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
      „W poszukiwaniu lepszego świata. 20 opowieści o postaciach nauki” to publikacja, która powstała z okazji 70-lecia Polskiej Akademii Nauk. Uciekając się do rozmaitych form literackich, współcześni pisarze przybliżają czytelnikowi losy wybitnych uczonych. Często są one burzliwe i uwikłane w historię.
      Choć bohaterowie książki reprezentują różne dziedziny nauki i żyją w różnych czasach, łączy ich pasja i dociekliwość w poznawaniu świata. Jak podkreślono w informacji prasowej PAN-u, w publikacji zaprezentowano [...] swoisty obraz historii polskiej nauki na tle historii kraju oraz międzynarodowych przemian i przełomów. Uczestnikami, a nawet czynnikami sprawczymi tych wydarzeń, były osoby opisane w książce.
      W gronie bohaterów książki spotkamy zarówno postaci ikoniczne (Mikołaja Kopernika, Marię Skłodowską-Curie czy Leszka Kołakowskiego), jak i osoby mniej rozpoznawalne czy mniej oczywiste.
      Zaproszeni przez PAN współcześni autorzy szukali odpowiedzi na pytanie, czy świat może się stać lepszy dzięki nauce.  Wykorzystali do tego wachlarz form literackich: eseje, opowiadania, zapis dyskusji rodzinnej. Pojawiły się nawet wspomnienie syna głównego bohatera i bajka. Historie stworzyli, m.in.: Łukasz Orbitowski, Sylwia Chutnik, Mikołaj Łoziński czy Joanna Bator.
      Ich [autorów] indywidualny i niepowtarzalny punkt widzenia odsłania przed czytelnikami zupełnie nieoczekiwane perspektywy, pokazując odkrycie naukowe jako część kulturowego i społecznego szerszego kontekstu. Tym samym postacie naukowców stają się mniej odległe, a ich dokonania – nawet jeśli nie do końca zrozumiałe – to jednak bliższe życiu - uważa Olga Tokarczuk.
      Za koncepcję książki odpowiadają prof. Jerzy Duszyński, prezes PAN, i redaktorka prowadząca Anna Plater-Zyberk. Autorką ilustracji jest Agata „Endo” Nowicka. Książka jest dostępna w 2 wersjach językowych: po polsku i po angielsku. Przekładu na angielski podjęły się Antonia Lloyd-Jones (która tłumaczyła m.in. książki Olgi Tokarczuk) i Eliza Marciniak. E-book w obu wersjach językowych jest dostępny na tej stronie. Wydano też limitowaną wersję drukowaną. Będzie ona dostępna jedynie jako nagroda w konkursach organizowanych przez PAN.
      Książkę będzie można poczytać w plenerze - w Alei Lipowej w Ogrodzie Botanicznym PAN w Powsinie. Każdy bohater będzie miał tu swoją ławeczkę z cytatem i kodem QR przekierowującym do elektronicznego wydania. Drzewa zostaną symbolicznie zasadzone przez autorów opowiadań podczas uroczystego otwarcia Alei 10 czerwca.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Mapa na portalu Systemu Informacji Przestrzennej Miasta Poznania ma nową funkcjonalność. Pozwala ona zobaczyć zarysy zarówno zachowanych, jak i nieistniejących już fortyfikacji z czasów zaborów.
      Przydatne narzędzie dla administracji czy projektantów
      Jak podkreślono na profilu Pracowni JB72 na Facebooku, interaktywna warstwa powstała na zlecenie Biura Miejskiego Konserwatora Zabytków. Obejmuje ona wewnętrzny pierścień fortyfikacji poligonalnych i zewnętrzny pierścień forteczny. W jej ramach na współczesnej mapie Poznania zlokalizowano obiekty już nieistniejące, [takie] jak bastiony umocnień wewnętrznych, śluzy, bramy czy pierwotne zabudowania Fortu Winiary. Nie zabrakło także dobrze znanych 18 fortów zewnętrznego pierścienia oraz ponad 200 schronów międzypolowych - wytłumaczono na stronie Poznań.pl
      Przygotowana warstwa ma stanowić przydatne narzędzie dla administracji, projektantów, planistów, inwestorów (podczas prac związanych z zagospodarowaniem i zabudową terenu) czy wreszcie pasjonatów. Warto dodać, że niezależnie od formy własności wszystkie obiekty fortyfikacyjne udostępnione na mapie są objęte ochroną konserwatorską (podlegają ochronie prawnej na mocy wpisów do Rejestru Zabytków wchodzących w skład poznańskiej twierdzy poligonalnej i fortowej).
