Var bor människor? En ny karta ger fler detaljer än någonsin tidigare.

bild av en stiliserad karta Mr. Tech

Ett av de viktiga målen för geografi är att bedöma den mänskliga närvaron och dess inverkan över hela planeten. En bra utgångspunkt är att förstå var människor bor.

Det är lättare sagt än gjort. Den globala befolkningen är omkring 7 miljarder, varav ungefär hälften bor i städer. Många företag har kartlagt moderna städer och mindre bebyggelse med entusiasm. Företag som Google och Microsoft, och till och med öppen källkodsorganisationen OpenStreetMaps, har omfattande kartor över många områden i världen.

Men detta arbete tenderar att fokusera på den utvecklade världen, där potentiella vinster är störst, och på stadsområden där koncentrationen av människor är högst. Dessutom varierar kommersiella kartor i upplösning och är baserade på kommersiella bilder som är enormt dyra att komma åt.

Så geografer har länge gjort sina egna kartor över mänskliga bosättningar som är mer exakta, globalt konsekventa och fritt tillgängliga. Dessa kartor är baserade på icke-kommersiell satellitdata och täcker hela planeten. Den första, från 1980-talet, hade en upplösning på runt en kilometer; den senaste inkarnationen, kallad Global Urban Footprint, har en upplösning på 12 meter och är baserad på data som samlades in 2012.

Dessa kartor har förstås sina begränsningar. Global Urban Footprint är baserat på radarbilder tagna av ett par tyska satelliter kallade TerraSAR-X och TanDEM-X. Ett problem är att täta skogar påminner mycket om bosättningar i radardata, och atmosfäriska förhållanden kan ibland förvränga bilderna.

Bosättningskartor baserade enbart på optiska data har liknande brister. Till exempel är Global Human Settlement Layer som produceras av Joint Research Center vid Europeiska kommissionen baserat på 30-meters upplösning från Landsat-8-satelliten. I dessa bilder kan bar jord och sand ibland förväxlas med bosättningar, och de kan också förvrängas eller skymmas av atmosfäriska förhållanden.

Så geografer vill verkligen ha en karta med högre upplösning som övervinner dessa problem och som är globalt konsekvent och fritt tillgänglig.

Gå in i Mattia Marconcini och kollegor vid German Aerospace Center i Wessling, som har avslöjat en global karta över mänsklig bosättning som visar mänsklighetens fotavtryck mer detaljerat och med större noggrannhet än någonsin tidigare. De kallar sin karta för World Settlement Footprint 2015 (året då bilderna togs), och den är fritt tillgänglig från den akademiska datadelningswebbplatsen Figshare. (Datamängden är enorm!)

Forskarna har gjort extraordinära ansträngningar för att minimera eller eliminera de fel som har plågat tidigare kartor. De gör detta på två sätt.

För det första, för att komma runt de snedvridningar som orsakas av extremt eller ovanligt väder, studerade de flera bilder av samma plats tagna på olika datum men inom målperioden för år 2015.

De jämförde sedan dessa bilder och arbetade utifrån antagandet att mänskliga bosättningar förändras över tiden på ett annat sätt än andra ytegenskaper som skogar, jordbruksmark och så vidare. Detta mildrar också effekterna av extrema väderhändelser.

För det andra utförde de denna analys på radarbilder från radarsatelliten Sentinel-1 och på optiska bilder från jordobservationssatelliten Landsat-8. På så sätt mildras radarbildernas brister av det optiska bildspråket och vice versa.

Totalt har teamet analyserat över 300 000 bilder av jordens yta, bara den optiska data uppgår till 1,5 petabyte. Slutligen är de två utgångarna korrekt kombinerade, säger Marconcini och kollegor, och tillägger att det är första gången den här typen av dubbelanalys har utförts.

Naturligtvis kan detta arbete inte utföras av mänskliga ögon. Istället utförs analyserna automatiskt av en maskinseendealgoritm som körs på en superdator i Tjeckien och av Google via dess cloud computing-plattform. Algoritmen är tränad för att upptäcka mänskliga bosättningar och särskilja dem från annan markanvändning.

Det finns en annan viktig skillnad mellan World Settlement Footprint 2015 och tidigare kartor. För att säkerställa att bosättningsklassificeringen är korrekt använde forskarna mänsklig crowdsourcing för att kontrollera en uppsättning av 900 000 slumpmässigt utvalda områden mot marksanningsdata.

Intressant nog är dessa data Google Earth-bilder, som har en upplösning som varierar från 1,5 meter, för optiska satellitbilder, till bara 15 centimeter för luftburen data. Dessa kommersiella bilder kan inte användas för att göra själva kartan eftersom den är för dyr.

Marconcini och kollegor beskriver denna typ av validering som aldrig tidigare skådad.

Resultatet är en karta över mänsklighetens fotavtryck över hela planeten (exklusive Antarktis) med oöverträffad noggrannhet och konsekvens. Det finns dock fortfarande vissa begränsningar. Kartan har en upplösning på 10 meter, vilket gör det svårt att upptäcka små strukturer som fäbodar, bodar och tält eller bostäder skyddade av betydande lövverk. Så det står inte bra för nomader eller någon som bor i en liten, isolerad bostad.

Icke desto mindre har Marconcini och kollegor skapat ett värdefullt arbete som kommer att hjälpa demografer, sociologer, ekonomer och hur många andra forskare som helst att bättre förstå mänskliga bosättningar och deras inverkan.

Mänskliga bosättningar är orsaken till och konsekvensen av de flesta miljö- och samhälleliga förändringar på jorden, säger de. Detta arbete bör hjälpa till att förstå hur.

Ref: arxiv.org/abs/1910.12707 : Att beskriva var människor bor - The World Settlement Footprint 2015

Dölj