Waar leven mensen? Een nieuwe kaart biedt meer details dan ooit tevoren.

afbeelding van een gestileerde kaart Meneer Tech

Een van de belangrijke doelen van geografie is om de menselijke aanwezigheid en de impact ervan over de hele planeet te beoordelen. Een goed uitgangspunt is om te begrijpen waar mensen leven.

Dat is makkelijker gezegd dan gedaan. De wereldbevolking telt ongeveer 7 miljard mensen, waarvan ongeveer de helft in steden. Veel bedrijven hebben met enthousiasme moderne steden en kleinere nederzettingen in kaart gebracht. Bedrijven zoals Google en Microsoft, en zelfs de open-sourceorganisatie OpenStreetMaps, hebben uitgebreide kaarten van veel delen van de wereld.

Maar dit werk concentreert zich meestal op de ontwikkelde wereld, waar de potentiële winsten het grootst zijn, en op stedelijke gebieden waar de concentratie van mensen het hoogst is. Bovendien variëren commerciële kaarten in resolutie en zijn ze gebaseerd op commerciële afbeeldingen die enorm duur zijn om te openen.

Geografen hebben dus lang hun eigen kaarten van menselijke nederzettingen gemaakt die nauwkeuriger, wereldwijd consistenter en vrij beschikbaar zijn. Deze kaarten zijn gebaseerd op niet-commerciële satellietgegevens en bestrijken de hele planeet. De eerste, uit de jaren 80, had een resolutie van ongeveer een kilometer; de meest recente incarnatie, de Global Urban Footprint genaamd, heeft een resolutie van 12 meter en is gebaseerd op gegevens die in 2012 zijn verzameld.

Deze kaarten hebben natuurlijk hun beperkingen. De Global Urban Footprint is gebaseerd op radarbeelden gemaakt door een paar Duitse satellieten genaamd TerraSAR-X en TanDEM-X. Een probleem is dat dichte bossen in radargegevens erg lijken op nederzettingen, en atmosferische omstandigheden kunnen de beelden soms vervormen.

Nederzettingskaarten die puur op optische gegevens zijn gebaseerd, vertonen vergelijkbare tekortkomingen. De Global Human Settlement Layer, geproduceerd door het Joint Research Centre van de Europese Commissie, is bijvoorbeeld gebaseerd op een resolutie van 30 meter van de Landsat-8-satelliet. In deze afbeeldingen kunnen kale grond en zand soms worden verward met nederzettingen, en ook zij kunnen worden vervormd of verduisterd door atmosferische omstandigheden.

Geografen willen dus heel graag een kaart met een hogere resolutie die deze problemen oplost en die wereldwijd consistent en vrij verkrijgbaar is.

Voer Mattia Marconcini en collega's van het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum in Wessling in, die een wereldwijde kaart van menselijke nederzettingen hebben onthuld die de voetafdruk van de mensheid gedetailleerder en nauwkeuriger dan ooit tevoren laat zien. Ze noemen hun kaart de World Settlement Footprint 2015 (het jaar waarin de afbeeldingen zijn gemaakt), en deze is gratis beschikbaar op de academische website voor het delen van gegevens, Figshare. (De dataset is enorm!)

De onderzoekers hebben buitengewoon veel moeite gedaan om de fouten die eerdere kaarten hebben geteisterd, te minimaliseren of te elimineren. Dit doen ze op twee manieren.

Ten eerste, om de vervormingen veroorzaakt door extreem of ongewoon weer te omzeilen, bestudeerden ze verschillende afbeeldingen van dezelfde locatie, genomen op verschillende data, maar binnen de doelperiode van het jaar 2015.

Vervolgens vergeleken ze deze beelden, ervan uitgaande dat menselijke nederzettingen in de loop van de tijd op een andere manier veranderen dan andere oppervlaktekenmerken zoals bossen, landbouwgrond, enzovoort. Dit verzacht ook de effecten van extreme weersomstandigheden.

Ten tweede voerden ze deze analyse uit op radarbeelden van de Sentinel-1 radarsatelliet en op optische beelden van de Landsat-8 aardobservatiesatelliet. Op deze manier worden de tekortkomingen van radarbeelden verzacht door de optische beelden en vice versa.

In totaal heeft het team meer dan 300.000 afbeeldingen van het aardoppervlak geanalyseerd, waarvan de optische gegevens alleen al 1,5 petabyte bedragen. Ten slotte worden de twee outputs goed gecombineerd, zeggen Marconcini en collega's, eraan toevoegend dat dit de eerste keer is dat dit soort dubbele analyse is uitgevoerd.

Dit werk kan natuurlijk niet door mensenogen worden gedaan. In plaats daarvan worden de analyses automatisch uitgevoerd door een machine-vision-algoritme dat draait op een supercomputer in Tsjechië en door Google via zijn cloud computing-platform. Het algoritme is getraind om menselijke nederzettingen te herkennen en te onderscheiden van ander landgebruik.

Er is nog een belangrijk verschil tussen de World Settlement Footprint 2015 en eerdere kaarten. Om ervoor te zorgen dat de classificatie van de nederzettingen juist is, gebruikten de onderzoekers menselijke crowdsourcing om een ​​reeks van 900.000 willekeurig geselecteerde gebieden te controleren aan de hand van grondwaarheidsgegevens.

Interessant is dat die gegevens Google Earth-beelden zijn, met een resolutie die varieert van 1,5 meter voor optische satellietbeelden tot slechts 15 centimeter voor gegevens vanuit de lucht. Dit commerciële beeldmateriaal kan niet worden gebruikt om de kaart zelf te maken omdat het te duur is.

Marconcini en collega's beschrijven dit soort validatie als ongekend.

Het resultaat is een kaart van de voetafdruk van de mensheid over de hele planeet (met uitzondering van Antarctica) met ongekende nauwkeurigheid en consistentie. Er zijn echter nog enkele beperkingen. De kaart heeft een resolutie van 10 meter, wat het moeilijk maakt om kleine constructies te zien, zoals hutten, schuren en tenten of woningen die beschut zijn door aanzienlijk gebladerte. Dus het is niet goed voor nomaden of iemand die in een kleine, geïsoleerde woning woont.

Desalniettemin hebben Marconcini en collega's een waardevol werk gemaakt dat demografen, sociologen, economen en een willekeurig aantal andere onderzoekers zal helpen menselijke nederzettingen en hun impact beter te begrijpen.

Menselijke nederzettingen zijn de oorzaak en het gevolg van de meeste ecologische en maatschappelijke veranderingen op aarde, zeggen ze. Dit werk zou moeten helpen begrijpen hoe.

Referentie: arxiv.org/abs/1910.12707 : Een overzicht van waar mensen leven ‒ The World Settlement Footprint 2015

zich verstoppen