Přednáška -5 - GDPD 11.11. 2020
Prof. Dr. Milan KONEČNÝ
Dr. Radim ŠTAMPACH, Ph.D.
DIGITAL EARTH, FUTURE EARTH
DIGITÁLNÍ PLANETA ZEMĚ
BUDOUCÍ ZEMĚ
EU SWOT ANALYSES – DIGITAL EARTH
Digital Earth Concepts
Historie vzniku Digitální
(planety) Země:
První mezinárodní konference:
1999: Beijing, P.R. China
2001: New Brunswick, Canada
2003: Brno, Czech Republic
Otcové:
Al Gore
(Bill Clinton)
Digital Earth Definitions-1
Technological:
Gore: A multi-resolution, threedimensional
representation of the planet,
into which we can embed vast quantities of
geo-referenced data.
DE je "na mnoha úrovních rozlišitelnosti
vybudovaná třírozměrná reprezentace
naší planety, do níž je zapojeno velké
množství georeferenčních dat“. (překlad
M.K.)
Digital Earth Definitions- 2
Chen Shupeng, Fukui, Foresman, Guo, Goodchild
Sustainable development oriented:
Beijing Declaration, Brno discussions, Global Society Dialogue, Global
Marshal Plan)
Digital Earth is a concept that aims to incorporate maps and
data – ranging from topography and population to weather
patterns and migration – into a seamless geospatial system
accessible worldwide.
Digitální planeta Země
Digitální Země je koncept, jehož cílem je začlenit mapy a data od
topografie a populace až po povětrnostní vzorce a migraci do
bezproblémového geoprostorového systému přístupného
celosvětově. (překlad M.K.)
Digital Earth Concepts
http://www.digitalearth-isde.org/
Understanding Digital Earth
Clo
ud
El
Nino
Sea water temperature
Earth Surface Earthq
uake
Volcano
Vegetation
Plate Boundary
(http://www.nasm.si.edu/EarthToday)
Public
Tools &
Technology
Tools &
Technology
Enabling Citizens
and Communities
Enabling Citizens
and Communities
InteroperabilityInteroperability
Collecting DataCollecting Data
EARTHEARTH
Private
Digital ResourcesDigital Resources
Understanding Digital
Earth
(White paper by NASA Digital Earth office, 2000)
The Digital Earth: Understanding our planet in
the 21st Century by Al Gore (1998 !!!)
• Nová vlna technologických inovací nám dovoluje sběr, ukládání,
zpracování a zobrazování nepředstavitelného množství informací o
naší planetě a široké rozmanitosti přírodních a kulturních jevů.
Většina těchto informací je “georeferenčních”, to znamená, že jsou
vztažena k určitému specifickému místu na zemském povrchu.
• Obtížnou součástí využití těchto předností je záplava
geoprostorových informací – problémem je převedení surových
dat do pochopitelných informací.
• Digital Earth: vícenásobná zobrazení, třídimenzionální reprezentace
planety, při němž využíváme velké množství georeferenčních dat.
Digital Earth - nezbytné technologie
• Počítačové vědy resp. Informatika (Computer
Science)
• Obrovské ukládací kapacity pro data (Mass
Storage)
• Družicové snímky (Satellite Imagery)
• Širokopásmové sítě (Broadband Networks)
• Interoperabilita (Interoperability)
• Metadata -Realizovat úplný potenciál Digitální
Země vyžaduje technologický pokrok v dalších
oblastech, zejména automatizované
interpretaci snímků, propojování dat
z rozmanitých zdrojů, a inteligentní agenty,
kteří mohou nalézti a propojit informaci na
WEBu o jakémkoliv místě na zeměkouli. Už
v současnosti je k dispozici dostatečné
množství informací, aby proces mohl být
úspěšně rozvíjen.
Digital Earth - potenciální aplikace
• Vedení virtuální diplomacie (mírové
rozhovory v Bosně, simulovaný let nad
plánovanou hranicí, stanovaní koridoru)
• Boj s kriminalitou (pomocí GIS v městě
Salinas)
• Ochrana zachování biodiversity: (Camp
Pendelton, California, předpověď růstu
populace z 1.1 milion v r. 1990 na 1.6
milion v r. 2010. V regionu 200
ohrožených, vzácných rostlin a živočichů.
