數字地球與現代測繪科技的發展？
1993年和1994年美國先後以總統令的形式提出建立“國家信息基礎設施”(NII)，即通稱的信息高速公路，以及“國家空間數據基礎設施”(NSDI)，這是進壹步推進社會信息化，搶占信息產業發展新的制高點和主動權的重大戰略步驟，時隔5年，這壹計劃的實施初見成效，刺激了美國的經濟增長，於是去年又以美國副總統演講形式推出數字地球的概念和構想，並計劃到2020年試圖達到地球信息化的最終目標，亮出了美國這壹近期全球信息戰略的底牌。由美國政府高層出面提出的這壹“數字地球”構想引起全球各方關註，並成為學術界熱點話題。中國學者尤其在地學界也做出了積極的反應，不論從科學技術的角度還是從國家利益的角度，中國要準備迎接這壹嚴峻挑戰，已成***識。作為測繪學科，測繪行業反應更顯強烈，數字地球概念為測繪事業發展提供了新的機遇和更高層次的發展前景。這裏我們想就現代測繪學的發展從學科的觀點稍為具體地探討壹下它與數字地球的關系和在構建數字地球中的作用。
壹、測繪學的現代發展
空間技術，各類對地觀測衛星使人類有了對地球整體進行觀察和測繪的工具，好像可以把地球擺在實驗室進行觀察研究壹樣方便。由空間技術和其他相關技術，如由計算機、信息、通訊等技術發展起來的3S技術(GPS，RS，GIS)在測繪學中的不斷出現和應用，使測繪學從理論到手段都發生了根本的變化。測繪生產任務也由傳統的紙上或類似介質的地圖編制、生產和更新發展到地理空間數據的采集、處理和管理。GPS的出現革新了傳統的定位方式；傳統的攝影測量數據采集技術已由遙感衛星或數字攝影獲得的影像所代替，測繪人員在室內借助高速高容量計算機和專用配套設備對遙感影像或信號記錄數據進行地表(甚至地殼淺層)幾何和物理信息的提取和變換，得出數字化地理信息產品，由此制作各類可供社會使用的專用地圖等測繪產品。我國960萬平方公裏國土的國家基本地圖的成圖或更新周期可望從十幾年，幾十年縮短到幾年或更短，測繪業的體力勞動得到解放，生產力得到大的提高。
今天，光纜通訊、衛星通訊、數字化多媒體網絡技術可使測繪產品從單壹紙質信息轉變為磁盤和光盤等電子信息，產品分發可從單壹郵路轉到“電路”(數字通訊和計算機網絡傳真)，測繪產品的形式和服務社會的方式由於信息技術的支持發生了很大變化，實現了信息化的發展。
當前，隨著我國經濟的高速發展和經濟所有制成份和運行體制的改革，需要開放民用國家測繪產品；從技術方面看，西方國家衛星測地技術可制作全球幾乎任壹地區1m分辨率(相當1∶1萬比例尺)的地圖，衛星上的GPS又可將這種地圖納入全球參考框架和轉換為他們的國家坐標系，中、小比例尺國家地圖的保密價值已大大降低；對於軍事敏感的重力數據，衛星重力技術所發展的低階全球重力場模型已足夠用於他們的遠程戰略導彈發射。目前全球高階重力場模型(如EGM96)分辨率已達50km，已接近我國現有重力數據的分辨率，其保密價值也需要重新評估。這壹形勢使絕大部份測繪產品可以作為普通商品服務於全社會，測繪業從單壹國家事業逐漸轉變為社會主義市場經濟的產業，這無疑為測繪學的發展註入了新的活力和擴大了發展空間，這也是壹個有重要意義的歷史性轉變。
綜上所述，由於以空間技術、計算機技術、通訊技術和信息技術為支柱的測繪高新技術日新月異的迅猛發展，測繪學的理論基礎、測繪工程的技術體系、其研究領域和學科目標，正在適應新形勢的需要發生著深刻的變化，表現為正在以高新技術為支撐和動力，進入市場競爭求發展，測繪業已成為壹項重要的信息產業。它的服務範圍和對象也在不斷擴大，不僅是原來的單純從控制到測圖，為國家制作基本地形圖的任務，而是擴大到國民經濟和國防建設中與空間數據有關的各個領域。它必將隨著21世紀更加成熟的信息化社會的到來向更高層次發展，在未來數字地球的概念和技術框架中占據重要的基礎性地位。
二、數字地球和現代測繪學
