- Časopis Quark - https://www.quark.sk -

Mapy z vesmíru

Zemský povrch pokrývajú rôzne druhy vegetácie, od lesov a močiarov po plodiny, a vodné útvary, ako aj umelé povrchy, ktoré sú čoraz častejšou črtou našej krajiny. V súčasnosti sa mapovanie zemského povrchu nezaobíde bez globálnych navigačných satelitných systémov.

Cieľom viacerých vesmírnych programov je pozorovanie a monitorovanie Zeme, aby sa mohol zmapovať rozsah ľudskej činnosti na našej planéte. Údaje z týchto programov odhaľujú nielen zmeny, ale pomáhajú nám aj lepšie pochopiť a plánovať udržateľnejšie využívanie cenných pôdnych zdrojov. Podrobné a včasné informácie o monitorovaní krajinnej pokrývky tak významnou mierou podporujú prijímania rozhodnutí od mestského plánovania, dopravných trás a zelených plôch až po presné poľnohospodárstvo a obhospodarovanie lesov.

Od CORINE po Copernicus

V roku 1985 Európska komisia schválila program CORINE (Coordination of Information on the Environment; Koordinácia informácií o životnom prostredí), ktorého cieľom bolo vytvoriť informačný systém o stave životného prostredia štátov Európskeho spoločenstva. Európa sa vtedy po prvý raz spoločne pokúsila o zmapovanie krajinnej pokrývky celej Európy. Odborníci v oblasti obhospodarovania pôdy sa spoliehali na kombináciu pozemných meraní a leteckých fotografií, ktoré často dopĺňali finančne náročné snímky s nízkym rozlíšením získané prostredníctvom malého počtu satelitov. Keďže údaje boli roztrieštené, získať porovnateľnú celoeurópsku predstavu o hrozbách pre európske pôdne zdroje bolo náročné. Dokončenie prvého mapovania trvalo 10 rokov.

Grécko

Koncom 90. rokov 20. storočia sa zrodila myšlienka programu Európskej únie pre pozorovanie Zeme Copernicus. Prvý satelit Sentinel-1A bol umiestnený na obežnú dráhu v roku 2014, pričom cieľom je umiestniť na obežnú dráhu do roku 2030 súbor takmer 20 ďalších satelitov. Program riadi Európska komisia v úzkej spolupráci s Európskou vesmírnou agentúrou (ESA) a je podporovaný členskými štátmi a rôznymi európskymi organizáciami a agentúrami. V rámci programu Copernicus sa sleduje naša planéta a jej prostredie s výsledným úžitkom pre všetkých obyvateľov Európy. Program ponúka informačné služby založené na satelitnom pozorovaní Zeme a na údajoch in situ, čiže na tvári miesta – zo zemského povrchu. Satelity na pozorovanie Zeme, ktoré poskytujú údaje využívané službami programu Copernicus, sú rozdelené do dvoch skupín misií – satelity Sentinel, ktoré sa vyvíjajú na osobitné potreby programu Copernicus, a podporné misie, ktoré prevádzkujú vnútroštátne, európske či medzinárodné organizácie a ktoré už poskytujú službám programu Copernicus množstvo údajov.

Misia Sentinel

Taliansko

Prírodné procesy, zmena podnebia a spôsob, akým využívame pôdu na obživu rastúcej populácie sú dôvodom, prečo sa krajinná pokrývka Zeme ustavične mení. Mapovanie krajinnej pokrývky je nevyhnutné nielen na monitorovanie zmien, ale podporuje aj mnohé praktické aplikácie. Generovanie týchto máp však vyžaduje spracovanie obrovského množstva satelitných údajov a určité technické vedomosti. Vďaka misii Copernicus Sentinel-2 a novým zdrojom cloud computingu sú na obzore úplne automatizované krajinné mapy s rozlíšením 10 metrov. Informácie o krajinnej pokrývke sú dôležité na mnohých úrovniach, a to od miestnej, regionálnej úrovne cez národnú až po globálnu úroveň a v rôznych časových intervaloch. Aktuálne mapy sú rozhodujúce na prijímanie informovaných rozhodnutí o politike, rozvoji a riadení zdrojov a pre disciplíny, ako sú poľnohospodárstvo, lesné hospodárstvo, vodné hospodárstvo, mestské plánovanie, ochrana životného prostredia a krízové ​​riadenie.
Dve satelitné družice Copernicus Sentinel-2 obiehajú takmer 800 km nad zemou a mapujú krajinnú pokrývku v rozlíšení 10 metrov. Každý identický satelit nesie multispektrálny zobrazovač, ktorý dokáže rozlíšiť rôzne triedy pokrytia, ako sú lesy, obrábané oblasti, trávnaté porasty, voda a umelé povrchy, napríklad cesty či budovy. Misiu možno použiť aj na stanovenie rastlinných indexov, ako je množstvo chlorofylu a vody v listoch, aby bolo možné monitorovať zmeny v zdraví rastlín a raste.

