Değişen siyah mermerimizi takip ediyoruz

Güneş battığında ve ışıklar yandığında – ya da yanmadığında – gece gökyüzünden uydu tarafından çok sayıda veri toplanabilir ve yüzeyde meydana gelen dinamik insan faaliyetleri hakkında fikir verir.

Uzaktan algılama ile arazi kullanımı değişiklikleri, kentsel gelişim ve orman yönetimi gibi şeyler gün ışığında güvenilir ve doğru bir şekilde ölçülebilir. Geceleri, farklı türde veriler toplayabiliriz. Bunu yapmanın bir yolu, her gece gökyüzünü tarayan ve tatil ışıklarından 12.000 lümenlik tek bir el fenerine kadar, uzaydan Dünya yüzeyindeki her türlü ışığı algılayacak kadar güçlü bir ürün paketi olan NASA’nın Siyah Mermeri ile.

Ancak, Doğal Kaynaklar Departmanı ve Çevre Yardımcı Doçent ve Küresel Çevresel Uzaktan Algılama (GERS) Laboratuvarı Direktörü Zhe Zhu, geceleri toplanan verilerin analiz edilmesinin zor olabileceğini söylüyor. Gece uydu verilerinin birçok faktörden etkilenebileceğini ve bunun da iyi kalibre edilmiş NASA Black Marble verileri için bile büyük ölçüde zamansal varyasyona yol açabileceğini açıklıyor.

Zhu, “Verilerin zaman serisine ilk baktığımda, kullanmanın neredeyse imkansız olduğunu hissettim” diyor.

Zhu ve NRE Ph.D. dahil olmak üzere GERS’ten bir araştırmacı ekibi. Öğrenci Tian Li, NASA ve Maryland Üniversitesi Dünya Sistem Bilimi Disiplinlerarası Merkezi’nden araştırmacılarla birlikte, günlük küresel orta çözünürlüklü gece ışık değişim haritaları sağlayabilen bir yöntem geliştirdi. Sonuçlar dergide yayınlandı Çevrenin Uzaktan Algılanması.

Siyah Mermer zaten dış gürültüyü epeyce azaltmış olsa da, Zhu ve Li dalgalanmaları daha da azaltmanın ve verileri daha da iyi hale getirmenin bir yolunu aradı.

Sensörlere ulaşan sinyalde birçok faktör zamansal değişime neden olur. Zhu, sensörlerin ayın evreleri boyunca ne kadar aydınlatma aldığını ve gece gökyüzündeki hareketini etkileyen ay ışığı örneğini veriyor. Binalar, ağaçlar veya diğer yapılar gibi bazı nesneler ay ışığının yansımasını bozabilir. Atmosferik koşullar, aerosoller veya pus gibi şeylerle birlikte daha fazla sinyal sapmalarına neden olabilir.

Zhu, günlük dalgalanmaların görüş yönü ve yapay aydınlatma kaynağından da kaynaklanabileceğini fark ettiklerini söylüyor; örneğin, uydu yüksek bir binaya doğrudan tepeden bakıyorsa, pencerelerden ışık yayılımını göremeyebilir veya daha kırsal alanlarda, yanlardan görüşü engelleyen ağaçlar olabilir.

Zhu, bu engellerin bazılarının üstesinden gelmek için bina yüksekliğini hesaba katmak için üç boyutlu dijital modellerin veya bu aydınlatma farklılıklarının etkisini tahmin etmek için etrafta ağaçlar varsa dahil edilebileceğini, ancak her şeyi hesaba katmanın neredeyse imkansız olacağını söylüyor. her bir ağacın veya binanın yüksekliği. Bunun yerine Li, tek tek pikseller için birden fazla görüş açısı ekleyerek, bunları gruplar halinde düzenleyerek ve ardından gözlemleri arada bir yere dayandırarak farklı bir yol buldu.

Zhu, “Tian bunun için birkaç yıl harcadı ve bu veri varyasyonunu önemli ölçüde azaltmanın bir yolunu buldu” diyor. “VZA-COLD adlı bir algoritma oluşturduk ve bu algoritma, Zirve Başını Görüntüleme, tabakalı Arazi Bozukluğunun Sürekli İzlemesi anlamına geliyor.”

