Od pomiarów do map

Każde zdjęcie satelitarne, które widzisz, jest zasadniczo macierzą liczbowych pomiarów. Zanim scena lotnicza zacznie przypominać rzekę, krąg w zbożu czy kalderę wulkaniczną, istnieje jako skwantowane wartości cyfrowe zarejestrowane przez detektory fotoelektryczne, krążące 705 kilometrów nad Ziemią.

1. Cztery rozdzielczości obserwacji Ziemi

Aby ocenić każde twierdzenie oparte na dowodach satelitarnych, trzeba zbadać cztery parametry, które określają każdy zbiór danych teledetekcyjnych:

Rozdzielczość przestrzenna

Rozdzielczość przestrzenna oznacza fizyczne wymiary terenu uchwycone w pojedynczym pikselu. Landsat dostarcza wielospektralne piksele o wielkości 30 metrów; Sentinel-2 zapewnia rozdzielczość 10 metrów w paśmie widzialnym i bliskiej podczerwieni; komercyjne czujniki, takie jak WorldView-3, osiągają 0,31 metra. Piksel o wymiarze 30 metrów oznacza, że pojedynczy dom wraz z przydomowym ogródkiem zlewa się w jedną liczbową średnią odbitego światła.

Rozdzielczość spektralna

Rozdzielczość spektralna określa liczbę i wąskość zarejestrowanych pasm długości fali. Podczas gdy standardowe aparaty w smartfonach rejestrują trzy szerokie, nakładające się kanały (czerwony, zielony i niebieski), naukowe obserwacje Ziemi dzielą widmo na 13 lub więcej dyskretnych kanałów. Pozwala to komputerom obliczać znormalizowany wskaźnik roślinności (NDVI) lub znormalizowany wskaźnik wody (NDWI) bez zniekształceń optycznych.

Rozdzielczość czasowa (częstotliwość powrotów)

Jak często satelita przelatuje nad dokładnie tym samym punktem Ziemi? Landsat wraca co 16 dni (lub co 8 dni, gdy Landsat 8 i 9 działają naprzemiennie); pary Sentinel-2 oferują powtórne obrazowanie co 5 dni na równiku i co 2–3 dni w średnich szerokościach geograficznych. Twierdzenia o "nagłym zniknięciu z dnia na dzień" należy zawsze konfrontować z datami rzeczywistych przelotów po orbicie.

Rozdzielczość radiometryczna

Rozdzielczość radiometryczna mierzy, jak czule detektor rozróżnia subtelne różnice w energii fotonów. Wczesne czujniki 8-bitowe rejestrowały wartości od 0 do 255. Nowoczesne przyrządy 12- i 14-bitowe rozróżniają od 4096 do 16 384 dyskretnych poziomów, ujawniając szczegóły w głębokich cieniach gór lub na jasnych solniskach, które kiedyś wyglądały jak prześwietlone, płaskie pustki.

"Bez znajomości zarówno rozdzielczości przestrzennej, jak i radiometrycznej czujnika, każde twierdzenie o tym, co obraz rzekomo "dowodzi", jest jedynie zgadywaniem." dr Evelyn Reed, Physical Cartography Review

2. Rektyfikacja geometryczna i paralaksa topograficzna

Surowe dane satelitarne są zniekształcone. Ponieważ czujnik skanuje z pochylonej orbity, a Ziemia obraca się pod nim, surowe piksele są wypaczone przez refrakcję atmosferyczną i górzysty teren. Szczyt o wysokości 4000 metrów odchyla się od nadiru widoku satelity — to zniekształcenie znane jako przemieszczenie reliefu topograficznego.

Kartografowie stosują cyfrowe modele wysokości (DEM) pochodzące z misji Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) lub TanDEM-X, aby matematycznie wyrównać każdy piksel i przypisać go do dokładnego geograficznego układu współrzędnych (takiego jak WGS 84 / UTM). Dopiero po ortorektyfikacji można dokładnie obliczyć odległość lub powierzchnię.

3. Niepewność kompozytów barwnych

Ponieważ ludzkie oko nie widzi promieniowania podczerwonego, satelity odwzorowują te niewidzialne długości fal na nasze widzialne kanały barwne (czerwony, zielony, niebieski), tworząc kompozyty "fałszywych barw". W standardowym obrazie w fałszywych barwach (pasma 8, 4, 3 w Sentinel-2) gęsty chlorofil wygląda na jasnoczerwony, woda na ciemnoniebieską lub czarną, a goła, sucha skała na szarobrązową.