数字地球是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与再认识，它利用遥感卫星、航空摄影等多种对地观测手段和数字技术、地理信息技术等，对时间、空间数据按照地球的坐标加以整理，构成一个全球的数字模型，其特点就是运用海量地理信息数据对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述。数字地球是大数据、云计算和人工智能等新一代信息技术、地理信息技术与航空航天产业深度融合构建的数字化的地球。

也有人说，数字地球首先是一个地球表层信息模型，通过把航空、航天的遥感信息与传统的地理、地质资料在地理信息系统下的整合，特别是探地雷达、地震数据和海洋声呐信息与遥感电磁波信息集成分析，并结合专家系统，建成的地学模型。数字地球的核心是用完全数字化的信息获取与存储、传输和处理技术，去控制、操纵全球性的事物。它同时是一座海量信息库，是世界上最大的地球图书馆，它是一个和地球有关的、庞大的数据系统^[1]。

数字地球行业处于软件行业和地理信息产业，均为国家重点支持和鼓励发展的行业。

数字地球是什么?对这个问题的回答主要有“号召论”和“工程论”，具体来说有以下几种观点:

1.可以嵌入海量地理数据、多分辩率、三维的对地球的表示(戈尔)。

2.虚拟地球(美国1998年6月23日数字地球研讨会).

3.对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现和认识，其核心思想是用数字化的手段来处理整个地球方面的问题(中国部分高级学者)。

正如90年代以前，在GIS产生近30年后科学家们还无法给出一个准确的GIS定义一样，对数字地球的含义在现在不可能有一个明确的限定，只可有一个方向性的认识，如信息获取、处理和应用是数字地球的三个重要组成部分。数字地球的核心思想是用数字化手段统一性地处理地球问题、最大限度地利用信息资源，数字地球主要是由空间数据、文本数据、基于INTERNET的操作平台和应用模型组成。可以肯定的是在数字地球这个统一性术语(UmbrellaTerm)下，以Glscj为核心，EOS计划、INTERNET-I计划和其他一些大型的国际合作计划将捆在一起形成一个大的方向，将使现有的学科进一步交叉、融合，将大大推进GC的研究、SD战略的实现和学科重组。数字地球是一个分布式、多尺度、多维(4.5维)的地理信息系统，数据主要源于遥感技术、全球定位系统和其他数字化手段^[2]。

1998年：美国首先提出数字地球的概念：“数字地球”是对真实地球及其相关现象的统一性的数字化重现与再认识，它利用遥感卫星、航空摄影等多种对地观测手段和数字技术、地理信息技术等，对时间、空间数据按照地球的坐标加以整理，构成一个全球的数字模型。

1999年：由中国科学院联合19个部委单位发起召开首届“国际数字地球会议”，并发表北京宣言。

2006年5月：国际数字地球学会成立并创建《国际数字地球学报》(International Journal of Digital Earth，IJDE)，被正式收录为SCI(扩展版)期刊，截止目前已召开10届国家数字地球会议和7届数字地球高峰会议。

2009年：国际数字地球学会正式被吸纳为由83个国家、58个国际学术组织组成的政府间国际组织“地球观测组织”成员，成为地球信息科学领域重要的国际组织，数字地球也受到各个国家的重视。

至今经过二十余年的技术发展和产品升级，已开始在国家安全、政府管理、企业经营和大众消费等众多行业领域得到应用。随着新一代信息技术和地理信息技术的快速发展，数字地球涉及的技术领域已扩展到大数据、云计算和人工智能等新一代信息技术，应用场景也日益丰富。

数字地球发展需要关键技术的支撑，以下是在戈尔所述基础上根据需求进一步归纳的7大关键技术。

(1) 对地观测技术。对地观测技术为数字地球提供空间数据源，是数字地球发展的“血液”供给者。不仅需要高分辨率对地观测数据，也需要中、低分辨率数据。同时，GIS、GPS、虚拟现实技术均很重要

(2) 海量存储技术。由于数字地球不仅涉及海量的空间数据，还会包括大量的经济、社会、人口等于地球有关的非空间数据，所以海量存储技术可为数字地球的应用储备“能量”。

(3)科学计算。通过它可以解决辅助决策问题，同时还能促进产生知识的实验和理论方法创新。尤其是地球科学的实验，因为有的对象或过程不是太大，就是太小，有的速度太快或太慢，他们的跨度可以从十亿分之一秒到十亿年。

(4)宽带技术。数字地球的数据量非常庞大，而且是由很多地区、国家和机构来完成的，浩繁、多源的数据必须通过一系列分布式数据库才能存储。而这些分布式的数据库之间只有通过宽带技术，才能实现数字地球海量数据的调用与共享。

