в Веллингтоне, Новая Зеландия, в сентябре 2012 года.

Международный журнал Digital Earth

The International Journal of Digital Earth - это рецензируемый исследовательский журнал, основанный в 2008 году и посвященный науке и технологиям Цифровой Земли и их применениям во всех основных дисциплинах.

Международное общество цифровой Земли

Это неполитическая, неправительственная и некоммерческая международная организация, в основном для содействия академическому обмену, научно-техническим инновациям, образованию и международному сотрудничеству.[18]

Цифровая эталонная модель Земли (DERM)

Основная статья: Цифровая эталонная модель Земли

Термин «Цифровая эталонная модель Земли» (DERM) был придуман Тимом Форесманом в контексте видения всеобъемлющей геопространственной платформы в качестве абстрактного потока информации в поддержку видения Эла Гора цифровой Земли.[19] Эталонная модель «Цифровая Земля» направлена ​​на облегчение и продвижение использования информации с географической привязкой из множества источников через Интернет.[20] А цифровая эталонная модель Земли определяет фиксированную глобальную систему отсчета для Земли, используя четыре принципа цифровая система,[21] а именно:

  1. Дискретное разбиение использование регулярной или нерегулярной ячеистой сетки, плитки или Сетка;[22]
  2. Получение данных используя теорию обработки сигналов (отбор проб и квантование ) для присвоения двоичных значений из непрерывный аналог или другие цифровые источники к дискретным перегородкам ячеек;
  3. An упорядочивание или именование ячеек которые могут предоставить как уникальные пространственная индексация и географический адрес;[23]
  4. Набор математические операции построено на индексировании для алгебраических, геометрических, логических преобразований, преобразований обработки изображений и т. д.

Открытый геопространственный консорциум имеет стандарт системы пространственной привязки, основанный на DERM, который называется системой [Discrete Global Grid] (DGGS). По данным OGC "DGGS - это система пространственной привязки, которая использует иерархическую тесселяцию ячеек для разделения и адресации земного шара. DGGS характеризуются свойствами их структуры ячеек, геокодирования, стратегии квантования и связанных математических функций. Стандарт OGC DGGS поддерживает спецификация стандартизированных инфраструктур DGGS, которые обеспечивают интегрированный анализ очень больших, многоисточников, многомерных распределенных геопространственных данных с разными разрешениями. Взаимодействие между реализациями OGC DGGS ожидается за счет кодирования интерфейса расширения OGC Web Services »..[24] Таким образом, DGGS представляет собой дискретную иерархическую информационную сетку со схемой адресации (или индексации) для назначения уникальных адресов каждой ячейке во всем домене DGGS.[25]

Фон

Соединенные Штаты

Технологические разработки, поддерживающие текущую технологическую основу Цифровой Земли, можно проследить до компьютерных достижений США, полученных из холодная война конкуренция, космическая гонка, и коммерческие инновации. Таким образом, многие инновации можно отнести к корпорациям, работающим на Министерство обороны или же НАСА. Однако философские основы Цифровой Земли могут быть более тесно связаны с возросшим осознанием глобальных изменений и необходимостью лучшего понимания концепций устойчивости для выживания планеты. Эти корни восходят к таким провидцам, как Бакминстер Фуллер кто предложил разработку GeoScope полвека назад, аналогично микроскопу, чтобы исследовать и улучшить наше понимание планета земля.

С осени 1998 года по осень 2000 года НАСА возглавляло инициативу США «Цифровая Земля» в сотрудничестве с родственными правительственными агентствами, включая Федеральный комитет по геопространственным данным (FGDC).[26] Внимание к консенсусной разработке стандартов, протоколов и инструментов через совместную испытательный стенд инициативы были основным процессом для продвижения этой инициативы в правительственном сообществе.[11]