地球上壹切事件都發生在壹定的空間位置，人類社會經濟活動所需要的信息絕大部分(約80%)都與地理位置相關。中國21世紀議程62個優先發展項目中，約有40個需要建立或應用地理信息系統。數字地球是利用海量地理信息(即地球空間數據)對地球所做的多分辨率、3維數字化描述的整體信息模型，便於人類最大限度地實現信息資源的***享和合理使用，為人類認識、改造和保護地球提供壹種新的手段，這裏在數字地球的概念中突出顯示了地理坐標的框架作用，因此NSDI是數字地球的基礎設施，要求提供(地球)空間數據框架，包括大地測量控制框架(國家定位網和重力控制網)、數字正射影像、數字高程模型、道路、水系、行政境界、公***地籍等基礎地理數據集。在此框架上加載各類地球自然信息和人類社會經濟活動等壹切所需要和感興趣的人文信息。為數字地球提供上述地球空間數據框架是測繪業本身的“專職”，但又對測繪學提出了更高層的技術要求。
NSDI要建立在NII上，要在因特網上運行，要求開發功能強、效率高的因特網GIS軟件。這表明還要大力發展測繪產品的計算機網絡技術，它的技術基礎是寬帶、高速圖形圖像網絡，當然其中寬帶高速問題需要國家投資在NII中解決。數字地球構想的另壹個高技術特點是虛擬現實模型。目前發展起來的全數字化攝影測量就能夠利用功能強大的計算機系統或工作站，對數字化影像進行處理，建立立體地形或地物虛擬模型。但如何將這壹技術用在因特網上對多種測繪產品和普通用戶提供虛似模型甚或虛擬現實模型，則是要進壹步研究和發展的。數字地球是對真實地球及其相關現象的多分辨率、統壹性的3維數字化整體表達，這裏強調了統壹性和整體性，要求全球多源數據無縫無邊的連接和整合。從空間數據框架來說，其統壹性和整體性是由大地測量來實現和給予保證的。大地測量是傳統測繪的基礎，對當前信息化測繪和構建未來數字地球更是基礎的基礎，即空間數據框架的框架。它要求全球采用統壹的參考橢球模型和相應的地心坐標參考框架(如ITRF)；全球統壹的高程基準，即統壹定義和使用的大地水準面；全球統壹的重力測量基準(重力基本網)；全球統壹的地圖投影系統。壹切原有的測繪成果，特別是國家基本地圖都要轉換到上述全球統壹的參考系中。數字地球對全球大地測量提出了更高更緊迫的要求。GPS配以少量SLR和VLBI站是各國保持和維護各自的地心參考框架的基本技術，但局部坐標到全球坐標的轉換目前還難於達到優於米級的精度；全球高程系統的統壹問題，大地測量學家經過幾十年的研究，目前還是壹個未能解決的難題，最終要通過全球重力數據，特別是新壹代衛星重力計劃和衛星海洋測高計劃在國際大地測量協會的統籌和協調下實現。
海洋占全球面積的70%，海洋將是21世紀資源開發的主要競爭空間，海洋動力環境的變化(如厄爾尼諾現象)又是決定全球氣候變化的主要控制“閥門”。數字地球向海洋測繪提出了挑戰。從全球來說，目前海洋的精細測繪基本上還是空白，多波束測深技術的發展加速了各國領海海底地形的測繪，但要將陸地坐標參考框架以相近的精度擴展到海洋仍存在困難，海上GPS定位精度還低於5m；由於陸地高程基準不能用水準測量傳遞到海洋，在衛星測高技術的支持下用某種去掉潮汐影響的平均海面作深度基準，精度可達米級，和多波束測深精度相當。但廣大的開闊深海的海底地形測繪不可能用船載測深儀完成，用衛星測高結合重力數據(低階或中階重力場模型)反演海底地形，目前試驗精度可達10～100m。數字地球將要求海洋測繪技術有新的突破。
測繪學由於其技術的突破已日益向相關地學領域滲透。大地測量更成為研究地球動力學(包括海洋動力甚至大氣動力)的重要技術手段，GPS監測已能提供全球板塊運動和地殼形變精密數據，可用於研究地學災害(地震、滑坡和火山爆發等)的預測；GPS已可以和VLBI相近精度和頻譜分辨率監測地球自轉的變化，由此研究地球深部結構和動力過程及全球變化；專題GIS也成為環境災害問題分析預測工具。數字地球最重要的功能之壹是為解決21世紀人類面臨的環境和災害問題提供壹個可供觀察、分析、模擬和預測的全球信息系統，以期協調人與自然的關系。
我們贊成活數字地球或動態數字地球的提法，因為人類是生活在不斷運動變化的地球上。現在在全球性的觀測中，各種對地觀測新技術已可能連續快速獲取地球表面(或淺層)隨時間變化的幾何和物理信息，了解地球上各種現象及其變化。因此測繪學或者說測繪業則應當利用3S技術結合合成孔經雷達幹涉技術(INSAR)以及其他新技術(如衛星重力探測技術等)對地進行觀測，為構建活數字地球提供描述地球動態變化的地理信息產品。
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