Από τις Μετρήσεις στους Χάρτες

Κάθε δορυφορική εικόνα που βλέπετε είναι θεμελιωδώς ένας πίνακας αριθμητικών μετρήσεων. Προτού μια εναέρια σκηνή μοιάσει με ποτάμι, κύκλο καλλιέργειας ή ηφαιστειακή καλντέρα, υπάρχει ως κβαντισμένες ψηφιακές τιμές που καταγράφονται από φωτοηλεκτρικούς ανιχνευτές σε τροχιά 705 χιλιομέτρων πάνω από τη Γη.

1. Οι Τέσσερις Διαστάσεις Ανάλυσης της Παρατήρησης της Γης

Για να αξιολογήσετε οποιονδήποτε ισχυρισμό που βασίζεται σε δορυφορικά στοιχεία, πρέπει να εξετάσετε τις τέσσερις παραμέτρους που ορίζουν κάθε σύνολο δεδομένων τηλεπισκόπησης:

Χωρική Ανάλυση

Η χωρική ανάλυση δηλώνει τις φυσικές διαστάσεις του εδάφους που καταγράφονται σε ένα μεμονωμένο pixel. Το Landsat παρέχει πολυφασματικά pixel 30 μέτρων· το Sentinel-2 προσφέρει ανάλυση 10 μέτρων στις ορατές και κοντινές υπέρυθρες ζώνες· εμπορικοί αισθητήρες όπως ο WorldView-3 φτάνουν τα 0,31 μέτρα. Ένα pixel 30 μέτρων σημαίνει ότι ένα μεμονωμένο μονοκατοικία και η μπροστινή αυλή της θα συγχωνευθούν σε έναν ενιαίο αριθμητικό μέσο όρο ανακλώμενου φωτός.

Φασματική Ανάλυση

Η φασματική ανάλυση προσδιορίζει το πλήθος και τη στενότητα των καταγεγραμμένων ζωνών μήκους κύματος. Ενώ οι συνήθεις κάμερες smartphone δειγματοληπτούν τρία ευρέα, επικαλυπτόμενα κανάλια (κόκκινο, πράσινο και μπλε), οι επιστήμονες παρατηρητές της Γης χωρίζουν το φάσμα σε 13 ή περισσότερα διακριτά κανάλια. Αυτό επιτρέπει στους υπολογιστές να υπολογίζουν τον Κανονικοποιημένο Δείκτη Βλάστησης (NDVI) ή τον Κανονικοποιημένο Δείκτη Νερού (NDWI) χωρίς οπτική παραμόρφωση.

Χρονική Ανάλυση (Ρυθμός Επανάληψης)

Πόσο συχνά ο δορυφόρος περνά πάνω από το ακριβώς ίδιο σημείο της Γης; Το Landsat επιστρέφει κάθε 16 ημέρες (ή κάθε 8 ημέρες, όταν τα Landsat 8 και 9 εναλλάσσονται)· τα ζεύγη Sentinel-2 προσφέρουν επανάληψη 5 ημερών στον ισημερινό και 2-3 ημερών στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη. Οι ισχυρισμοί για «ξαφνική εξαφάνιση τη νύχτα» πρέπει πάντα να συγκρίνονται με τις ημερομηνίες των πραγματικών τροχιακών διελεύσεων.

Ραδιομετρική Ανάλυση

Η ραδιομετρική ανάλυση μετρά πόσο ευαίσθητα ένας ανιχνευτής διακρίνει λεπτές διαφορές στην ενέργεια των φωτονίων. Οι πρώιμοι αισθητήρες των 8 bit κατέγραφαν τιμές μεταξύ 0 και 255. Τα σύγχρονα όργανα των 12 και 14 bit διακρίνουν από 4.096 έως 16.384 διακριτά επίπεδα, αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες μέσα σε βαθιές ορεινές σκιές ή σε λευκές αλατούχες πεδιάδες, που κάποτε φαίνονταν ως υπερεκτεθειμένα επίπεδα κενά.

«Χωρίς να γνωρίζουμε τόσο τη χωρική όσο και τη ραδιομετρική ανάλυση ενός αισθητήρα, κάθε ισχυρισμός για το τι «αποδεικνύει» μια εικόνα είναι απλώς εικασία.» Dr. Evelyn Reed, Physical Cartography Review

2. Γεωμετρική Ορθοδιόρθωση και Τοπογραφική Παράλλαξη

Τα ακατέργαστα δορυφορικά δεδομένα είναι παραμορφωμένα. Επειδή ο αισθητήρας σαρώνει από μια πλαγιοφερή τροχιά και η Γη περιστρέφεται κάτω από αυτόν, τα ακατέργαστα pixel παραμορφώνονται από ατμοσφαιρική διάθλαση και ορεινό ανάγλυφο. Μια κορυφή 4.000 μέτρων γέρνει μακριά από την κατακόρυφη άποψη (nadir) του δορυφόρου, μια παραμόρφωση γνωστή ως μετατόπιση λόγω τοπογραφικού αναγλύφου.

Οι χαρτογράφοι εφαρμόζουν Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους (DEM) που προέρχονται από την Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) ή από το TanDEM-X, για να ισοπεδώσουν μαθηματικά και να συνδέσουν κάθε pixel με ακριβές γεωγραφικό σύστημα συντεταγμένων (όπως το WGS 84 / UTM). Μόνο μετά την ορθοδιόρθωση μπορεί να υπολογιστεί με ακρίβεια μια απόσταση ή το εμβαδόν μιας επιφάνειας.

3. Η Αβεβαιότητα των Σύνθετων Έγχρωμων Εικόνων

Επειδή το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει την υπέρυθρη ακτινοβολία, οι δορυφόροι αντιστοιχίζουν αυτά τα αόρατα μήκη κύματος στα ορατά κανάλια χρώματος (Κόκκινο, Πράσινο, Μπλε) για να δημιουργήσουν σύνθετες εικόνες «ψευδών χρωμάτων». Σε μια τυπική εικόνα ψευδών χρωμάτων (Ζώνες 8, 4, 3 του Sentinel-2), η πυκνή χλωροφύλλη εμφανίζεται έντονα κόκκινη, το νερό εμφανίζεται σκούρο μπλε ή μαύρο, και ο γυμνός ξερός βράχος εμφανίζεται γκρι-καφέ.