Na základě informací o terénu, půdních
poměrech, ročních srážkách, vegetaci,
využití půdy a vlastnických vztahů vědci
modelovali možné dopady na biodiversitu
v regionu
Předpovědi klimatických změn:
(odlesňování Amazonských pralesů na
základě družicových dat)
Růst zemědělské produktivity:
(družicové snímky a GPS pro včasnou
detekci nemocí a škůdců a nasazení
protiopatření; “farming by the inch."
Background
• Digital Earth：
 hlavní nosná iniciativa pro soubor informačních zdrojů v
udržitelném rozvoji,
 efektivní způsob integrálního sdílení informačních
zdrojů,
 Strategický a významný bod v informační éře
Významný aspekt pro rozvoj ekonomiky a
společnosti
• Brought out the Digital Earth Prototype System
(DEPS) proposal
In the late 90’s, Digital Earth
Na konci 90. let byl koncept Digitální Země široce
rozšířen a rychle vyvinut.
Velké země (USA, Čína, Japonsko,…) zažily společný
proces porozumění digitální Zemi
Byl vypracován návrh prototypového systému
Digitální Země
- Digital Earth Prototype System (DEPS)
Digital Touring
• Digitized and network management of Huangguoshu view designation
sector
• development of the 3D simulation system and Internet browsing software
• establishment of the GIS information inquiring links
Digital Archaeology
IKONOS images of Zhenbeitai, Yulin, Shanxi
and its surrounding environment analysis
Remote sensing survey of
Hailongtun
Remote sensing
survey of
Tongwancheng
Digitized photo database of
World War II
Digital Olympics
příprava na LOH 2008, Peking
Provádění dynamického
monitorování projektů
hlavního olympijského sektoru
a projektů v oblasti životního
prostředí v prostorovém
měřítku;
• Získávání dat
•Byla vytvořena 2TB databáze,
letecká data získaná v letech 1999
až 2005
200
5
Digital Olympics
1）Vývoj scény 3D vizualizace
2）Implementace 3D procházení
po internetu hlavních olympijských
sektorů
3）Objevování klíčových
technologií pro dynamické
monitorování inženýrského procesu
4）Související technologický
výzkum vývoje 3D E-map.
Digital Olympics
Dynamické monitorování změn měst
• Podle správy půdních zdrojů a základní konstrukce,
pomocí dálkových senzorů, dat dálkového
průzkumu s více rozlišeními pro nepřetržité a
dynamické monitorování městské oblasti a pomoci
při aktualizaci stavu využití půdy (land use).
• Monitorování typů využití půdy, jejich množství a
stavu.
• Poskytnout technologické informace a provozní
platformu souvisejících aplikací pro určení využití
půdy ve městech.
Iniciativa předpokládá trojrozměrný glóbus, na
který by uživatelé mohli kliknout, aby získali
přístup k datovým vrstvám.
Dostatečná hloubka a šířka dat by zajistila jejich
využití výzkumnými pracovníky, místními
pracovníky, plánovači a studenty.
Projekt zahrnuje vývoj standardů,
marketingových myšlenek a sběr dat
a otevřeně čerpá z práce jiných organizací.
Stejně jako GSDI přispěla iniciativa
Digital Earth k pokroku v koncepcích a
technologiích, které jsou základem
jakékoliv SDI (NIPI);
strukturuje stávající informace
relevantní pro implementaci
interoperabilních geografických
informací a služeb.
Iniciativa Digitální Země ve skutečnosti
významně přispěla do „kuchařské knihy“
– COOKBOOK, GSDI.
The 3rd International Symposium on
Digital Earth – Information Resources for
Global Sustainability.
Knowledge, Networks, Technology, Economy,
Society, Natural and Human Resources, Policy
and Strategy.
Znalosti, sítě, technologie, ekonomika,
společnost, přírodní a lidské zdroje, politika a
strategie.
Poprvé sociální aspekt.
