Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Centrum Badań Kosmicznych PAN opracowało nową metodę tworzenia map

Recommended Posts

Naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN opracowali metodę automatycznego i szybkiego tworzenia szczegółowych map pokrycia terenu w skali całego świata. Prototyp mapy, na razie obejmującej tylko Europę, powstał na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Mapa przedstawia stan pokrycia terenu w Europie w roku 2017 i uwzględnia 13 najistotniejszych klas, w tym obszary rolnicze, lasy (osobno liściaste i iglaste), tereny zbudowane, bagna, torfowiska. Do jej opracowania wykorzystano aż 15 tysięcy zdjęć z satelitów Sentinel-2. Najmniejsze rozróżnialne szczegóły mapy mają rozmiar 10 metrów, co oznacza, że dane są aż 2,5 tysiąca razy bardziej szczegółowe niż najpowszechniej stosowana dotąd mapa tego rodzaju (CORINE). Dzięki zastosowaniu w pełni automatycznych algorytmów produkcja nowej mapy zajęła jedynie 6 tygodni.

Metodę klasyfikacji pokrycia terenu, która pozwoliła na tak duży postęp, opracowali naukowcy z Zakładu Obserwacji Ziemi w Centrum Badań Kosmicznych PAN. W swojej pracy wykorzystali podejście nazywane „uczeniem maszynowym”: badacze wskazują dane referencyjne dla algorytmu, na podstawie których komputer sam uczy się rozpoznawać zadany typ pokrycia terenu w dowolnym miejscu na świecie. Naukowcy przetestowali swoją metodę w Chinach, Kolumbii, Namibii, Niemczech i Włoszech, po czym użyli jej do wygenerowania nowej mapy pokrycia terenu w Europie.

Największym wyzwaniem przy opracowaniu algorytmu okazało się znalezienie odpowiednich danych referencyjnych. Z reguły takie dane muszą być równie szczegółowe jak powstająca w oparciu o nie mapa. Tymczasem globalne bazy danych oferowały informacje kilkadziesiąt razy mniej precyzyjne w stosunku do oczekiwań. Aby jak najbardziej zmniejszyć ryzyko stosowania danych o większej niepewności, naukowcy z CBK PAN zaproponowali innowacyjne podejście analityczne, które finalnie pozwoliło osiągnąć dokładność klasyfikacji pokrycia terenu sięgającą aż 86%-89% w skali Europy (93% dla Polski).

Do sukcesu przedsięwzięcia przyczyniła się także specyfika wykorzystanych danych satelitarnych. Pochodziły one z pary europejskich satelitów Sentinel-2, wystrzelonych w ramach programu Copernicus. Pracując w tandemie, satelity pokrywają swoim zasięgiem obszar Europy co 5 dni (około 70 razy w ciągu roku). Dzięki temu polscy naukowcy mogli klasyfikować pokrycie terenu w dowolnym obszarze kontynentu w oparciu aż o średnio 20 najlepszych zobrazowań z roku. Agregacja takiej serii obserwacji umożliwiła nie tylko realizację celu w postaci wysokiej dokładności końcowej mapy, ale także pomogła uporać się z największym problemem zdjęć optycznych – zachmurzeniem.

Prace nad mapą i algorytmem klasyfikacji pokrycia terenu prowadzone były w ramach trzyletniego projektu Sentinel-2 Global Land Cover (S2GLC), finansowanego przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Centrum Badań Kosmicznych PAN (lider projektu; autor algorytmu i oprogramowania do klasyfikacji danych) współpracowało z partnerami z Niemiec (firmami IABG, EOEXPLOR i Uniwersytetem w Jenie) oraz firmą CloudFerro - operatorem platformy CREODIAS. Infrastruktura informatyczna CREODIAS została wykorzystana do przetworzenia kilkunastu tysięcy zdjęć satelitarnych.