      Ścieżka dostępu
      Jak dotrzeć do opisywanej warstwy? Najpierw powinniśmy kliknąć w przycisk Mapy. Później trzeba wejść w Konfigurację domyślną i tam rozwinąć menu, odszukując Historię i zabytki. Kolejne kliknięcia to Zabytki>Rejestr Zabytków, a na końcu należy zaznaczyć Fortyfikacje. Jeśli zaznaczymy również opcję Ortofotomapa 2021 (bieżąca)" zobaczymy zarysy fortów na tle obecnych zabudowań.
      Twierdza Poznań
      Twierdza Poznań to jeden z największych kompleksów fortyfikacji w Europie. Jej budowę rozpoczęto w 3. dekadzie XIX wieku od wzniesienia twierdzy poligonalnej, rozciągającej się wzdłuż centrum miasta. W latach 70. XIX wieku rozpoczęła się zaś budowa twierdzy fortowej, złożonej z kilku pierścieni obronnych i kilkunastu fortów. Po wybudowaniu fortów twierdza poligonalna stała się zbędna z wojskowego punktu widzenia, a że hamowała rozwój miasta, zdecydowano się na jej wyburzenie. Na przełomie XIX i XX wieku twierdzę poligonalną wyburzono, a tereny po niej uporządkowano i zagospodarowano. Natomiast twierdza fortowa jest w większości zachowana do dzisiaj.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu są kluczowymi członkami międzynarodowego konsorcjum, któremu Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) przyznała finansowanie na stworzenie koncepcji systemu nawigacji dla misji księżycowych. System taki znakomicie ułatwi zarówno badania samego Księżyca, jak i realizację planów zakładających wykorzystanie Srebrnego Globu jako etapu w załogowej misji na Marsa.
      Na Ziemi dysponujemy kilkoma satelitarnymi systemami nawigacji, w tym najpopularniejszym GPS-em. Jednak podobne systemy nie istnieją dla Księżyca. Dlatego też misja GRAIL, badająca pole grawitacyjne Srebrnego Globu, mogła świetnie zmapować jego jedną stronę, tę widoczną z Ziemi. Gdy jednak GRAIL znalazł się po przeciwnej stronie Księżyca, tracił kontakt z satelitami nawigacyjnymi, przez co jego możliwości dokładnego określania pozycji znacznie się zmniejszały.
      W ostatnich latach zarówno państwowe agencje kosmiczne, jak i firmy prywatne, coraz częściej wspominają o eksploracji satelity Ziemi. NASA chce za kilka lat wysłać pierwszą od wielu dekad załogową misję na Księżyc, planuje budowę stacji na orbicie Srebrnego Globu oraz prowadzenie prac na jego powierzchni. Zarówno pracujący tam ludzi, jak i autonomiczne urządzenia, będą potrzebowali skutecznego systemu do określania własnej pozycji.
      ESA prowadzi program Moonlight, w ramach którego badane są możliwości zapewnienia precyzyjnej nawigacji i komunikacji na całej powierzchni Księżyca. Program jest wieloetapowy, zakłada stopniowe osiągnięcie zamierzonego celu. Najpierw konieczne będzie zapewnienie możliwości pozycjonowania na orbicie transferowej Ziemia-Księżyc, następnie dla satelitów na orbicie wokół Księżyca w końcu dla podejścia do lądowania oraz operacji na powierzchni Srebrnego globu.
      Projekt zakłada, że w latach 2022–2025 wykorzystywane będą istniejące już konstelacje satelitów nawigacyjnych oraz odbiorniki księżycowe. W fazie II, przewidzianej na lata 2025–2035 na orbitę księżycową ma trafić kilka satelitów, a z powierzchni Księżyca mają być transmitowane dodatkowe sygnały. W końcu fazie III, czyli po roku 2035, ma funkcjonować pełny księżycowy system nawigacyjny.
      Polscy naukowcy, prof. Krzysztof Sośnica, dr Radosław Zajdel i dr Grzegorz Bury, biorą udział w pracach projektu ATLAS, który otrzymał właśnie od ESA finansowanie w ramach fazy II. Zadaniem ATLAS-a będzie zbadanie różnych rozwiązań technicznych dla księżycowego systemu nawigacyjnego, sprawdzenie możliwości jedno- i dwukierunkowej komunikacji pomiędzy Ziemią a satelitami oraz księżycowymi przekaźnikami i satelitami. Maj powstać też procedury transformacji pomiędzy księżycowymi, ziemskimi i niebieskimi (inercjalnymi) układami odniesienia. Członkowie projektu ATLAS będą musieli też przeprowadzić test jakości pozycjonowania zarówno na Księżycu jak i na jego orbicie.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W XIII wieku stolicą nowo powstałego imperium mongolskiego zostało Karakorum, miasto, którego początek bierze się z obozu wojskowego założonego po 1220 roku przez Czyngis-chana. W roku 1237, siedem lat po śmierci Czyngis-chana wielki chan Ugedej ogłosił Karakorum stolicą imperium. Było nią przez nieco ponad 20 lat, do czasu, aż Kubilaj-chan, późniejszy pierwszy cesarz Chin z dynastii Yuan, przeniósł stolicę do Xanadu.