В 1999 году НАСА было выбрано, чтобы возглавить новую Межучрежденческую рабочую группу по цифровой Земле (IDEW) из-за его репутации в области технологических инноваций и его ориентации на изучение планетарных изменений. Новая инициатива была размещена в офисе НАСА. Науки о Земле. Этот основной фокус считался необходимым, чтобы помочь согласовать работу более 17 государственных учреждений и сохранить устойчивость и ориентированные на Землю приложения в качестве руководящего принципа для предприятия Digital Earth. Компоненты для разработки графических пользовательских интерфейсов (GUI) 3-D Earth были размещены в различных технологических секторах, чтобы стимулировать совместную поддержку разработки. Первоначально ограничиваясь государственным персоналом, промышленность и научные круги были первыми наблюдателями, посещавшими семинары IDEW для обсуждения таких тем, как визуализация, слияние информации, стандарты и функциональная совместимость, передовые вычислительные алгоритмы, электронные библиотеки и музеи. В марте 2000 г. на специальной встрече IDEW, организованной Корпорация Oracle в Херндон, Вирджиния, представители отрасли продемонстрировали несколько перспективных прототипов трехмерной визуализации. В течение двух лет они привлекли внимание международной публики, в том числе Кофи Аннан и Колин Пауэлл, в правительстве, бизнесе, науке и СМИ кто начал покупать первые коммерческие геобраузеры. Так же, как захватывающая фотография Восхода Земли с Аполлона предоставив вдохновляющее изображение Земли, позволяющее новым поколениям оценить хрупкость нашей биосферы, трехмерные цифровые Земли начали вдохновлять растущее число людей на возможность лучшего понимания и, возможно, спасения нашей планеты. Внедрение спутниковых данных в коммерчески доступные наборы пространственных инструментов значительно расширило возможности картографирования, мониторинга и управления ресурсами нашей планеты и обеспечило единую перспективу в видении цифровой Земли.

После того, как Эл Гор потерял Президентские выборы 2000 г., новая администрация посчитала программное прозвище «Цифровая Земля» политической обузой. Цифровая Земля была отнесена к статусу меньшинства в FGDC и использовалась в основном для определения опорных моделей трехмерной визуализации.

Китай

В 1999 году при полной поддержке правительства Китая состоялось первое Международный симпозиум по цифровой Земле в Пекине стал площадкой для широкой международной поддержки реализации концепции Gore Digital Earth, представленной годом ранее. В результате правительства и университеты создали сотни цифровых городов Земли.[нужна цитата ] В Китае Цифровая Земля стала метафорой модернизации и автоматизации с помощью компьютеров, что привело к ее включению в пятилетний план модернизации. Со спутника Китая дистанционное зондирование сообщества, возможности Digital Earth распространились на целый ряд приложений, включая прогнозирование наводнений, облако пыли моделирование, экологические оценки и планировка городов. С тех пор Китай был вездесущ на всех международных конференциях Цифровой Земли и недавно основал Международное общество цифровой Земли, одну из первых НПО, созданных Китайская Академия Наук. В 2009 году Международный симпозиум по цифровой Земле вернулся в Пекин на свое 6-е заседание.