Major Challenges
for Digital Earth (DE)
• Správa Velkých dat (Big
Data)
• DE Platformy, jejich
implementace a
konstrukce
• Vývoj datového
ekosystému pro DE
• Řešení sociálních složitostí
• Alternativní studijní plány
pro výuku DE
CO JE DIGITAL EARTH DNES???
(závěry prezidenta ISDE Alessandro Annoi, Florencie, 2019)
Závěry
• Neexistuje jednoduchá definice digitální Země. DE je vyvíjející se
koncept, který se přizpůsobuje sociálním a technologickým
změnám.
• Jeho hlavní charakteristikou je podpora využívání digitální
technologie ke studiu a ochraně naší planety a lidí, kteří v ní žijí.
• Osvojení technologií, porozumění sociálním změnám a řešení
společenských výzev by mělo být raison d'etre (cílem) komunity
DE.
• Pokrok ve vědě bude relevantní, jen když dokážeme prokázat jejich
hodnotu pro velká témata naší společnosti.
(překlad – M.K.)
FUTURE EARTH
BUDOUCNOST ZEMĚ
https://futureearth.org/about/our-work/
Iniciativa Budoucnost Země (FE) je síť vědců,
výzkumníků a inovátorů navržená k poskytování
znalostí potřebných k podpoře transformací
směrem k udržitelnosti..
Naše zaměření je na systémové přístupy se snaží
prohloubit naše chápání složitých systémů Země
a lidské dynamiky napříč různými disciplínami.
Toto pochopení je využíváno k podpoře politik a
strategií udržitelného rozvoje založených na
důkazech.
Naše poslání (mise)
Posláním FE je urychlit transformace pro globální
udržitelnost pomocí výzkumu a inovací.
Our vize
Vizí FE je, aby se lidem dařilo v udržitelném a
spravedlivém světě.
Naše strategie
FE rozvíjí znalosti a nástroje, které vlády,
komunity a společnosti potřebují ke splnění 17
cílů udržitelného rozvoje OSN.
Pochopením souvislostí mezi
environmentálními, sociálními a ekonomickými
systémy se Future Earth snaží usnadnit výzkum a
inovace, budovat a mobilizovat sítě a utvářet
vývoj, a proměňovat znalosti v činy. (překlad
M.K.)
Usnadnit výzkum a inovace
Našich 20 globálních výzkumných projektů zkoumá interakce mezi
lidmi a zemí, vzduchem, vodou a biologickou rozmanitostí.
Vyvíjíme a spolupracujeme na iniciativách, které experimentují s
technologiemi, daty, médii a novými nápady.
Budovat a mobilizovat sítě
Naše sítě propojují politické, obchodní a civilní lídry s výzkumnými
pracovníky, aby se zabývali tématy jako zdraví, urbanizace,
přírodní bohatství a další.
Utvářet vývoj
Pomáháme začlenit nejnovější vědu do globálního rozhodování a
zapojujeme se do rozhovorů o řešeních udržitelnosti. Další
informace najdete v našich 10 nových přehledech v oboru klimatu
a v oceňovaném časopisu Anthropocene.
3° ISDE Digital Earth Summit, June 12-14, 2010, Nessebar, Bulgaria
A European Perspective on Digital Earth
Alessandro Annoni
Spatial Data Infrastructures Unit
Institute for Environment and Sustainability
Joint Research Centre
European Commission
Introduction
• Position Paper “Toward Next
Generation Digital Earth”, 2008
• Digital Earth Session at ISRSE33,
Stresa, May 2009
• Digital Earth 6th Symposium,
Beijing
– ISDE EC members met to
discuss how to strengthen
European contribution
• JRC Meeting, January 2010,
Ispra “European View on DE”
Meeting “European View on DE” (JRC,
14 January 2010)
• Scope
– Better understand the DE vision
– Identify key priorities from a European Perspective
– Identify actions to raise awareness of DE in Europe
– Streamline European contribution to DE
• Participants
– Annoni, Craglia , De Longueville, Ehlers, Georgiadou, Giacomelli,
Konecny, Luraschi, Ostlaender, Remetey-Fülöpp, Rhind, Smits, Schade
• Joint Research Centre, University of Osnabrueck, Institute for Geoinformatics and Remote
Sensing, University of Twente, Faculty for Geo-information Sciences and Earth
Observation, Critigen Consulting, Masaryk University, Department of Geography,
Hungarian Association for Geo-information, Portsmouth Hospitals NHS Trust
Introduction (1/2)
• Al Gore vision of DE articulated by 1998
• ISDE very successful in promoting DE through
Symposia, Summits and IJDE
• Developments such as Digital Asia , Virtual Australia ,
and the establishment of CEODE indicate the vibrancy
of the DE concept in Asia
• Key role by the private sector (e.g. Google, Microsoft,..)