      Ugedej i jego następca, Mongke, rozbudowywali Karakorum. Było stolicą i jednym z miejsc pobytu dworu. Dwa razy w roku obaj chanowie przebywali w nim przez dłuższy czas. Wiemy, że w 1235 roku w Karakorum wybudowano wspaniały pałac. A franciszkanin William z Rubruck, wysłannik króla Francji Ludwika IX, opisywał w 1254 roku Karakorum jako miasto otoczone murami o czterech bramach, które było domem dla chińskich rzemieślników, muzułmańskich kupców i jeńców z całego imperium.
      Chanowie zachęcali elity do budowania domów w pobliżu pałacu. Karakorum było celem podróży dyplomatów i kupców. Nawet po tym, jak Kubilaj-chan przeniósł stolicę, pozostało miejscem ważnym ze względów ideologicznych. Było też stolicą prowincji. W pierwszej połowie XIV wieku postało tam wiele budynków publicznych.
      Po upadku dynastii Yuan (1368) miasto przez kilkadziesiąt lat zachowało swoje znaczenie jako siedziba członków tej dynastii. Pod koniec XIV wieku było okupowane i zostało zniszczone przez wojska dynastii Ming. Wówczas też zaczęło znacznie podupadać. W roku 1586 na ruinach obszaru pałacowego wybudowano buddyjski klasztor Erdene Zuu.
      Świat cały czas o Karakorum pamiętał. W europejskich, perskich i chińskich dokumentach pisanych było wiele odniesień do niego. Jednak nie wiadomo było, gdzie się znajdowało. Odkrył je dopiero w 1889 roku rosyjski uczony Nikołaj Jadrincew. Od tamtej pory powstawały mapy miasta, ale poza pierwszą z nich, z 1892 roku, ograniczano się do mapowania obszaru wewnątrz miejskich murów oraz budynków przez wschodnią bramą. Tymczasem już zwiad lotniczy z lat 70. ubiegłego wieku pokazał, że obszar zabudowany rozciągał się daleko poza miejskie mury.
      Obecnie prace archeologiczne w Karakorum poświęcone samemu miastu i rozwojowi ośrodków miejskich na stepach prowadzi niemiecko-mongolski zespół archeologów. Naukowcy z Uniwersytetu Fryderyka Wilhelma w Bonn, Instytutu Technologii Fotonicznych im. Leibniza w Jenie oraz Instytutu Archeologii Mongolskiej Akademii Nauk przeprowadzili właśnie najbardziej szczegółowe rozpoznanie całego terenu miasta i jego okolic. Wykorzystali przy tym m.in. techniki fotografii lotniczej i metody magnetyczne, tworząc najbardziej szczegółową mapę stolicy imperium.
      Przeprowadzone właśnie badania pokazały, że mapy powstające od lat 30. ubiegłego wieku nie uwzględniają znacznych obszarów miasta, a najlepszą z map jest ta pierwsza, z 1892 roku. Potwierdzono, że obszar zalewowy rzeki Orchon w sposób naturalny wyznaczał granice miasta na północnym-zachodzie i zachodzie. Z kolei na południe od Erdene Zuu nie zauważono żadnych większych struktur wybudowanych za czasów imperium. Zdjęcia satelitarne potwierdziły, że do dzisiaj można zobaczyć część dużych platform naniesionych na mapę z 1892 roku, które w międzyczasie zostały zniszczone podczas prac polowych. Miasto rozciągało się na co najmniej 7–8 kilometrów od bramy wschodniej i nie miało ściśle wyznaczonych granic.
      Obszar otoczony murami obronnymi miał w Karakorum powierzchnię 1,33 km2, z czego zabudowane było jedynie 60%. Północna część miasta prawdopodobnie nie była na stałe zamieszkana, chociaż nie można wykluczyć, że czasowo obozowali tam ludzie. Z kolei część centralna wyróżnia się cechami charakterystycznymi dla intensywnej zaubudowy. Jest ona pokryta trawami, wskazującymi,że pod nimi znajdują się ceglane struktury. Naukowcy stweierdzli też, że poza obszarem otoczonym murami osadnictwo zajmowało powierzchnię ponad 11,8 km2. Obszar ten był znacznie słabiej zabudowany. Stałe struktury zajmowały tam około 11% obszaru, a jeśli odliczymy od tego cmentarze, odsetek ten spada do 8%. Widoczne wolne przestrzenie mogły być wykorzystywane jako obozy czasowe.
