文档介绍：一种基于高速网络的数字地球实时数据传输协议1
徐章炜陈斌汪董士海
北京大学计算机科学与技术系, 北京, 100871
摘要本文设计了一种适合网络实时传输海量地形数据的数字地球数据传输协议。主要讨论
了地形数据与一般多媒体数据的差别,并分析比较了两者的网络需求。经具有海量数据的实
例验证,协议运行效果良好,并已应用于基于高速网的数字地球试验系统中。
关键词高速网络,实时传输,数字地球,协议
中图法分类号 TP391
1. 引言
“数字地球[1]”是继信息高速公路之后,美国推出的又一项引起广泛关注的全球战略计
划。它的核心就是全球的信息化,信息可视化。数字地球也是一个 GIS 系统,它包容了全
球与地理有关的信息,地理信息是其他信息的载体。全世界的数据库中 75%到 80%的信息
与地理空间位置有关[2],数字地球提出的背景之一就是全球信息的大爆炸。随着航空航天
技术飞速发展,遥感观测技术有了长足的进步。获取大跨度、高分辨率的地形数据已非难事。
这种大跨度、高分辨率的地形数据信息量非常庞大,例如,全球 1 米分辨率的卫星数据多达
1015 字节。而中国的 1 米分辨率的地形数据也在 1012 字节以上。如何充分利用以地理信息为
基础的海量数据,成为数字地球的关键问题之一。用虚拟现实技术实时表现地形数据及其相
关的信息是实现数字地球系统的关键技术。因此,如何在网络上实时高效地传输海量地形数
据已成为系统必须要解决的一个关键问题。
基于网络,采用 Web 技术和 Client/Server 体系结构的 WebGIS,已得到了较大
的发展。但目前,WebGIS 的研究开发大多集中在二维数据,这方面较有代表性的产品有
MapInfo 公司的 MapInfo ProServer[3],InterGraph 公司的 GeoMedia Web Map[4],美国环境
和资源研究所(ESRI)的 Map Server(IMS) for ArcView & MapObjects,以及 Autodesk
公司的 MapGuide[5]和微软公司的 TerraServer[6]等。以上几个著名 GIS 站点大多仍采用静态
图像的表现方式,不过 GeoMedia Web Map 和 MapGuide 已经能够在网络上传输矢量图数据
供用户操作。这些系统大部分都将 WebGIS 的实现局限在低速网络和二维地图浏览上。随着
三维图形学技术和计算机硬件技术的飞速发展,三维 GIS 的优越性逐渐体现出来,地形显
示的真实感和实时性的要求更为迫切,但是由于受到网络传输协议、实时访问量、带宽占用
等条件的约束,把用户请求和结果数据有效地传输,成为影响系统性能的重要因素[8]。虽
然视频流协议已有了相当广泛的研究和应用,并有了丰富的协议标准。但是,三维地形实时
浏览的数据传输形式,以及与一般流媒体传输的差异等问题并没有得到深入研究。尤其是在
高速网络环境下的实时数据传输技术的研究则更为缺乏。

1本文得到国家自然科学基金重大项目“超高速网络环境下典型示范系统及其关键技术”课题的资助。
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本文介绍了北京大学计算机系图形研究室在“超高速网络环境下典型示范系统及其关键
技术研究”课题中实现的虚拟数字地