Объединенные Нации

В 2000 г. Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП) продвинула Цифровую Землю для расширения доступа лиц, принимающих решения, к информации для тогдашнего Генерального секретаря Кофи Аннан и Совет Безопасности ООН. ЮНЕП продвигала использование геопространственных веб-технологий с возможностью доступа к мировой экологической информации в сочетании с экономическими и социальная политика вопросы. Реорганизация данных и информационных ресурсов ЮНЕП была начата в 2001 году на основе GSDI / DE.[27] архитектура для сети распределенных и взаимодействующих баз данных, создающая структуру связанных серверов. Концепция дизайна была основана на использовании растущей сети картографического программного обеспечения в Интернете и содержимого базы данных с расширенными возможностями для связывания инструментов и приложений ГИС. UNEP.net,[28] запущенный в феврале 2001 г., предоставил сотрудникам ООН беспрецедентную возможность доступа к авторитетным ресурсам данных об окружающей среде и стал наглядным примером для других в ООН сообщество. Однако универсальный пользовательский интерфейс для UNEP.net, подходящего для членов Совета Безопасности, то есть не ученых, не существовало. ЮНЕП начала активное тестирование прототипов геобраузера ЮНЕП, начиная с середины 2001 г., и представила африканскому сообществу презентацию на 5-й Африканской конференции по ГИС в г. Найроби, Кения Ноябрь 2001 г. Keyhole Technology, Inc. (позже приобретенная в 2004 г. Google и стать Гугл Земля ) был заключен контракт на разработку и демонстрацию первой трехмерной интерактивной цифровой Земли с использованием данных веб-потока с распределенная база данных расположены на серверах по всей планете. Совместные усилия в рамках сообщества ООН через Рабочую группу по географической информации[29] (UNGIWG), за которыми последовала немедленная покупка первых систем Keyhole к 2002 году. ЮНЕП предоставила дополнительные публичные демонстрации этой ранней системы Digital Earth на Всемирный саммит по устойчивому развитию в сентябре 2002 г. Йоханнесбург, ЮАР. В поисках инженерного подхода к общесистемной разработке модели цифровой Земли на 3-м заседании Рабочей группы UNGIWG в июне 2002 г., Вашингтон, округ Колумбия, были даны рекомендации по созданию документа о функциональных требованиях пользователей для геобраузеров. Это предложение было передано в секретариат ISDE в Пекине и оргкомитет 3-го Международный симпозиум по цифровой Земле и соглашение было достигнуто Китайская Академия Наук -спонсируемый Секретариатом для проведения первого из двух совещаний по геобраузерным технологиям Digital Earth.

Япония

Япония во главе с Университет Кейо и JAXA, также сыграл важную международную роль в Digital Earth, помогая создать сеть Digital Asia[30] с секретариатом, расположенным в Бангкоке, для содействия региональному сотрудничеству и инициативам. Граждане в Префектура Гифу загружать информацию в общественные программы "Цифровая Земля" с помощью своих смартфоны по различным темам, от первых появлений светлячков весной до местоположения заблокированных пандусов для инвалидов.[нужна цитата ]

Цифровые технологии Земли

События

МероприятиеГодМесто расположенияТема
ISDE 11999Пекин, КитайПереход к цифровой Земле
ISDE 22001Нью-Брансуик, КанадаПомимо информационной инфраструктуры
ISDE 32003Брно, Чешская РеспубликаИнформационные ресурсы для глобальной устойчивости
ISDE 42005Токио, ЯпонияЦифровая Земля как глобальное достояние
Digital Earth Summit '062006Окленд, Новая ЗеландияИнформационные ресурсы для глобальной устойчивости
ISDE 52007Беркли и Сан-Франциско, СШАПриведение цифровой Земли на Землю
Digital Earth Summit '082008Потсдам, ГерманияГеоинформатика: инструменты исследования глобальных изменений
ISDE 62009Пекин, КитайЦифровая Земля в действии
ISDE 72011Перт, Западная АвстралияISDE7 Генерация знаний
Digital Earth Summit '122012Веллингтон, Новая Зеландия

