Cyfrowy model referencyjny Ziemi

Termin Digital Earth Reference Model ( DERM ) został ukuty przez Tima Foresmana w kontekście wizji wszechogarniającej platformy geoprzestrzennej jako abstraktu przepływu informacji wspierającego wizję Ala Gore'a dotyczącą Cyfrowej Ziemi . Model referencyjny Digital Earth ma na celu ułatwienie i promowanie wykorzystania informacji georeferencyjnych z wielu źródeł w Internecie. Cyfrowy model odniesienia Ziemi definiuje stałą globalną ramkę odniesienia dla Ziemi przy użyciu czterech zasad systemu cyfrowego , a mianowicie:

1. Dyskretne partycjonowanie przy użyciu regularnej lub nieregularnej siatki komórek, kafelkowania lub siatki ;
2. Akwizycja danych z wykorzystaniem teorii przetwarzania sygnałów ( próbkowanie i kwantyzacja ) w celu przypisania wartości binarnych z ciągłych źródeł analogowych lub innych źródeł cyfrowych do dyskretnych partycji komórek;
3. Kolejność lub nazewnictwo komórek , które mogą zapewnić zarówno unikalne indeksowanie przestrzenne , jak i adres lokalizacji geograficznej ;
4. Zestaw operacji matematycznych zbudowanych na indeksowaniu przekształceń algebraicznych, geometrycznych, boolowskich, przetwarzania obrazu itp.

Rozróżnienie między „cyfrowym” a „analogowym” modelem referencyjnym Ziemi dokonuje się w sposobie pokrycia całej powierzchni Ziemi. Tesselacja odnosi się do skończonej liczby obiektów/komórek , które pokrywają powierzchnię jako dyskretne partycje, podczas gdy krata odnosi się do uporządkowanych zestawów punktów , które pokrywają powierzchnię w ciągłej przestrzeni wektorowej. Ramą matematyczną cyfrowego modelu odniesienia Ziemi jest teselacja, podczas gdy ramą matematyczną analogowego odniesienia Ziemi jest siatka.

Wartość cyfrowego modelu referencyjnego Ziemi do kodowania informacji o Ziemi jest zbliżona do wartości uzyskanej z innych technologii cyfrowych , a mianowicie synchronizacji domeny fizycznej z domeną informacyjną, na przykład w cyfrowym dźwięku i fotografii cyfrowej . Wydajność można znaleźć w przechowywaniu danych, przetwarzaniu, integracji, odkrywaniu, transmisji, wizualizacji, agregacji oraz transformacjach analitycznych, fuzyjnych i modelujących. Odniesienie danych do cyfrowego modelu referencyjnego Ziemi (DERM) staje się wszechobecne , ułatwiając rozproszone zapytania przestrzenne, takie jak „Co tu jest?” oraz „Co się zmieniło?”. obrazu i sygnału można wykorzystać do operowania na danych odnoszących się do DERM.

Struktura DERM jest niezależna od danych, co pozwala na ogólną kwantyzację wszystkich georeferencyjnych źródeł danych na wspólną siatkę. Aplikacja, algorytmy i operacje mogą być następnie opracowywane na siatce niezależnie od źródeł danych.

Podejścia wykorzystujące odniesienie analogowe wymagają rygorystycznego ręcznego łączenia , aby zadowolić tworzenie produktów cyfrowych, takich jak mapy cyfrowe lub inne informacje kartograficzne, nawigacyjne lub geoprzestrzenne (patrz także GIS ). Jednak modele cyfrowe są słabsze w przypadku transformacji geometrycznych, w których translacja, skalowanie i obrót muszą być zgodne z dyskretnymi lokalizacjami komórek, podczas gdy w modelu analogowym z kontinuum lokalizacji transformacje geometryczne są proste, bez wymagań dotyczących ponownego przetwarzania lub ponownego próbkowania.

Kształt komórki w takich reprezentacjach może mieć kluczowe znaczenie dla ważności, zdolności adaptacyjnych i użyteczności siatki. Ponieważ struktury prostoliniowe są intuicyjne, ale brakuje im cech optymalizacyjnych jako teselacja, zwłaszcza gdy są ułożone kafelkami na kuli, inne schematy, w tym regiony voronoi, krzywe peano, trójkąty i sześciokątne nachylenia, zostały rozwinięte jako lepsze alternatywy.

Wiele modeli porządkowania i nazewnictwa zostało zaimplementowanych jako indeksowanie baz danych geoprzestrzennych w celu wydajnego wyszukiwania danych (R-Trees, QTM, HHC). Niewiele z tych modeli obejmowało kompletny cyfrowy model referencyjny Ziemi, w którym zarówno formacja cyfr reprezentująca hierarchię, w której indeks zawiera związek nadrzędny-dziecko, jak i formacja cyfr, które monotonicznie zbiegają się o ustalony moduł do wszystkich wektorowych liczb rzeczywistych.

Międzynarodowe Towarzystwo Cyfrowej Ziemi ma stały komitet zajmujący się implementacjami i standardami DERM, który obejmuje zarówno ramkę odniesienia Ziemi, jak i dodatkowe wymagania dotyczące metadanych i semantyki atrybutów.