Cyfrowe, satelitarne mapy pokrycia terenu stanowią nowoczesny odpowiednik papierowych map tematycznych. Dzięki cyfrowej naturze pozwalają w łatwy i szybki sposób dokonywać różnych analiz środowiskowych – CBK PAN współpracuje na tym polu m.in. z Głównym Urzędem Statystycznym. Satelity konstelacji Sentinel są odpowiedzią na potrzebę opracowania m.in. baz danych o pokryciu terenu charakteryzujących się większą dokładnością, większą szczegółowością i częstszą aktualizacją (coroczną). Ze względu na dużą ilość danych konieczne jest tworzenie algorytmów automatyzujących proces przetwarzania informacji satelitarnych. Badania realizowane w CBK PAN wpasowują się w ten globalny trend.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Żyjące w glebie skąposzczety, np. dżdżownice, to jedne z najważniejszych, a jednocześnie najmniej zauważanych, zwierząt na Ziemi. Spulchniają one i użyźniają glebę, prowadzą recykling składników odżywczych, dzięki nim woda i powietrze mogą sięgać większych głębokości. Bez pierścienic gleba byłaby w znacznie gorszym stanie, a jej produktywność by spadła.
      Teraz po raz pierwszy w historii stworzono mapę występowania tych zwierząt. W pracach brało udział ponad 140 naukowców, którzy w 6900 miejscach na świecie sprawdzili glebę i skatalogowali w niej setki gatunków.
      Mamy tutaj pierwszy globalny obraz występowania jednej z najważniejszych grup zwierząt, mówi Stefan Scheu z Uniwersytetu w Gottingen. Uczony, który nie brał udziału w badaniach, mówi, że dzięki tej wiedzy możliwe będzie opracowanie planu ochrony ekosystemu z uwzględnieniem zwierząt żyjących zarówno w gruncie jak i ponad nim.
      Już w XIX wieku naukowcy skatalogowali wiele zwierząt i roślin żyjących na Ziemi. Jednak nie dotyczyło to organizmów żyjących w glebie. Przez długi czas nie wiedzieliśmy, gdzie i jakie gatunki żyją, mówi ekolog gleby, Noah Fierer z University of Colorado w Boulder.
      Stworzenie mapy skąposzczetów zamieszkujących glebę do pomysł Helen Philips i jej kolegów z Niemieckiego Centrum Badań nad Bioróżnorodnością w Lipsku. Skontaktowali się oni ze specjalistami w tej dziedzinie i poprosili o przesłanie danych. Odpowiedziało 141 naukowców, którzy dostarczyli danych z ponad 6900 miejsc w 57 krajach. Dostaliśmy trzykrotnie więcej danych niż się spodziewałam, mówi Philips.
      Do tworzenia mapy wykorzystano modelowanie komputerowe i tutaj naukowców czekało spore zaskoczenie. Okazało się bowiem, że czynnikiem decydującym o tym, jak dobrze radzi sobie populacja skąposzczetów w glebie są temperatury i opady, a nie – jak sądzono – rodzaj gleby. Uczonych zaskoczyło, jak mały wpływ na populację miała gleba, w której zwierzęta żyją. Badania pokazują, że zmiany klimatu będą miały poważne konsekwencje również dla zwierząt żyjących pod ziemią.
      Zaskakujący był też rozkład gatunków. O ile flora i fauna na powierzchni naszej planety wykazuje największe zróżnicowanie w tropikach, to – przynajmniej w skali lokalnej – życie podziemne wygląda inaczej. Gleby Europy, północno-wschodnich USA, południowego krańca Ameryki Południowej oraz południowe regiony Nowej Zelandii i Australii mają na danym obszarze więcej gatunków podziemnych skąposzczetów niż tropiki. Występuje tam też więcej osobników. Modelowanie wykazało, że na każdy metr kwadratowy gleby w strefach umiarkowanych przypada do 150 takich organizmów, a w tropikach jest to zaledwie 5 sztuk.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astri Polska dostarczyła urządzenie dla misji badawczej Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), której celem będzie zbadanie Jowisza i jego lodowych księżyców. Urządzenie będzie miało istotne znaczenie dla powodzenia tej misji i jest najbardziej zaawansowanym technicznie produktem opracowanym przez warszawską firmę.
      JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) to misja badawcza Europejskiej Agencji Kosmicznej, która ma za zadanie przeprowadzić badania Jowisza i jego trzech lodowych księżyców. Start sondy planowany jest na rok 2022. Urządzenie dostarczane przez Astri Polska zostanie podłączone do sondy i umożliwi przetestowanie jej systemów elektronicznych, przed wysłaniem w przestrzeń kosmiczną. Jest to ważny etap każdego programu kosmicznego, ponieważ po rozpoczęciu misji inżynierowie nie mają już możliwości dokonania modyfikacji systemów urządzenia umieszczonego na orbicie. Docelowo, warszawska firma przekaże dla misji JUICE jeszcze jedno urządzenie tego typu oraz cyfrowe środowisko testowe, które pozwoli na przetestowanie oprogramowania obsługującego komputer pokładowy sondy.
      Przekazanie urządzenia dla misji JUICE jest ważnym wydarzeniem dla Astri Polska. Cieszymy się, że nasz produkt spełnił rygorystyczne wymagania i odegra istotną rolę we flagowym programie Europejskiej Agencji Kosmicznej. Warto podkreślić, że od strony technicznej, urządzenie dla misji JUICE, jest najbardziej zaawansowanym produktem spośród wszystkich, które dostarczyliśmy dotychczas dla europejskich programów kosmicznych  – powiedziała Iuliia Strotska, Business Development Manager w Astri Polska.
      Astri Polska jest liderem polskiego sektora kosmicznego pod względem współpracy przemysłowej z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA), dla której tylko w tym roku dostarczy aż 10 gotowych produktów. Będą to m.in.: systemy elektroniczne dla satelitów meteorologicznych, telekomunikacyjnych i środowiska testowe dla odbiorników nawigacji satelitarnej GNSS przeznaczonych do zastosowań kosmicznych. W nadchodzącym roku, firma planuje dalszy wzrost zaangażowania w projekty ESA. W tym celu firma zamierza zaproponować ESA autorską koncepcję innowacyjnej platformy do testowania satelitów.
      Opracowanie modułowego systemu do testowania satelitów będzie kolejnym krokiem milowym Astri Polska. Zakładamy, że dzięki jego uniwersalności będziemy mogli wpłynąć na obniżenie kosztów związanych z realizacją programów kosmicznych, co da nam dużą przewagę konkurencyjną na rynku w tej dziedzinie – powiedziała Strotska.
      Astri Polska specjalizuje się w projektowaniu i produkcji urządzeń dla wiodących europejskich programów kosmicznych oraz projektowaniu dedykowanych usług i aplikacji w oparciu o dane pochodzące z satelitów. Od powstania w 2010 r. firma zaangażowana była w ok. 50 projektów związanych z rozwojem technologii kosmicznych i satelitarnych. W chwili obecnej, firma realizuje ok. 20 projektów, zatrudniając 80 polskich inżynierów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jutro wystartuje misja BepiColombo, której zadaniem jest zobrazowanie Merkurego w niespotykany dotychczas sposób. Merkury to wyjątkowy obiekt. To najmniejsza planeta Układu Słonecznego. W południe temperatury na niej sięgają 425 stopni Celsjusza, by przed świtem spaść do -180 stopni. Ma on też orbitę o wyjątkowo dużym mimośródzie. Jej peryhelium znajduje się w odległości 46 milionów, a aphelion – 70 milionów kilometrów od Słońca.
      Merkury znajduje się blisko Ziemi, jednak trudno jest się doń dostać. Dotychczas odwiedziły go jedynie 2 pojazdy wysłane z naszej planety.
      Międzynarodową misję BepiColombo nazwano tak na cześć włoskiego naukowca, matematyka i inżyniera Giuseppe „Bepi” Colombo. Opisał on ja, korzystając z asysty grawitacyjnej Wenus, można dostać się do Merkurego. NASA z powodzeniem przetestowała jego pomysły wysyłając pojazd Mariner 10. Przeleciał on blisko Merkurego dwukrotnie w 1974 roku i raz w 1975, dostarczając pierwszych zdjęć tej planety. Na zdjęciach było widać m.in. niziny, które mogły uformować się albo wskutek działalności wulkanicznej, albo powstać w wyniku uderzenia w Merkurego dużego obiektu i pojawienia się roztopionego materiału. Następca Merkurego, pojazd Messenger, wysłany przez NASA w 2004 roku, dostarczył dowodów na działalność wulkaniczną.