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Цифровая Земля - ​​Эл Гор". digitalearth-isde.org. 1998-01-31. Получено 2015-10-13.
  2. ^ Foresman, T. W. (2008-03-01). «Эволюция и реализация концепции Цифровой Земли, технологий и общества». Международный журнал Digital Earth. 1 (1): 4–16. Bibcode:2008IJDE .... 1 .... 4F. Дои:10.1080/17538940701782502. ISSN  1753-8947.
  3. ^ Баллаторе, Андреа (2014). «Миф о цифровой Земле между фрагментацией и целостностью». Журнал мобильных медиа. arXiv:1412.2078. Bibcode:2014arXiv1412.2078B.
  4. ^ «6-й Международный симпозиум по цифровой Земле - Цифровая Земля в действии». 159.226.224.4. 2009-09-12. Архивировано из оригинал на 2012-02-27. Получено 2012-09-30.
  5. ^ "Инициатива Веспуччи". Vespucci.org. Получено 2012-09-30.
  6. ^ «Объединенный исследовательский центр - JRC - Европейская комиссия». Ec.europa.eu. 2012-07-15. Получено 2012-09-30.
  7. ^ а б c М. Краглия и др. (2008). «Цифровая Земля нового поколения. Международный журнал исследований инфраструктур пространственных данных, (3):146–167". Получено 2012-09-30.
  8. ^ Махдави-Амири, А .; Alderson, T .; Самавати, С. (2015). «Обзор цифровой Земли». Компьютеры и графика. 53: 95–117. Дои:10.1016 / j.cag.2015.08.005.
  9. ^ «Inspire> Добро пожаловать в Inspire». Inspire.jrc.ec.europa.eu. Получено 2012-09-30.
  10. ^ «Рабочая группа ООН по географической информации». Ungiwg.org. Получено 2012-09-30.
  11. ^ а б Гросснер, К .; Goodchild, M .; Кларк, К. (2008). «Определение цифровой системы Земли». Транзакции в ГИС. 12 (1): 145–160. Дои:10.1111 / j.1467-9671.2008.01090.x.
  12. ^ "ArcGIS Explorer | GIS Viewer | Бесплатное ПО ГИС и карты". Esri.com. Получено 2012-09-30.
  13. ^ "Вдохновиться". earth.google.com.
  14. ^ "Demos-WorldWind Java / NASA WorldWind". worldwind.arc.nasa.gov.
  15. ^ Гудчайлд, М.Ф. (2007). «Граждане как сенсоры: мир добровольной географии». Журнал географии. 69 (4): 211–221. CiteSeerX  10.1.1.525.2435. Дои:10.1007 / s10708-007-9111-y.
  16. ^ [1] В архиве 28 августа 2008 г. Wayback Machine
  17. ^ "4-й Саммит" Цифровая Земля 2012 | Главная ". Digitalearth12.org.nz. 2012-09-04. Архивировано из оригинал на 2012-10-22. Получено 2012-09-30.
  18. ^ [2] В архиве 26 ноября 2010 г. Wayback Machine
  19. ^ Беседа Тима Форесмана с Чарльзом Херрингом в Новой Зеландии, Digital Earth Convention, 2007 г.
  20. ^ Эванс, Джон Д. (июнь 2001 г.). «Офис цифровой Земли НАСА». Архивировано из оригинал на 2008-10-10.
  21. ^ Перри Р. Петерсон; Джин Жирар; Чарльз Херринг (2006). «Цифровая эталонная модель Земли». Pyxisinnovation.com.
  22. ^ Сахр К.Д. Белый; А.Дж. Кимерлинг (2003). "Геодезические дискретные глобальные сеточные системы - картография и географическая информатика, Том 30, № 2, стр. 121–134" (PDF). Обзор дискретных глобальных сетей. Архивировано из оригинал (PDF) 11 сентября 2008 г.
  23. ^ Махдави-Амири, Али; Самавати, Фарамарз; Петерсон, Перри (2014). «КАТЕГОРИЗАЦИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ ИНДЕКСИРОВАНИЯ МЕТОДОВ ДИСКРЕТНЫХ ГЛОБАЛЬНЫХ ГРИД-СИСТЕМ». Международный журнал геоинформации. 4 (1): 320–336.
  24. ^ OGC Discrete Global Grid System (DGGS) Основной стандарт
  25. ^ «Дискретные мировые позиции» (PDF). www.globalgridsystems.com.
  26. ^ «Федеральный комитет географических данных - Федеральный комитет географических данных». www.fgdc.gov.
  27. ^ (Админ), Роджер Лонгхорн. "GSDI - Дом". www.gsdi.org.
  28. ^ "unep.net".
  29. ^ "UNGIWG -" Освободите ДАННЫЕ !!!! ....."". www.ungiwg.org.
  30. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-01-06. Получено 2006-10-16.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)