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第1章　绪论1

1.1　数字地球的发展1

1.1.1　数字地球基本概念1

1.1.2　数字地球的国外研究现状4

1.1.3　数字地球的国内发展状况10

1.1.4　数字地球的作用和意义14

1.2　数字地球的理论基础17

1.2.1　地球信息理论17

1.2.2　地球系统理论26

1.2.3　地球系统的耗散结构理论39

1.2.4　地球系统的自组织理论41

1.2.5　分形维与自相似理论46

1.3　数字地球的基本框架体系49

1.3.1　数字地球的内涵49

1.3.2　对数字地球框架的理解51

1.3.3 中国数字地球框架体系的思考56

思考题58

第2章　数字地球的信息基础设施59

2.1　地球信息的国际标准与规范59

2.2　互联网的第三次浪潮——Grid63

2.2.1　网络技术进展综述63

2.2.2　Grid的基本概念66

2.2.3　Grid Computing69

2.2.4　Grid的功能75

2.2.5　国外格网计算研究进展77

2.2.6 中国格网计算进展86

2.3　遥感信息系统网络进展与Grid RSS90

2.3.1　高分辨率卫星遥感技术90

2.3.2　中分辨率卫星遥感进展93

2.3.3　其他卫星遥感进展95

2.3.4　对地监测卫星的进展96

2.3.5　航空遥感98

2.3.6　遥感格网98

2.4　格网化全球导航卫星系统99

2.4.1　全球导航卫星系统进展99

2.4.2　格网化全球导航卫星系统99

2.5　地理信息系统技术进展与Grid GIS103

2.5.1　Grid对GIS的影响103

2.5.2　Grid GIS109

2.6　数据库与数据格网（Data Grid）到格网数据库（Grid DB）112

2.6.1　数据库技术进展112

2.6.2　数据库及其管理系统简介115

2.7　现代管理的新模式与Grid MIS116

2.7.1　现代管理的体制与机制116

2.7.2　管理技术的空间化与Grid MIS117

2.7.3　从IT管理到IT治理120

2.8　数字地球的综合技术121

2.8.1　球面三维技术121

2.8.2　在线虚拟技术122

思考题122

第3章　对地观测计划及应用技术系统123

3.1　行星地球使命与新千年计划123

3.1.1　MTPE与NMP-EOS总体计划124

3.1.2　EOS的技术系统126

3.1.3　下一代的EOS——智能对地观测系统128

3.1.4　地球观测星座及其编队飞行技术130

3.1.5　载人航天飞机135

3.1.6　宇宙空间站计划136

3.2　全球综合地球观测系统——GEOSS136

3.2.1　GEOSS的概况136

3.2.2　全球空间数据基础设施138

3.2.3 GEOSS的特点140

3.2.4 GEOSS的应用与服务140

3.3 Google公司的Google Earth151

3.3.1 Google Earth简介151

3.3.2 Google Earth的基本功能152

3.3.3 Google Earth系统介绍154

3.3.4 Google Earth的相关资源158

3.3.5 Google Earth走进三维地图时代159

3.3.6 Google Earth与免费漫游地球160

3.3.7 Google Mars161

3.3.8 Google Earth的应用162

3.4 Microsoft公司的Virtual Earth166

3.4.1 Virtual Earth平台166

3.4.2 Virtual Earth解决方案167

3.4.3 Virtual Earth实例——Windows Live Local168

3.5 NASA的World Wind173

3.5.1 World Wind概述173

3.5.2　主要功能173

3.5.3　附件和插件174

3.5.4　相关资源176

3.6 Skyline公司的Skyline Globe176

3.6.1 Skyline TerraSuite软件简介176

3.6.2 SkylineGlobe三维数字地图服务简介179

3.7 Leica公司Leica Virtual Explorer V3.1185

3.8 Glass Earth Australia190

3.8.1 Glass Earth计划内容190

3.8.2 Glass Earth的研究与开发191

思考题191

第4章　数字地球系统研究192

4.1　数字地球原型系统（DEPS/CAS）192

4.1.1　概述192

4.1.2　数字地球原型系统研究内容194

4.1.3　数字地球原型系统的系统结构与组成196

4.1.4　数字地球原型系统的应用205

4.2　数字地球系统的模式框架（ESMF）209

4.2.1　空间信息网格（SIG）210

4.2.2　空间信息格网（SI-Grid）211

4.2.3　地球空间信息的格网计算212

4.2.4　基于GSI-Grid的地球系统模式（ESMF）217

4.3　数字地球的Grid Computing220

4.3.1　数字地球的特点220

4.3.2　与数字地球有关的Grid Computing222

4.3.3　空间信息Grid Computing226

4.3.4　在Grid环境下的遥感数据处理、服务和共享228

4.3.5　数字地球的Grid Computing231

思考题233

第5章　模拟与实验234

5.1　地球系统研究计划综述234

5.1.1　国际地圈生物圈计划234

5.1.2　全球变化的研究计划236

5.1.3　探索和预测地球的环境与可居住性研究计划238

5.2　NASA地球科学事业战略计划239

5.2.1　了解地球系统239

5.2.2　战略计划的框架242

5.2.3　NASA ESE路线图243

5.2.4　当前的计划（2002年）：描述地球系统的特征243

5.2.5　未来（2002～2010年）：认识了解地球系统245

5.3　英国量化并理解地球系统计划266

5.3.1　简介266

5.3.2　QUEST计划的目标267

5.3.3　QUEST计划的预期成果268

5.3.4　研究计划268

5.3.5　培训271

5.3.6　涉及的学科271

5.3.7　与其他计划的合作及联系272

5.3.8　经费情况272

5.3.9　计划管理272

5.3.10　数据管理273

5.4 日本JAXA的全球变化与地球模拟研究273

5.4.1　全球变化研究计划简介273

5.4.2　日本地球模拟器及模拟实验计划278

5.4.3　2005年开展的主要研究项目283

5.4.4　开展的国际合作项目285

思考题285

第6章　探索研究286

6.1　数字地球神经系统286

6.1.1　数字神经系统286

6.1.2　数字地球神经系统289

6.2　数字地球工程290

6.2.1　德国研究联合会的《地球工程》291

6.2.2　清洁能源与降低气候变暖工程292

6.3　e-Science与Geo-e-Science进展294

6.3.1　e-Science综述294

6.3.2　英国的e-Science状况295

6.3.3　Geo-e-Science／互联网地理学296

思考题298

主要参考文献299

附录A301

A.1 国家空间信息基础设施的框架体系简介与汇编301

A.2　移动通信卫星资料303

A.3　中国Grid发展大事记303

A.4　102个数据库名录309

附录B314

B.1　国际数字地球学会314

B.2　关于欧洲议会和欧盟理事会在欧共体内建设空间信息基础设施指令（条例）的提案和EEA相关的文本316

B.3　美国等八国《全球信息社会冲绳宪章》329

B.4　美国提出新一代GPS建议333

B.5　伽利略验证卫星GIOVE-A335

B.6　遥感平台及传感器列表336