“Tüm gece ışığı verisi zaman serilerini ve farklı görüntüleme başucu açısı aralıklarının veri alt kümelerini tanımlamak için farklı model setleri uyguladık. Bu şekilde, üç boyutlu verilere ihtiyaç duymadan görüntüleme yönü ve yerel geometri varyasyonlarını azalttık. görüş açısı aralığı modellerinden herhangi biri tarafından tahmin edilirse değişiklik yakalanacaktır.” diyor Li.

VZA-COLD ile araştırmacılar, insan faaliyetlerini ve davranış değişikliklerini küresel ölçekte sürekli olarak izlemek için Siyah Mermer verilerini kullanabilirler. Zhu, bunun sinyaldeki varyasyonu büyük ölçüde azalttığını ve her grup içindeki değişimi yüksek doğrulukla ve zamanında tespit edebildiklerini söylüyor.

Araştırmacılar değişim zamanını, değişim büyüklüğünü ve değişim yönünü elde edebilirler. Zhu, bunun önemli olduğunu, çünkü belirli bir görüş açısında değişimin görünmeyebileceğini, ancak başka bir görüş açısı aralığında görülebileceğini söylüyor.

“Bu, bilgiyi faydalı kılar, zamansal değişim sorununu çözer ve yapay ışıklar için ekstra açısal değişim bilgisi sağlar.”

Geçmişte araştırmacılar, bileşik veri kümeleri oluşturmak için tipik olarak bir aylık veriyi analiz ederdi. Bu analiz sınırlıdır ve kısa süreli gece ışığı değişikliklerinin doğru tespitini sağlayamaz. Örneğin, son kasırgalarla, Black Marble artık gece ışığı değişikliklerini meydana geldikçe izleyebiliyor ve fırtına geçtikten hemen sonra elektrik kesintilerinin nerede olduğunu hızla belirleyebiliyor.

Diğer uygulamalar, neredeyse gerçek zamanlı bilgilerin insani yardım çabalarına yardımcı olabileceği Ukrayna ve Suriye’dekiler gibi savaşların izlenmesine kadar uzanmaktadır.

Kentleşme süreçlerini, göçü, elektrik şebekesi değişimlerini, gaz patlamalarını, yasadışı balıkçılık operasyonlarını, orman yangınlarını ve hatta LED ışıklarına geçişi izlemek, bu teknolojinin izlemek için kullanılabilecek diğer uygulamalardır. Zhu’nun işaret ettiği gibi, insan faaliyetleri enerjiyi nasıl kullandığımızla çok yakından bağlantılı olduğundan, olasılıklar çok geniştir ve bu kaçınılmaz olarak uydu tarafından ölçülen gece ışıklarında görünecektir.

Zhu, gece ışık değişiminin, insanların halka açık toplantılar ve tatiller gibi faaliyetleri ve davranışları hakkında gündüz gözlemlerinden farklı bilgiler sağlayabileceğini söylüyor. Alıntı yaptığı bir örnek, Güney Kore, Seul’deki Olimpiyat stadyumu.

“Binanın ne zaman yapılmaya başlandığını ve çatının ne zaman tamamlandığını, olimpiyatlardan sonra daha az kullanıldığını görebiliriz” diyor. “Bu, gündüz izleyemediğimiz inşaat faaliyeti aşamalarındaki ve kullanım faaliyetindeki geçişlere bir örnek. Bunun birçok şey için oyunun kurallarını değiştireceğini düşünüyorum.”

Li, “Geçtiğimiz on yılda geceleri insan yapımı ışık değişikliklerinin tüm bu farklı türlerinin modellerini görmekten heyecan duyuyoruz, bu bize dünya üzerindeki insan-çevre sistemini anlamak için eşsiz fırsatlar sunuyor” diyor.

“Şu anda 2023’te piyasaya sürülecek olan bu algoritmayı kullanarak küresel bir ürün oluşturmak için NASA ile birlikte çalışıyoruz. Her Dünya’nın kara yüzeyi konumu için yıllık olarak güncellenecek. küresel ürün” diyor Zhu.