(5)互操作技术。万维网络通过一种简单、通用的网络协议使得其被广泛应用。因此，数字地球也需要通过一种简单的互操作技术，提高地理信息的可读性与可操作性。

(6)元数据管理与存储技术。元数据是关于数据的数据，是用于描述数据集的来源、日期、内容、质量、表示方式、空间参考(地理坐标)、管理方式以及其特征的信息。它是数据共享的重要工具。

(7)格网技术。格网是将高速互联网、高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体的分布式集成系统。数字地球的格网计算，即是使一些常规的计算资源、空间信息资源形成一个无缝的集成协同计算环境，为海量数据的空间分析提供计算资源的支持。

值得指出的是，近年兴起的云计算将成为数字地球建设的又一强大计算武器。云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展，其原理是通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，使得应用者能够将资源切换到需要的领域，根据需要询问计算机和存储系统。这是一革命性进步，其核心内涵是计算能力可以根据需要通过互联网传输。未来只需要一台笔记本或者一个手机，就可以通过网络服务来实现我们需要的一切，包括超级计算这样的任务，最终用户将成为云计算的真正拥有者^[3]。

数字地球技术作为新兴科技已经在国内完成前期的市场导入期，产业链初步形成。

行业上游:数字地球行业上游主要是空天大数据获取，通过卫星、飞机、飞艇、无人机等手段实现遥感数据采集。上游企业主要包括卫星、遥感类无人机等采集设备制造厂以及空天数据测绘企业等。

行业中游:数字地球行业业中游主要是空天大数据的处理与分析，其中主要包括空天大数据处理、空天大数据承载和空天大数据可视化。中游企业主要包括数字地球基础软件厂商以及数据处理企业等。

行业下游:数字地球行业下游则是空天大数据应用行业，将空天大数据运营于交通、气象、环保、特种行业等领域。下游企业主要包括各行业应用软件厂商。

(1)美国谷歌公司

谷歌公司作为国际上数字地球的领头羊，基于其拥有的大数据、人工智能等先进的IT技术，在数字地球领域形成了大量的技术标准，处于行业技术引领位置。Google Earth的技术特点如下：其Google Earth KML(Keyhole Markup Language)格式已经作为开放式国际标准；采用的3D技术将卫星影像推向一个新的水平，实现了各类三维场景的逼真构建；成熟的宽带流技术，能够提供高效的检索效率，实现位置的快速搜索和定位；Google Earth Engine提供PB级的公开数据集，高效的时空优化计算引擎，超过800个API，以及基于Web的开发平台。

(2)美国数字地球公司

美国数字地球公司(Digital Globe)是一家全球领先的商用高分辨率地球影像产品和服务供应商，运营World View、Geo Eye、Quick Bird等卫星，利用先进的自有卫星群提供的数据，可在民间机构、地图制作和分析、环境监测、油气勘探、基础设施管理、互联网门户网站以及导航技术领域提供影像解决方案。借助其自有卫星群及全面的影像库(包含40亿平方公里以上的地球影像和相关产品)，提供了一系列的在线和离线产品及服务。

(3)美国环境系统研究所公司

美国环境系统研究所公司(ESRI)是世界最大的地理信息系统技术提供商，致力于为全球各行业的用户提供先进的GIS技术和全面的GIS解决方案。ESRI中国(北京)有限公司同时还为中国用户提供遥感图像处理解决方案和eYaImage影像压缩工具的销售和技术支持服务。

(4)法国信息地球公司

法国信息地球公司(INFOTERRA)是欧洲航空防务与航天公司(EADS)的全资子公司，其核心业务是地理数据的生产，主要产品“像素工厂”(Pixel Factory，PF)是一套用于大规模遥感影像生产的处理系统，主要以软硬一体的方式销售进行盈利，其软件模块包括基础数据处理平台，和不同载荷传感器数据处理模块。

(5)世纪空间

向中国及全球客户的自主遥感卫星运控及地球空间信息大数据服务商，其主营业务为基于自主运控遥感卫星的数据获取、处理分析及销售和空间信息综合应用服务。

(6)航天宏图

国内领先的遥感和北斗导航卫星应用服务商，提供的主要产品是遥感图像处理基础软件平台PIE和北斗地图导航基础软件平台PIE-Map。

目前，数字地球已经形成了特种领域、政府、企业、大众众等多主体、多层次、多行业的应用格局。

(1)特种领域：应用在特种领域的各部门、各应用单位

(2)政府：应用在数字经济，智慧城市、自然资源、交通、气象、海洋、环保、应急等政府部门及事业单位

(3)企业：应用在石油、石化、电力等大型能源企业，公路、铁路、航运等大型交通企业，以及建筑、航空、航天等众多大型企业

(4)大众应用：如数字地球网站及在线应用（如谷歌地球)

参考资料：

[1]柯长青.数字地球——新生研讨课的探索与实践

[2]王晓栋，崔伟宏.数字地球的时空维实现.地理科学进展.1999年6月第18卷第2期.

[3]中国测绘学会.郭华东院士：数字地球的10年发展与前瞻