Prvá globálna mapa priemerných ročných teplôt na povrchu permafrostu s priestorovým rozlíšením 1 km pre severnú pologuľu, foto ESA

Sľubné výsledky

Aby misia Sentinel-2 poskytla ideálne obrázky na mapovanie krajinnej pokrývky, produkovanie globálnych máp, či dokonca máp jednej krajiny, je potrebné spracovať obrovské množstvo údajov z časových radov. Aby to bolo vôbec možné, projekt Sentinel-2 for Science Land Cover financovaný z ESA preskúmal nové spôsoby, ako využiť najnovšie možnosti cloud computingu a strojové učenie na automatizáciu mapovania. Prostredníctvom tohto experimentu sa skúmali a testovali rôzne metodológie v rôznych oblastiach sveta vrátane celého európskeho regiónu. Vedci použili na spracovanie satelitných snímok a pomocných údajov softvér vyvinutý Centrom vesmírneho výskumu Poľskej akadémie vied (CBK PAN).
Súčasné mapovanie krajinnej pokrývky je už technickým podnikom. Vyvinuli sme klasifikačnú metodiku, ktorá je automatizovaná, aby sa uľahčilo mapovanie krajinnej pokrývky. Náš systém je založený na snímkach Copernicus Sentinel-2, kde každá obrazová dlaždica sa klasifikuje osobitne pomocou súboru obrazov z rôznych časov. Vybrali sme prístup založený na pixeloch, aby sme zachovali rozlíšenie 10 metrov. Konečné mapy sme zhotovili na platforme s názvom CREODIAS s algoritmami a softvérom, ktorý sme vyvinuli, uviedol Stanisław Lewiński z CBK PAN.
CREODIAS je rozsiahla platforma na výpočty a ukladanie údajov, ktorá umožňuje spracovanie a zverejňovanie výsledkov rozsiahlych aktivít v oblasti analýzy údajov. Výsledkom je mapa Európy s rozlíšením 10 metrov, ktorá zobrazuje 13 tried krajinnej pokrývky.
Espen Volden z ESA poznamenal: Aj keď sme ešte v experimentálnej fáze a niektoré triedy krajinnej pokrývky nedosahujú presnosť, ktorú je možné priamo využiť, výsledky sú veľmi sľubné. Potvrdzuje sa, že plne automatizované mapovanie je na obzore a otvára cestu k oveľa častejšie aktualizovaným informáciám o krajine, ako to bolo doteraz možné.

Záchrana mokradí

Je prirodzené, že mapovanie krajinnej pokrývky v gescii ESA prekračuje Európu. Svedčia o tom aj nové mapy vygenerované v rámci projektu ESA GlobWetland Africa, ktoré zachytávajú dynamiku vôd a mokradí v Ugande, konkrétne v oblasti Jurajovho jazera (Lake George).
Mokrade patria medzi najproduktívnejšie a biologicky rozmanité ekosystémy sveta a sú bohatými rezervoármi biodiverzity – až 40 % svetových rastlinných a živočíšnych druhov žije a rozmnožuje sa v mokradiach. Okrem toho, že mokrade ukladajú viac uhlíka ako ktorýkoľvek iný ekosystém, zabezpečujú vodu, chránia nás pred povodňami či suchom, poskytujú jedlo a živobytie miliónom ľudí. Napriek tomu hodnota mokradí zostáva takmer nepovšimnutá. Od roku 1700 sa stratilo až 87 % svetových mokradí, pričom v rokoch 1970 – 2015 sa ich stratilo asi 35 %, a to sa ročná miera strát od roku 2000 zvyšuje. Mokrade v súčasnosti miznú trikrát rýchlejšie ako lesy.
GlobWetland Africa je veľký aplikačný projekt pozorovania Zeme financovaný ESA v spolupráci s africkým tímom Ramsarského dohovoru o mokradiach. Z výšky 800 km poskytujú satelity údaje a snímky mokradí. Zo získaných informácií sa potom vygenerujú mapy. Nové mapy projektu GlobWetland Africa kombinujú optické a radarové pozorovania pomocou dlhodobých súborov údajov z misií Copernicus Sentinel-1 a ​​Sentinel-2 spolu s misiou US Landsat. Tento nástroj môže pomôcť čo najlepšie monitorovať ekologický stav mokradí, a tým aj ich schopnosti podporovať biodiverzitu a poskytovať ekosystémové služby, uviedol vedúci projektu GlobWetland Africa Christian Tøttrup.

BP, foto ESA

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 5/2020. Ak ešte nie ste našou predplatiteľkou/naším predplatiteľom a chcete mať prístup k exkluzívnemu obsahu, objednajte si predplatné podľa vášho výberu tu.
Komentáre