Gdzie mieszkają ludzie? Nowa mapa oferuje więcej szczegółów niż kiedykolwiek wcześniej.

obraz stylizowanej mapy Pan Tech

Jednym z ważnych celów geografii jest ocena obecności człowieka i jego wpływu na planetę. Dobrym punktem wyjścia jest zrozumienie, gdzie mieszkają ludzie.

Łatwiej powiedzieć niż zrobić. Globalna populacja wynosi około 7 miliardów, z czego około połowa mieszka w miastach. Wiele firm z entuzjazmem mapowało nowoczesne miasta i mniejsze osady. Firmy takie jak Google i Microsoft, a nawet organizacja open-source OpenStreetMaps, posiadają kompleksowe mapy wielu obszarów świata.

Ale ta praca ma tendencję do skupiania się na rozwiniętym świecie, gdzie potencjalne zyski są największe, oraz na obszarach miejskich, gdzie koncentracja ludzi jest największa. Co więcej, mapy komercyjne różnią się rozdzielczością i są oparte na komercyjnych zdjęciach, do których dostęp jest niezwykle kosztowny.

Dlatego geografowie od dawna tworzą własne mapy osiedli ludzkich, które są dokładniejsze, globalnie spójne i swobodnie dostępne. Mapy te są oparte na niekomercyjnych danych satelitarnych i obejmują całą planetę. Pierwszy, z lat 80., miał rozdzielczość około kilometra; najnowsze wcielenie, zwane Global Urban Footprint, ma rozdzielczość 12 metrów i opiera się na danych zebranych w 2012 roku.

Te mapy mają oczywiście swoje ograniczenia. Global Urban Footprint opiera się na obrazach radarowych wykonanych przez parę niemieckich satelitów TerraSAR-X i TanDEM-X. Jednym z problemów jest to, że gęste lasy wyglądają bardzo podobnie do osiedli w danych radarowych, a warunki atmosferyczne mogą czasami zniekształcać obrazy.

Podobne wady mają mapy osiedli oparte wyłącznie na danych optycznych. Przykładowo, Global Human Settlement Layer wyprodukowana przez Wspólne Centrum Badawcze Komisji Europejskiej opiera się na 30-metrowej rozdzielczości z satelity Landsat-8. Na tych zdjęciach gołą glebę i piasek można czasem pomylić z osadami, a także mogą zostać zniekształcone lub zasłonięte przez warunki atmosferyczne.

Dlatego geografowie bardzo chcą mapy o wyższej rozdzielczości, która przezwycięży te problemy i która będzie globalnie spójna i swobodnie dostępna.

Dołącz do Mattii Marcociniego i współpracowników z Niemieckiego Centrum Aeronautycznego w Wessling, którzy odsłonili globalną mapę ludzkich osiedli, która pokazuje ślady ludzkości bardziej szczegółowo i z większą dokładnością niż kiedykolwiek wcześniej. Nazywają swoją mapę World Settlement Footprint 2015 (rok, w którym wykonano zdjęcia) i jest ona bezpłatnie dostępna na akademickiej stronie internetowej Figshare. (Zbiór danych jest ogromny!)

Naukowcy dołożyli wszelkich starań, aby zminimalizować lub wyeliminować błędy, które nękały wcześniejsze mapy. Robią to na dwa sposoby.

Po pierwsze, aby obejść zniekształcenia spowodowane ekstremalną lub niezwykłą pogodą, przeanalizowali kilka zdjęć tej samej lokalizacji wykonanych w różnych terminach, ale w docelowym okresie 2015 roku.

Następnie porównali te obrazy, opierając się na założeniu, że osiedla ludzkie zmieniają się w czasie w inny sposób niż inne elementy powierzchni, takie jak lasy, grunty rolne i tak dalej. To również łagodzi skutki ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Po drugie, przeprowadzili tę analizę na obrazach radarowych z satelity radarowego Sentinel-1 oraz na obrazach optycznych z satelity obserwacyjnego Ziemi Landsat-8. W ten sposób wady obrazów radarowych są łagodzone przez zobrazowanie optyczne i odwrotnie.

W sumie zespół przeanalizował ponad 300 000 zdjęć powierzchni Ziemi, same dane optyczne wynoszą 1,5 petabajta. Wreszcie, oba wyniki zostały odpowiednio połączone razem, mówią Marconi i współpracownicy, dodając, że po raz pierwszy przeprowadzono tego rodzaju podwójną analizę.

Oczywiście tej pracy nie mogą wykonać ludzkie oczy. Zamiast tego analizy są wykonywane automatycznie przez algorytm wizji maszynowej działający na superkomputerze w Czechach oraz przez Google za pośrednictwem swojej platformy przetwarzania w chmurze. Algorytm jest wyszkolony do wykrywania osiedli ludzkich i odróżniania ich od innych sposobów użytkowania gruntów.

Jest jeszcze jedna ważna różnica między World Settlement Footprint 2015 a poprzednimi mapami. Aby upewnić się, że klasyfikacja osiedli jest dokładna, naukowcy wykorzystali crowdsourcing, aby porównać zestaw 900 000 losowo wybranych obszarów z danymi opartymi na faktach.

Co ciekawe, dane te to zdjęcia Google Earth, których rozdzielczość waha się od 1,5 metra w przypadku optycznych zdjęć satelitarnych do zaledwie 15 centymetrów w przypadku danych lotniczych. Te komercyjne zdjęcia nie mogą być użyte do wykonania samej mapy, ponieważ są zbyt drogie.

Marconcini i współpracownicy opisują ten rodzaj walidacji jako bezprecedensowy.

Rezultatem jest mapa śladów ludzkości na całej planecie (z wyjątkiem Antarktydy) z niespotykaną dotąd dokładnością i spójnością. Jednak nadal istnieją pewne ograniczenia. Mapa ma rozdzielczość 10 metrów, co utrudnia dostrzeżenie małych konstrukcji, takich jak szopy, szopy i namioty lub domy osłonięte sporą roślinnością. Nie wyjaśnia to więc dobrze koczowników ani nikogo, kto mieszka w małym, odizolowanym mieszkaniu.

Niemniej Marconcini i współpracownicy stworzyli cenną pracę, która pomoże demografom, socjologom, ekonomistom i wielu innym badaczom lepiej zrozumieć osiedla ludzkie i ich wpływ.

Twierdzą, że osiedla ludzkie są przyczyną i konsekwencją większości zmian środowiskowych i społecznych na Ziemi. Ta praca powinna pomóc zrozumieć, jak.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1910.12707 : Przedstawienie, gdzie żyją ludzie ‒ Ślad osadnictwa na świecie 2015

ukryć