211service.com
Hvor bor mennesker? Et nytt kart gir flere detaljer enn noen gang før.
bilde av et stilisert kart Mr. Tech
Et av de viktige målene for geografi er å vurdere den menneskelige tilstedeværelsen og dens innvirkning over hele planeten. Et godt utgangspunkt er å forstå hvor mennesker bor.
Det er lettere sagt enn gjort. Den globale befolkningen er rundt 7 milliarder, og omtrent halvparten bor i byer. Mange bedrifter har kartlagt moderne byer og mindre tettsteder med entusiasme. Selskaper som Google og Microsoft, og til og med åpen kildekode-organisasjonen OpenStreetMaps, har omfattende kart over mange områder av verden.
Men dette arbeidet har en tendens til å fokusere på den utviklede verden, der potensielle fortjenester er størst, og på urbane områder der konsentrasjonen av mennesker er høyest. Dessuten varierer kommersielle kart i oppløsning og er basert på kommersielle bilder som er enormt dyre å få tilgang til.
Så geografer har lenge laget sine egne kart over menneskelige bosetninger som er mer nøyaktige, globalt konsistente og fritt tilgjengelige. Disse kartene er basert på ikke-kommersielle satellittdata og dekker hele planeten. Den første, fra 1980-tallet, hadde en oppløsning på rundt en kilometer; den siste inkarnasjonen, kalt Global Urban Footprint, har en oppløsning på 12 meter og er basert på data samlet i 2012.
Disse kartene har selvfølgelig sine begrensninger. Global Urban Footprint er basert på radarbilder tatt av et par tyske satellitter kalt TerraSAR-X og TanDEM-X. Et problem er at tette skoger ligner veldig på bosetninger i radardata, og atmosfæriske forhold kan noen ganger forvrenge bildene.
Bosettingskart basert utelukkende på optiske data har lignende mangler. For eksempel er Global Human Settlement Layer produsert av Joint Research Centre of the European Commission basert på 30-meters oppløsning fra Landsat-8-satellitten. I disse bildene kan bar jord og sand noen ganger forveksles med bosetninger, og de kan også bli forvrengt eller skjult av atmosfæriske forhold.
Så geografer ønsker inderlig et kart med høyere oppløsning som overvinner disse problemene og som er globalt konsistent og fritt tilgjengelig.
Gå inn på Mattia Marconcini og kolleger ved German Aerospace Center i Wessling, som har avduket et globalt kart over menneskelig bosetting som viser menneskehetens fotavtrykk mer detaljert og med større nøyaktighet enn noen gang før. De kaller kartet sitt World Settlement Footprint 2015 (året bildene ble tatt), og det er fritt tilgjengelig fra det akademiske datadelingsnettstedet Figshare. (Datasettet er enormt!)
Forskerne har gått ekstraordinært langt for å minimere eller eliminere feilene som har plaget tidligere kart. De gjør dette på to måter.
For det første, for å omgå forvrengningene forårsaket av ekstremt eller uvanlig vær, studerte de flere bilder av samme sted tatt på forskjellige datoer, men innenfor målperioden for året 2015.
De sammenlignet deretter disse bildene, og arbeidet med antagelsen om at menneskelige bosetninger endres over tid på en annen måte enn andre overflateegenskaper som skog, jordbruksland og så videre. Dette reduserer også effekten av ekstreme værhendelser.
For det andre utførte de denne analysen på radarbilder fra Sentinel-1 radarsatellitten og på optiske bilder fra jordobservasjonssatellitten Landsat-8. På denne måten dempes manglene ved radarbilder av det optiske bildet og omvendt.
Totalt har teamet analysert over 300 000 bilder av jordens overflate, de optiske dataene alene utgjør 1,5 petabyte. Til slutt er de to utgangene riktig kombinert sammen, sier Marconcini og kolleger, og legger til at dette er første gang denne typen dobbeltanalyse er utført.
Selvfølgelig kan dette arbeidet ikke utføres av menneskelige øyne. I stedet utføres analysene automatisk av en maskinsynsalgoritme som kjører på en superdatamaskin i Tsjekkia og av Google via sin cloud computing-plattform. Algoritmen er opplært til å oppdage menneskelige bosetninger og skille dem fra annen arealbruk.
Det er en annen viktig forskjell mellom World Settlement Footprint 2015 og tidligere kart. For å sikre at bosettingsklassifiseringen er nøyaktig, brukte forskerne menneskelig crowddsourcing for å sjekke et sett med 900 000 tilfeldig utvalgte områder mot grunnsannhetsdata.
Interessant nok er disse dataene Google Earth-bilder, som har en oppløsning som varierer fra 1,5 meter, for optiske satellittbilder, til bare 15 centimeter for luftbårne data. Dette kommersielle bildet kan ikke brukes til å lage selve kartet fordi det er for dyrt.
Marconcini og kolleger beskriver denne typen validering som enestående.
Resultatet er et kart over menneskehetens fotavtrykk over hele planeten (unntatt Antarktis) med enestående nøyaktighet og konsistens. Det er imidlertid fortsatt noen begrensninger. Kartet har en oppløsning på 10 meter, noe som gjør det vanskelig å se små strukturer som hytter, skur og telt eller boliger skjermet av betydelig løvverk. Så det tar ikke hensyn til nomader eller noen som bor i en liten, isolert bolig.
Likevel har Marconcini og kollegene skapt et verdifullt arbeid som vil hjelpe demografer, sosiologer, økonomer og en rekke andre forskere bedre å forstå menneskelige bosetninger og deres innvirkning.
Menneskelige bosetninger er årsaken til og konsekvensen av de fleste miljø- og samfunnsendringer på jorden, sier de. Dette arbeidet skal bidra til å forstå hvordan.
Ref: arxiv.org/abs/1910.12707 : Skisserer hvor mennesker bor - The World Settlement Footprint 2015