in making the concepts of DE familiar to hundreds of
millions of users
• In Europe, relevant developments are taking place at
multiple levels (INSPIRE, GMES, eGov, Digital Agenda
for Europe, Europe 2020,..)
Introduction (2/2)
• There has been a lack of
holistic thinking about what
benefits Digital Earth can
offer and how best to
exploit DE and extend it –
the ‘why’ rather than the
‘what’
• Notwithstanding these important developments, the benefits of DE
technologies have not yet properly exploited
DE Vision – a SWOT analysis -
STRENGTHS
• DE is a very useful metaphor
• DE displays some of the
characteristics of “magic
concepts”
• DE has a global dimension,
inclusive of multiple
applications and themes
• DE has a strong political
backing since the beginning
• DE has a strong technological
component
• DE provides a flexible
framework to adapt to
evolving technologies
Magic Tricycle - Car Design News™ 2008
DE Vision – a SWOT analysis –
WEAKNESSES (1/2)
• DE encapsulates many different concepts
– e.g. information system, infrastructure to
visualise and access geo-information, a
virtual model of the Earth (or parts of it), an
approach to explore the Earth system…
• The DE Vision has
– Ambiguities on its nature: political, vs.
academic, vs. a technological initiative
– Ambiguities on main target audience: policymakers
and planners vs. scientific community
or the general public
– Unclear research focus, which may reduce
interest in the scientific community
• DE has uneven visibility in different regions of the
world
National Center for Supercomputing Applica
University of Illinois
DE Vision – a SWOT analysis –
WEAKNESSES (2/2)
• Unclear relationships and added value of DE in relation to
other initiatives such as GEOSS, SDIs, Eye on Earth,..
• Original DE vision does not properly reflect recent changes
in society including
– major role of the private sector (Google, Microsoft),
and
– emergence of social networks (Facebook) at the global
level
• Because of the uncertainties above, it is difficult to
communicate clearly what DE is, and how it will be put into
practice
• This difficulty in communicating the concept makes harder
to consolidate links and collaborations with other initiatives
and to develop a DE community with active members from
different disciplines
DE Vision – a SWOT analysis –OPPORTUNITIES (1/2)
• The increased availability of digital content from public,
private sectors and citizens supports the vision of DE
• Developments in technology and policy foster increased data
access and sharing
• ISDE with 10 years of history, strong political backing, and the
support of the Chinese Academy of Science provide a
sustainable platform for achieving the vision
• Increasing profile of DE within the scientific community
through symposia and the inclusion of the IJDE in the scientific
citation index
• Increasing recognition of the need to build bridges across
different related initiatives, as witnessed by the membership
of the ISDE in GEO
• Multiple research and government funding opportunities
available to develop components and applications of DE
DE Vision – a SWOT analysis –OPPORTUNITIES (2/2)
• Profiling DE as a central vision
space where ‘Geo-Imagineers’
can think out-of-the-box:
– where they can extend and
modify the vision of DE by
incorporating innovative ideas
and edge-cutting technologies,
combining disciplines, and
– ultimately feeding new ideas
and requirements into
research projects and more
practically oriented initiatives
DE Vision – a SWOT analysis - THREATS
• No shared ownership over the vision of DE
• Existing leaderships do not always recognize
the importance and power of the DE vision as
a mechanism to advance the realisation of DE
• Initiatives are sometimes competing for
resources rather than exploiting synergies
• Private sector’s own vision and interpretation of DE,
and the resources at its disposal, may overshadow
and make irrelevant governmental or academic
efforts in this area
• Because the success of the private sector’s mass
market applications, the need for research and
development in the area of DE may become less
evident to the funders of public sector research
programmes
Topics of European Interest
Citizens’ Involvement
in the
Development and
Use of DE
Governance
Integration of
Scientific
Research into DE
Citizens’ Involvement in the Development and Use of DE
• DE involves multiple stakeholders. While the roles
of environmental and social scientists,
technologists, and decision-makers are widely
acknowledged, those of individual citizens have
yet to be articulated.
