Hvor bor mennesker? Et nyt kort byder på flere detaljer end nogensinde før.

billede af et stiliseret kort Mr. Tech

Et af de vigtige mål for geografi er at vurdere den menneskelige tilstedeværelse og dens indvirkning på hele planeten. Et godt udgangspunkt er at forstå, hvor mennesker bor.

Det er lettere sagt end gjort. Den globale befolkning er omkring 7 milliarder, hvor omkring halvdelen bor i byer. Mange virksomheder har kortlagt moderne byer og mindre bebyggelser med entusiasme. Virksomheder som Google og Microsoft, og endda open-source organisationen OpenStreetMaps, har omfattende kort over mange områder af verden.

Men dette arbejde har en tendens til at fokusere på den udviklede verden, hvor potentielle profitter er størst, og på byområder, hvor koncentrationen af ​​mennesker er højest. Desuden varierer kommercielle kort i opløsning og er baseret på kommercielle billeder, der er enormt dyre at få adgang til.

Så geografer har længe lavet deres egne kort over menneskelige bosættelser, der er mere nøjagtige, globalt konsistente og frit tilgængelige. Disse kort er baseret på ikke-kommercielle satellitdata og dækker hele planeten. Den første, fra 1980'erne, havde en opløsning på omkring en kilometer; den seneste inkarnation, kaldet Global Urban Footprint, har en opløsning på 12 meter og er baseret på data indsamlet i 2012.

Disse kort har selvfølgelig deres begrænsninger. Global Urban Footprint er baseret på radarbilleder taget af et par tyske satellitter kaldet TerraSAR-X og TanDEM-X. Et problem er, at tætte skove ligner bosættelser meget i radardata, og atmosfæriske forhold kan nogle gange forvrænge billederne.

Bebyggelseskort baseret udelukkende på optiske data har lignende mangler. For eksempel er Global Human Settlement Layer produceret af Joint Research Center i Europa-Kommissionen baseret på 30 meters opløsning fra Landsat-8-satellitten. På disse billeder kan bar jord og sand nogle gange forveksles med bopladser, og de kan også blive forvrænget eller sløret af atmosfæriske forhold.

Så geografer ønsker inderligt et kort med højere opløsning, der overvinder disse problemer, og som er globalt konsistent og frit tilgængeligt.

Indtast Mattia Marconcini og kolleger på German Aerospace Center i Wessling, som har afsløret et globalt kort over menneskelig bosættelse, der viser menneskehedens fodaftryk mere detaljeret og med større nøjagtighed end nogensinde før. De kalder deres kort World Settlement Footprint 2015 (året hvor billederne blev taget), og det er frit tilgængeligt fra det akademiske datadelingswebsted Figshare. (Datasættet er enormt!)

Forskerne er gået ekstraordinært langt for at minimere eller eliminere de fejl, der har plaget tidligere kort. Det gør de på to måder.

For det første, for at komme uden om forvrængningerne forårsaget af ekstremt eller usædvanligt vejr, studerede de flere billeder af det samme sted taget på forskellige datoer, men inden for målperioden for året 2015.

De sammenlignede derefter disse billeder og arbejdede ud fra den antagelse, at menneskelige bosættelser ændrer sig over tid på en anden måde end andre overfladetræk såsom skove, landbrugsjord og så videre. Dette afbøder også virkningerne af ekstreme vejrbegivenheder.

For det andet udførte de denne analyse på radarbilleder fra Sentinel-1 radarsatellitten og på optiske billeder fra Landsat-8 jordobservationssatellitten. På denne måde afbødes manglerne ved radarbilleder af det optiske billedsprog og omvendt.

I alt har holdet analyseret over 300.000 billeder af Jordens overflade, de optiske data alene beløber sig til 1,5 petabyte. Endelig er de to udgange korrekt kombineret, siger Marconcini og kolleger og tilføjer, at det er første gang, denne form for dobbeltanalyse er blevet udført.

Selvfølgelig kan dette arbejde ikke udføres af menneskelige øjne. I stedet udføres analyserne automatisk af en machine-vision-algoritme, der kører på en supercomputer i Tjekkiet og af Google via sin cloud computing-platform. Algoritmen er trænet til at spotte menneskelige bosættelser og skelne dem fra andre arealanvendelser.

Der er en anden vigtig forskel mellem World Settlement Footprint 2015 og tidligere kort. For at sikre, at bebyggelsesklassificeringen er nøjagtig, brugte forskerne menneskelig crowdsourcing til at kontrollere et sæt af 900.000 tilfældigt udvalgte områder mod jordsandhedsdata.

Interessant nok er disse data Google Earth-billeder, som har en opløsning, der varierer fra 1,5 meter for optiske satellitbilleder til kun 15 centimeter for luftbårne data. Disse kommercielle billeder kan ikke bruges til at lave selve kortet, fordi det er for dyrt.

Marconcini og kolleger beskriver denne form for validering som hidtil uset.

Resultatet er et kort over menneskehedens fodaftryk over hele planeten (undtagen Antarktis) med hidtil uset nøjagtighed og konsistens. Der er dog stadig nogle begrænsninger. Kortet har en opløsning på 10 meter, hvilket gør det svært at få øje på små strukturer som skure, skure og telte eller boliger i læ af betydeligt løv. Så det tager ikke hensyn til nomader eller nogen, der bor i en lille, isoleret bolig.

Ikke desto mindre har Marconcini og kolleger skabt et værdifuldt arbejde, der vil hjælpe demografer, sociologer, økonomer og en række andre forskere med bedre at forstå menneskelige bosættelser og deres indvirkning.

Menneskelige bosættelser er årsagen til og konsekvensen af ​​de fleste miljømæssige og samfundsmæssige ændringer på Jorden, siger de. Dette arbejde skal hjælpe med at forstå hvordan.

Ref: arxiv.org/abs/1910.12707 : At skitsere, hvor mennesker bor - The World Settlement Footprint 2015

skjule