Gli insediamenti umani sono la causa e la conseguenza della maggior parte dei cambiamenti ambientali e sociali sulla Terra. Il progetto World Settlement Footprint li localizza con una precisione senza precedenti.
di Emerging Technology di arXiv
Uno degli obiettivi principali della geografia è valutare l’impatto della presenza umana sul pianeta. Un buon punto di partenza è individuare dove gli esseri umani vivano.
La popolazione umana globale si aggira attorno ai 7 miliardi, metà dei quali insediati in centri urbani. Molte aziende, come Google, Microsoft o l’organizzazione open source OpenStreetMaps, hanno mappato svariate aree del mondo, concentrandosi però soprattutto sui paesi sviluppati, economicamente più promettenti, e sulle aree urbane, dove la concentrazione di persone è più alta. Inoltre, le mappe commerciali variano nella risoluzione e usano immagini commerciali a cui è estremamente costoso accedere.
La geografia ha creato mappe degli insediamenti più accurate, coerenti a livello internazionale e gratuite. Le mappe più recenti si basano su dati satellitari non commerciali e coprono l’intero pianeta. Le prime, degli anni ’80, avevano una risoluzione di circa un chilometro, mentre la più recente, chiamata Global Urban Footprint, ha una risoluzione di 12 metri ed è stata creata utilizzando dati raccolti nel 2012.
Anche queste ultime mappe non sono perfette, ovviamente. Le immagini radar utilizzate per il Global Urban Footprint, sono state ottenute da una coppia di satelliti tedeschi chiamati TerraSAR-X e TanDEM-X, i cui sensori faticano a distinguere fitte foreste da insediamenti umani e possono venire confusi dalle condizioni atmosferiche.
Le mappe degli insediamenti umani basate esclusivamente su dati ottici hanno limiti simili. Ad esempio, il Global Human Settlement Layer realizzato dal Joint Research Centre della Commissione Europea ha una risoluzione di 30 metri, ottenuta dal satellite Landsat-8. In questo caso, possono essere confusi con insediamenti umani il terreno nudo e la sabbia. Le condizioni rimangono un possibile problema.
Mattia Marconcini e colleghi, del Centro Aerospaziale tedesco di Wessling, hanno ora pubblicato una mappa globale degli insediamenti umani più dettagliata e precisa che mai. Hanno denominato la loro mappa World Settlement Footprint 2015 (l’anno in cui sono state scattate le immagini), ed è disponibile gratuitamente sul sito Figshare.
Per ridurre o eliminare gli errori delle mappe precedenti, i ricercatori sono partiti dallo studio di diverse immagini della stessa posizione scattate in date differenti del 2015. Nel mettere a confronto le immagini, hanno preso in considerazione il fatto che gli insediamenti umani cambiano nel tempo in maniera diversa da altre caratteristiche della superficie del pianeta come foreste, terreni agricoli e così via. Il confronto tra le immagini ha anche permesso loro di mitigare gli effetti di eventi meteorologici estremi o inusuali.
Per minimizzare ulteriormente possibili errori, i ricercatori hanno condotto la stessa analisi sulle immagini radar ottenute dal satellite radar Sentinel-1 e sulle immagini ottiche del satellite del Landsat-8,per compensare le imperfezioni delle immagini radar con le immagini ottiche e viceversa. In totale, il team ha analizzato più di 300.000 immagini della superficie terrestre, pari a 1,5 petabyte di soli dati ottici.
L’analisi delle immagini è stata eseguita automaticamente da un algoritmo di visione artificiale su di un supercomputer nella Repubblica Ceca e dalla piattaforma di cloud computing della Google. L’algoritmo è specializzato nel distinguere insediamenti umani da altri utilizzi del suolo. La nuova mappa è anche la prima che sia mai stata realizzata verificando 900.000 aree grazie al crowdsourcing umano per garantirne l’accuratezza. Il risultato è una mappa della distribuzione della presenza umana sull’intero pianeta (Antartide escluso) con una precisione e coerenza senza precedenti.
Il limite ancora da correggere nella nuova mappa è una risoluzione di 10 metri che rende difficile individuare piccole strutture come baracche, tettoie e tende o abitazioni riparate da fogliame. Non è quindi in grado di verificare la presenza di nomadi o di abitazioni isolate.
La mappa di Marconcini e colleghi sarà estremamente utile alla ricerca sugli insediamenti umani e sulla loro relazione con l’ambiente. “Gli insediamenti umani sono la causa e la conseguenza della maggior parte dei cambiamenti ambientali e sociali sulla Terra”, affermano i ricercatori.
Immagine: Mr. Tech