• we suggest giving priority to the following three:
1.contribution of individuals as providers of data
2.role of individuals as users of DE
3.impacts of DE on individuals and society
at large
Contribution of individuals as providers
of data
 several examples, relevant for a variety of applications, two
main classes:
1. those in which individual provide data through an agreed,
and validated methodological framework and
2. those in which information voluntarily provided by
individuals is analysed after the event with different
methodologies to control for quality and fitness for
purpose
 Such methods could include the use of editors as in the case of
Wikipedia, data mining and clustering techniques, ..
Citizens as Providers of
Voluntary Geographic and
Environmental Data
Just Landed! - real-time geoprocessing based on Twitter
http://blog.blprnt.com/
Mapping extent of forest fire based on
The role of individuals as users of DE
 important to consider issues of usability, relevance,
format, i.e. different ways in which DE can become the
instrument of choice to access information about the
Earth physical and social phenomena as suggested in the
original vision in 1998
Social Networking > e-mail Usa
Meeker, M.; Devitt S. and Wu L. 2010. “Internet Trends” http://www.morganstanley.com/institutional/techresearch/pdfs/Internet_Trends_
Mobile Internet > Desk Top Internet Adoption
Meeker, M.; Devitt S. and Wu L. 2010. “Internet Trends” http://www.morganstanley.com/institutional/techresearch/pdfs/Internet_Trends
Increasingly Mobile Phone Use is for Data not Voice
Meeker, M.; Devitt S. and Wu L. 2010. “Internet Trends” http://www.morganstanley.com/institutional/techresearch/pdfs/Internet_Trends_
The impacts of DE on individuals and society at large
• research and ethical issues on
– privacy and confidentiality, openness and
transparency versus security considerations
– measurement of social, economic and environmental
costs and benefits of the deployment of DE on society
including
• democratic accountability of the action of government
• increased trust in science through better understanding
and participation in scientific processes
Social impact: greater participation and accountability
• Globo Amazonia
launched by TV Globo in
Brazil in Sept. 08
• Interactive site with
satellite data provided by
INPE to report illegal
logging and clearing fires.
• 41 million reports in 3
months
• Political impact through
back up of TV network
Illegal Logging
Integration of Scientific Research into
DE (1/2)
• Two perspectives are important and must be clearly integrated in DE:
1. framework for undertaking the research necessary to achieve DE
2. contribution of DE to science (see for example 1999 Beijing
Declaration
by supporting the integration of
environmental and social
sciences models at multiple
scales addressing issues such
as global change, climate
change, land use change and
environmental degradation, sea
level rises, natural resource
depletion, and the impacts of
these phenomena on society
and the economy at global,
Integration of Scientific Research into DE (2/2)
European perspective
• Important role of DE in representing and understanding
cultural heritage (including multi-lingual aspects)
– Information integration (multi source and heterogeneous,
multi-disciplinary, multi-temporal, multi-scale, multi-media,
and multi-lingual);
– space-time analysis and modelling
– Intelligent descriptions (automatic, user driven) of data,
services, processes, models, searching and filtering;
– visualisation of abstract concepts in space
– computational infrastructures to implement the vision of
DE and
– trust, reputation and quality models for contributed
information and services
Governance (1/3)
• governance is crucial for future development of
DE
• need to build connections and synergies with
the many related developments at national,
continental, and global levels
– e.g. GEOSS, the United Nations activities on Global Geographic
Information Management, the Earth System Governance Project
of the International Human Dimensions Programme on Global
Environmental Change,etc..
• need to work with the private sector to exploit
the platforms and technologies currently
available and utilised by hundreds of million of
users, and to involve the public in the
development of DE.