      Mariner 10 i Messenger ujawniły wiele fascynujących informacji o Merkurym, jednak jeszcze więcej pozostało do zbadania. Tutaj na scenę wchodzi BepiColombo.
      Początkowo Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) planowała wysłanie trzech pojazdów. Miały to być Mercury Planetery Orbiter (MPO), Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), które badałyby planetę z góry, oraz Mercury Sufrace Element (MSE), któy miał trafić na powierzchnię i przetrwać tam tydzień, prowadząc badania.
      Z powodu problemów budżetowych zrezygnowano z lądownika. Powstały za to MPO i MMO.
      Na pokładzie MPO znajduje się 11 instrumentów naukowych będących dziełem 35 zespołów ze Szwajcarii, Niemiec, Włoch, Wielkiej Brytani, Rosji, Finlandii, Szwecji, Austrii, Francji i USA. BepiColombo Laser Altimeter (BELA) i Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System (SIMBIO-SYS) stworzą mapę geologiczną, zbadają skład powierzchni planety i określą jej wiek. Wraz z Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer (MERTIS), Mercury Gamma-Ray and Neutron Spectrometer (MGNS) i Mercury Imaging X-Ray Spectrometer (MIXS) zidentyfikują kluczowe pierwiastki wchodzące w skład skał, zmierzą średnie temperatury na powierzchni i pozwolą na zweryfikowanie obecnych teorii na temat powstania i ewolucji planety. Instrumenty te poszukają złóż lodu, określą wpływ wulkanizmu na planetę oraz przeanalizują lotne związki z wysokich części atmosfery.
      Za analizę składu, struktury i sposobu formowania się eksosfery Merkurego będą odpowiedzialne BepiColombo’s Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy (PHEBUS) id Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances (SERENA). Z kolei Solar Intensity X-Ray and Particles Spectrometer (SIXS) zbada wpływ wiatru słonecznego na erozję powierzchni planety. Zadaniem Italian Spring Accelerometer (ISA) and Mercury Orbiter Radioscience Experiment (MORE) jest zaś zbadanie pola grawitacyjnego planety i zrozumienie budowy jej jądra, płaszcza i skorupy. Na pokładzie MMO znajduje się też jedna część Mercury Magnetometer (MERMAG), który będzie badał pole magnetyczne.
      Druga część MERMAG znajduje się na zbudowanym przez Japońską Agencję Kosmiczną (JAXA) pojeździe MMO, którego nazwę zmieniono ostatnio na Mio. Mio ma na pokładzie pięć instrumentów. Poza MERMAG są to Mercury Sodium Atmosphere Spectral Imager (MSASI), który zbada sód w atmosferze, Mercury Dust Monitor (MDM), odpowiedzialny za monitorowanie pyłu i jego wpływu na powierzchnię. Mercury Plasma Particle Experiment (MPPE) będzie badał interakcję pola magnetycznego planety z wiatrem słonecznym, a Plasma Wave Investigation (PWI) jest odpowiedzialny za badanie pól elektrycznych, magnetycznych, poszukiwanie zórz i pasów radiacyjnych.
      Podróż BepiColombo do Merkurego potrwa 7 lat. Misja zostanie wystrzelona z Gujany Francuskiej na pokładzie rakiety Ariane 5, a sześciotygodniowe okienko startowe otwiera się dzisiaj. Po odłączeniu się od rakiety nośnej pojazd będzie napędzany przez brytyjski Mercury Transport Module (MTM), który składa się z czterech silników jonowo-ksenonowych, 24 silników chemicznych i dwóch paneli słonecznych. Podróż do Merkurego wymaga, ze względu na duże oddziaływanie grawitacyjne Słońca, więcej energii niż opuszczenie Układu Słonecznego. Ponadto prędkość orbitalna Merkurego jest o 60% większa od prędkości Ziemi, przez co konieczne są znaczne zmiany prędkości BepiColombo i związane z tym zużycie dużej ilości paliwa.
