地球大数据科学工程

中国网/中国发展门户网讯  大数据是知识经济时代的战略高地，是人类的新型战略资源。作为大数据重要组成部分的地球大数据，正成为地球科学的一个新的领域前沿，为推动地球科学的深度发展以及重大科学现象的认知发现作出贡献。

近年来，国际上推出了一系列与地球大数据相关的研究计划。美国的“地球立方体”项目，寻求以整体视角审视地球系统并创建管理地球科学知识的基础设施；欧盟启动的“活地球模拟器”研究项目，依赖于开放的标准，为所有地球科学领域提供多维数据和可扩展的服务；澳大利亚在启动的数据立方体项目基础上，最近又推出了澳大利亚“数字地球”项目；2017年，俄罗斯正式启动“数字地球”计划，包括发射一系列的地球观测卫星，为该计划提供源源不断的数据源。

我国在数字地球和全球地球观测系统方面，进行地球观测数据共享，整合卫星、地面监测和建模系统，评估环境条件和预测，以应对气候变化的挑战，推动地球系统科学发展。可见，地球大数据的发展在全球范围内方兴未艾，开展地球大数据的研究十分重要。

认识地球大数据

地球科学研究包括对大气、陆地和海洋等圈层的研究，通过空天对地观测、陆地传感器网络及其他方式的观测生成了海量的地球科学数据集，这些数据来源于但不限于空间对地观测数据，还包括陆地、海洋、大气及与人类活动相关的数据，这些与地球相关联的大数据统称为地球大数据。地球大数据是大数据的重要组成部分，但有其独特的特征。地球大数据具有规模大、来源广、多样化、多时相、多尺度、高维度、高复杂性和非结构化等特点，是针对地球科学形成的新的数据密集型研究方向。

地球大数据通过多种对地观测方式、地球勘测方法及地面传感网产生。其数据集包含海量、多样、多来源、多时相、多标量、高空间、极复杂、非结构性的信息，这极有利于促进地球科学研究的深层次发展。

地球大数据具有大数据的特性，不仅具有体量大、来源广、多时相、高价值等特点，同时它也具有高瞬时性、任意空间性、物理相关性等特点。就其“海量规模”而言，地球大数据具有高分辨率、高动态性以及多波段的特点，数据的获取速度高且更新周期快。“来源广”是因为其数据来源和采集方法多种多样，归功于成像原理和模型变化的多样。“多时相”指其在极短的采样间隔和高频信息中的采集能力。“高价值”因为其对生态环境、陆地资源、自然灾害及其他地球科学研究的重要意义。

与地球大数据相关的技术有对地观测技术、通信技术、计算技术、网络技术等。地球大数据可以加深人类了解地球的能力，同时在数据传输、存储、处理、分析、管理和共享等方面，地球大数据又面临全新的挑战。例如，海量对地观测数据的实时获取和多源数据融合，从大量、长期、低成本的传感器网络中获得的数据增加了储存、处理和计算的复杂性，集成的数据储存环境需要考虑物理存储设备和统一存储平台的交互技术和可视化方法等。

作为地球大数据的关键技术之一，经过近半个世纪的发展，对地观测技术为地球科学研究提供了新视角和新方法，尤其在地球系统的宏观认知方面发挥了巨大的作用。在对地观测技术帮助下，人类可以更为方便、系统地观测地球，对地观测技术已成为衡量一个国家科技成就、经济实力、国家安全的重要指标。目前，地球观测数据量正成倍增长，据国际卫星对地观测委员会所做的一项全球卫星研究数据显示，过去的半个世纪，全球已发射了超过 514 颗地球观测卫星对地球系统进行包括大气系统、海洋系统和陆地系统的综合观测。

地球大数据是具有空间属性的地球领域大数据，它具有大数据的一般性质，同时具有很强的时空关联和物理关联。这些特征对地学学科的发展可以起到重大的推动作用，在环境、资源、灾害等领域有重要作用和经济社会价值。地球大数据为地球科学的深入研究带来了重要的发展机遇，可为创建空间地球信息科学奠定基础、并进一步推动地球科学的发展。