Governance (2/3)
European perspective
• stronger integration of DE with INSPIRE, GMES, and SEIS, as well as
GEOSS.
• other initiatives need to be monitored and exploited:
– e.g. Digital Cities, European Institute of Innovation & Technology,
funding opportunities available under the Framework Research and
Development programme of the EU,..
• all of these initiatives must be targeted to address the innovation and
sustainable growth challenges identified in the Europe2020
Communication which for example also remarks a Digital Agenda for
Europe as one of its flagship initiatives.
Governance (3/3)
European perspective
• Embedding DE as a driver
for science but also for
innovation and growth will
make it possible to flourish
in Europe and contribute
more strongly to the global
objectives of the ISDE
GOVERNANCE
CITIZENS
METHODOLOGIES
• Bring together methods and
tools
• Integration of scientific research
into DE
• Trust & Reliability in information
content• Distributed’ vs. ‘centric’
approaches
• Multifacet: Public vs Private vs
Citizens
• Multilevel
• Link to innovation and growth
support
implementation
involvement
The role of private citizens’
involvement in the
development, use, and
management of DE
European Perspective
global change and climate change,
land-use change, sea level rise,
environmental degradation,
urban spread, natural resource
depletion, and their impacts on
society and economy
connect
The Way Forward (initial actions)
1. To develop a more
structured European
research agenda and
implementation
mechanism e.g. through
the establishment of a
European Digital Earth
research Network
(EDEN).
2. Establish a European Special
Interest Group (SIG) and
coordinate better the
European effort and sustain
organisational activities
European Digital Earth research Network (EDEN) (1/2)
• Federate a number of research laboratories in Europe doing research on
DE and related topics
• Open a European DE “building site” by linking through interoperability
arrangements the various heterogeneous components already existing
(e.g. SDIs) taking advantage of
– the INSPIRE implementation,
– digital and virtual cities already in development in Europe,
– digital landscapes, museums and libraries, and virtual cultural
artefacts (e.g. the Acropolis), …
• In this way synergies, opportunities, and gaps become more evident and
the “building Site” itself becomes the virtual laboratory in which to
address the research priorities identified;
European Digital Earth research Network (EDEN) (2/2)
• Link to related activities at the global level (US, China, etc.);
• Provide greater visibility to the research effort
• Undertake regular technology watch and market evaluation
in collaboration with the private sector to assess the potential
impact of DE research on innovation and competitiveness at
the European level
– ISDE Position Papers & Recommendations
European Special Interest Group (SIG)
• Provide a forum for monitoring relevant initiatives and help identify and
channel research funding;
• Provide the base from which to establish linkages to relevant initiatives
• Jointly organise with these communities thematic events and workshops
– to advance research on applied DE in Europe and raise awareness of the
opportunities of DE for these communities;
• Contribute to raising awareness of DE by launching pilot projects and
competitions (awards) and joint initiatives with other organisations (e.g.
OpenStreetMap, the Electronic Cultural Atlas initiative), and the private sector
(e.g. Google, Microsoft);
• Support activities to foster cross-fertilisation between DE and the ISDE
with other pertinent activities such as GEOSS.
GOVERNANCE
CITIZENS
METHODOLOGIES • Bring together methods and
tools
• Integration of scientific
research into DE
• Trust & Reliability in
information content
• Distributed’ vs. ‘centric’ approaches
• Multifacet: Public vs Private vs Citizens
• Multilevel
support
implementation
involvement
The role of private citizens’
involvement in the
development, use, and
management of DE
European Proposals
global change and climate
change, land-use change,
sea level rise,
environmental
degradation, urban
spread, natural resource
depletion, and their
impacts on society and
economy
connect
Pilots and Events
Pilots & Projects
•Research & Position Papers
•European Special Interest Group
Joint conferences and
workshops
European DE research Network
(EDEN)– socio-economic component
European DE research Network
(EDEN)– technological component
Conclusions
• There is a clear need to refresh the DE vision
• The new vision should be able to adapt to
regional diversities and priorities
• Awareness raising and Operations are the keys
for enlarging ISDE community
• Need to further discuss and engage ISDE
community
Thank you