      Początkowo BepiColombo wejdzie na orbitę podobną do orbity ziemskiej. Wykona 1,5 orbity wokół Słońca, a w kwietniu 2020 roku powróci w pobliże Ziemi i skorzysta z asysty grawitacyjnej naszej planety. W październiku 2020 i sierpniu 2021 zliży się do Wenus, dzięki czemu zmniejszy swój peryhelium do podobnego jaki ma Merkury. Manewry będą tak wymagające, że zużyje na nie połowę paliwa. Pomiędzy październikiem 2021 a styczniem 2025 BepiColombo wykona sześć przelotów w pobliżu Merkurego. W końcu w grudniu 2025 roku wejdzie na orbitę okołobiegunową.
      Po oddzieleniu się MTM dojdzie do oddzielania się Mio, a trzy miesiące później oba pojazdy rozpoczną badania naukowe. MPO zajmie orbitę, której wysokość nad powierzchnią planety będzie wahała się od 480 do 1500 kilometrów. Okrążenie orbity będzie trwało 2,3 godziny. Mio wejdzie na wysoce eliptyczną orbitę przebiegającą w odległości od 590 do 11 640 kilometrów od powierzchni planety. Będzie ją przebywał w ciągu 9,3 godziny.
      Misja BepiColombo ma potrwać do maja 2027 roku, ale jest wysoce prawdopodobne, że zostanie wydłużona o co najmniej rok.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy planują badania, które wyjaśnią dziwną chorobę występującą u wszystkich osób przebywających na Księżycu. Harrison Schmitt, Amerykanin, który jako 12. stanął na Srebrnym Globie, nazwał ją księżycowym "katarem siennym". Objawy, takie jak kichanie i zatkany nos, utrzymują się czasem przez kilka dni.
      Jak na razie pytań jest więcej niż odpowiedzi. Mimo że badania pokazywały, że przy długiej ekspozycji symulowana gleba księżycowa może uszkadzać komórki płuc i mózgu, nadal nie wiemy, jak bardzo niebezpieczny jest ten pył - podkreśla Kim Prisk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, który jest jednym z 12 naukowców z zespołu Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Z myślą o przyszłych misjach, kwestię tę trzeba dokładnie zbadać.
      Pył księżycowy jest wysoce ścierny; niszczy np. warstwy obuwia astronautów. W glebie księżycowej występują krzemiany, a skądinąd wiadomo, że w wyniku wdychania pyłu krzemionki krystalicznej górnicy na Ziemi cierpią na tzw. pylicę krzemową (silicosis).
      Ponieważ grawitacja na Księżycu to tylko 1/6 przyciągania ziemskiego, drobne cząstki są dłużej zawieszone i mogą głębiej penetrować płuca. Cząstki 50-krotnie mniejsze od [średnicy] ludzkiego włosa mogą miesiącami "wałęsać się" po płucach. Im dłużej tam przebywają, tym większe ryzyko toksycznego oddziaływania - tłumaczy Prisk.
      Księżycowy pył jest nie tylko ostry/niewygładzony przez erozję, ale i naładowany elektrostatycznie (dzieje się tak przez cienką atmosferę i stałe oddziaływanie promieniowania słonecznego). Wskutek tego pył unosi się nad powierzchnią, co zwiększa prawdopodobieństwo, że dostanie się do ekwipunku i ludzkich płuc.
      By przetestować sprzęt i zachowanie pyłu księżycowego, ESA wykorzysta symulowany pył księżycowy w postaci próbek pozyskanych z regionu wulkanicznego w Niemczech. Uzyskanie "godnego naśladowcy" nie jest jednak wcale łatwe. Musimy zemleć materiał źródłowy, a to oznacza, że usuniemy ostre krawędzie - wyjaśnia Erin Tranfield, biolog i ekspertka od toksyczności pyłu.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...