Dove vivono gli umani? Una nuova mappa offre più dettagli che mai.

immagine di una mappa stilizzata Sig. Tech

Uno degli obiettivi importanti della geografia è valutare la presenza umana e il suo impatto in tutto il pianeta. Un buon punto di partenza è capire dove vivono gli esseri umani.

È più facile dirlo che farlo. La popolazione mondiale è di circa 7 miliardi, di cui circa la metà vive nelle città. Molte aziende hanno mappato con entusiasmo le città moderne e gli insediamenti più piccoli. Aziende come Google e Microsoft, e persino l'organizzazione open source OpenStreetMaps, hanno mappe complete di molte aree del mondo.

Ma questo lavoro tende a concentrarsi sul mondo sviluppato, dove i profitti potenziali sono maggiori, e sulle aree urbane dove la concentrazione di persone è più alta. Inoltre, le mappe commerciali variano in risoluzione e si basano su immagini commerciali a cui è estremamente costoso accedere.

Quindi i geografi hanno da tempo creato le proprie mappe degli insediamenti umani che sono più accurate, coerenti a livello globale e liberamente disponibili. Queste mappe si basano su dati satellitari non commerciali e coprono l'intero pianeta. Il primo, degli anni '80, aveva una risoluzione di circa un chilometro; l'incarnazione più recente, denominata Global Urban Footprint, ha una risoluzione di 12 metri e si basa su dati raccolti nel 2012.

Queste mappe hanno i loro limiti, ovviamente. L'impronta urbana globale si basa su immagini radar riprese da una coppia di satelliti tedeschi chiamati TerraSAR-X e TanDEM-X. Un problema è che le fitte foreste sembrano molto simili agli insediamenti nei dati radar e le condizioni atmosferiche a volte possono distorcere le immagini.

Le mappe degli insediamenti basate esclusivamente su dati ottici presentano carenze simili. Ad esempio, il Global Human Settlement Layer prodotto dal Joint Research Center della Commissione Europea si basa su una risoluzione di 30 metri del satellite Landsat-8. In queste immagini, il suolo nudo e la sabbia possono talvolta essere confusi con gli insediamenti, e anch'essi possono essere distorti o oscurati dalle condizioni atmosferiche.

Quindi i geografi desiderano ardentemente una mappa a risoluzione più elevata che superi questi problemi e che sia coerente a livello globale e disponibile gratuitamente.

Entrano Mattia Marconcini e colleghi del Centro aerospaziale tedesco di Wessling, che hanno svelato una mappa globale dell'insediamento umano che mostra l'impronta dell'umanità in modo più dettagliato e con una precisione mai vista prima. Chiamano la loro mappa World Settlement Footprint 2015 (l'anno in cui sono state scattate le immagini), ed è disponibile gratuitamente dal sito Web di condivisione dei dati accademici Figshare. (Il set di dati è enorme!)

I ricercatori hanno fatto di tutto per ridurre al minimo o eliminare gli errori che hanno afflitto le mappe precedenti. Lo fanno in due modi.

In primo luogo, per aggirare le distorsioni causate da condizioni meteorologiche estreme o insolite, hanno studiato diverse immagini della stessa località scattate in date diverse ma entro il periodo target dell'anno 2015.

Hanno quindi confrontato queste immagini, partendo dal presupposto che gli insediamenti umani cambiano nel tempo in modo diverso da altre caratteristiche della superficie come foreste, terreni agricoli e così via. Questo mitiga anche gli effetti di eventi meteorologici estremi.

In secondo luogo, hanno eseguito questa analisi sulle immagini radar del satellite radar Sentinel-1 e sulle immagini ottiche del satellite di osservazione della Terra Landsat-8. In questo modo, le carenze delle immagini radar sono mitigate dalle immagini ottiche e viceversa.

In totale, il team ha analizzato oltre 300.000 immagini della superficie terrestre, i soli dati ottici ammontano a 1,5 petabyte. Infine, i due output sono opportunamente combinati insieme, affermano Marconcini e colleghi, aggiungendo che questa è la prima volta che viene eseguita questo tipo di doppia analisi.

Naturalmente, questo lavoro non può essere svolto da occhi umani. Invece, le analisi vengono eseguite automaticamente da un algoritmo di visione artificiale in esecuzione su un supercomputer nella Repubblica Ceca e da Google tramite la sua piattaforma di cloud computing. L'algoritmo è addestrato per individuare gli insediamenti umani e distinguerli da altri usi del suolo.

C'è un'altra importante differenza tra il World Settlement Footprint 2015 e le mappe precedenti. Per garantire che la classificazione degli insediamenti sia accurata, i ricercatori hanno utilizzato il crowdsourcing umano per verificare una serie di 900.000 aree selezionate casualmente rispetto ai dati della verità sul terreno.

È interessante notare che quei dati sono immagini di Google Earth, che hanno una risoluzione che varia da 1,5 metri, per le immagini ottiche satellitari, a soli 15 centimetri per i dati in volo. Queste immagini commerciali non possono essere utilizzate per creare la mappa stessa perché è troppo costosa.

Marconcini e colleghi descrivono questo tipo di validazione come senza precedenti.

Il risultato è una mappa dell'impronta dell'umanità sull'intero pianeta (esclusa l'Antartide) con una precisione e una coerenza senza precedenti. Ci sono ancora alcune limitazioni, tuttavia. La mappa ha una risoluzione di 10 metri, il che rende difficile individuare piccole strutture come baracche, capannoni e tende o abitazioni riparate da fogliame significativo. Quindi non tiene conto dei nomadi o di chiunque viva in una piccola abitazione isolata.

Tuttavia, Marconcini e colleghi hanno creato un prezioso lavoro che aiuterà demografi, sociologi, economisti e un numero qualsiasi di altri ricercatori a comprendere meglio gli insediamenti umani e il loro impatto.

Gli insediamenti umani sono la causa e la conseguenza della maggior parte dei cambiamenti ambientali e sociali sulla Terra, dicono. Questo lavoro dovrebbe aiutare a capire come.

Rif: arxiv.org/abs/1910.12707 : Delineare dove vivono gli esseri umani ‒ L'impronta degli insediamenti mondiali 2015

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