      Z relacji Williama z Rubruck wiemy o czterech bramach. Wszystko wskazuje na to, że najbardziej intensywnie używana była brama wschodnia i dwie prowadzące do niej drogi. Wzdłuż jednej z nich, prowadzącej na wschód, stały budynki. Druga zaś prowadziła na północny-wschód. Naukowcy z zaskoczeniem zauważyli kolejną drogę na wschód, która przechodziła przez mur w północno-wschodnim rogu pałacu. Prawdopodobnie była to droga służąca obszarowi pałacowemu. Po dwie drogi prowadziły też z bram północnej i zachodniej. Brama południowa nie została dotychczas odkryta.
      Autorzy podsumowują, że podczas dalszych badań Karakorum można bezpiecznie korzystać z koncepcji urbanizmu i miast imperialnych znanych z innych miejsc o niskiej gęstości zaludnienia, gdzie ludność zajmuje się głównie działalnością rolniczą. Znakiem szczególnym takich miast jest fakt, że zostały one „zaimplementowane” przez władcę w istniejącym krajobrazie, bez stałej infrastruktury, a ich stali mieszkańcy zostali przywiezieni z zagranicy. Takie miasta stanowiły obcą tkankę w lokalnej społeczności. Nie były ważne dla pasterzy-nomadów, których egzystencja nie była od miasta zależna. [...] Przypadek Mongolii jest o tyle szczególny, że nie istniały tutaj wcześniejsze miasta, na których władcy mogli by się wzorować. Tutejsze „zaimplementowane” miasta były oddzielone od lokalnego społeczeństwa pasterskiego i jego gospodarki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowa mapa ciemnej materii ujawniła istnienie nieznanych wcześniej struktur łączących galaktyki. Mapa, stworzona za pomocą technik maszynowego uczenia, pomoże w badaniach nad ciemną materią oraz w opisaniu historii i przyszłości naszego lokalnego wszechświata. Jest ona dziełem międzynarodowego zespołu naukowego.
      Jako że nie potrafimy bezpośrednio obserwować ciemnej materii, o jej rozkładzie dowiadujemy się, badając wpływ grawitacyjny, jaki wywiera na inne obiekty we wszechświecie, np. na galaktyki.
      Co interesujące, łatwiej jest badać rozkład ciemnej materii znajdującej się znacznie dalej, gdyż pokazuje to daleką przeszłość, kiedy budowa wszechświata była mniej złożona. Z czasem wielkie struktury tylko się powiększyły, stopień złożoności wszechświata wzrósł, więc znacznie trudniej jest dokonywać lokalnych pomiarów ciemnej materii, mówi jeden z autorów badań, profesor Donghui Jeong z Pennsylvania State University.
      Już wcześniej próbowano tworzyć podobne mapy rozpoczynając od modelu wczesnego wszechświata i symulując jego ewolucję przez miliardy lat. Jednak to metoda wymagająca olbrzymich mocy obliczeniowych i dotychczas nie udało się za jej pomocą stworzyć mapy na tyle szczegółowej, by można było zobaczyć nasz lokalny wszechświat.
      Autorzy najnowszych badań wykorzystali inną metodę – za pomocą maszynowego uczenia się stworzyli model, który na podstawie znanych informacji o rozkładzie i ruchu galaktyk, przewiduje rozkład ciemnej materii.
      Naukowcy zbudowali i wyćwiczyli swój model na Illustris-TNG, wielkim zestawie symulacji galaktyk, który zawiera informacje o galaktykach, gazach, innej widzialnej materii oraz ciemnej materii. Szczególnie skupiono się na strukturach podobnych do Drogi Mlecznej. W końcu udało się określić, które dane są niezbędne do poznania rozkładu ciemnej materii.
      Do tak stworzonego modelu wprowadzono prawdziwe dane o lokalnym wszechświecie pochodzące z katalogu Cosmicflow-3. Zawiera on informacje o rozkładzie i ruchu ponad 17 000 galaktyk znajdujących się w odległości 200 megaparseków od Drogi mlecznej. Na tej podstawie powstała mapa rozkładu ciemnej materii.
      Model prawidłowo odtworzył w niej Lokalną Grupę Galaktyk, Gromadę w Pannie, puste przestrzenie i inne struktury. Pokazał też struktury, o których istnieniu nie wiedzieliśmy, w tym włókna łączące galaktyki.
      Możliwość stworzenia mapy lokalnej sieci kosmicznej otwiera nowy rozdział w kosmologii. Możemy teraz badać, jak rozkład ciemnej materii ma się do innych danych, co pozwoli nam na lepsze zrozumienie ciemnej materii. Możemy też bezpośrednio badać te włókna, tworzące wielkie pomocy pomiędzy galaktykami, mówi Jeong.
      Uczeni sądzą, że dodając informacje o mniejszych galaktykach, będą mogli poprawić rozdzielczość mapy. Bardzo więc liczą na dane z Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...