Jak widzimy zielen z kosmosu

Podroz od orbity satelitarnej do map roslinnosci miejskiej

Przewin

Pytanie

Jak zmierzyc zielenosc miasta?

Mozna przejsc kazda ulice, policzyc kazde drzewo, zbadac kazdy park. Zajęłoby to lata.

Albo mozna zapytac satelite...

Poznajcie Sentinel-2

Europejska Agencja Kosmiczna operuje dwoma identycznymi satelitami, ktore fotografuja cala powierzchnie ladowa Ziemi co piec dni. Dane sa calkowicie darmowe i otwarte - finansowane przez europejskich podatnikow dla kazdego.

10m
Rozdzielczosc na piksel
5
Dni miedzy przelotami
13
Pasma spektralne

Co widzi satelita

Lewy obraz pokazuje to, co widza ludzie - polaczenie czerwonego, zielonego i niebieskiego swiatla. Prawy pokazuje bliska podczerwiena, gdzie zdrowa roslinnosc swieci jasnoczerwieno.

True color satellite image
Prawdziwe kolory (RGB)

To, co Twoje oczy widzialyby z kosmosu. Park Retiro wyglada jak przytlumiona zielona plama.

Near-infrared false color image
Bliska podczerwien

Roslinnosc mocno odbija NIR, wygladajac jaskrawoczerwieno. Budynki i drogi pozostaja ciemne.

Tajemnicze pasmo

Sentinel-2 widzi swiatlo, ktorego my nie widzimy. Bliska podczerwien odbija sie od zdrowych roslin jak lustro - odbijaja okolo 50%. Beton i asfalt? Tylko okolo 20%.

Dla ludzkich oczu to swiatlo jest niewidzialne. Dla satelity to klucz do znalezienia kazdej plamy zieleni w miescie.

Formula

Laczymy pasma bliskiej podczerwieni i czerwieni w jedna liczbe zwana NDVI (Znormalizowany Roznicowy Indeks Roslinnosci).

NDVI = (NIR - Red) / (NIR + Red)
-0,2
Woda
0,1
Beton
0,7
Zdrowe drzewa

Problem chmur

Jeden obraz nie wystarczy. Chmury blokuja widok. Cienie myla odczyty. Potrzebujemy wielu bezchmurnych obserwacji, aby zbudowac wiarygodny obraz.

Pogodnie
1 czerwca - Pogodnie
Odrzucone
6 czerwca - Odrzucone
Pogodnie
11 czerwca - Pogodnie
Odrzucone
16 czerwca - Odrzucone

Zbieramy wszystkie letnie obserwacje (czerwiec-sierpien) i zachowujemy tylko bezchmurne.

Kompozyt letni

Ze wszystkich bezchmurnych obserwacji obliczamy wartosc mediany dla kazdego piksela. Daje to czysty, reprezentatywny widok roslinnosci w jej szczytowym okresie.

Pomysl o tym jak o robieniu serii zdjec i zachowaniu najlepszej klatki - tyle ze laczymy dziesiatki przelotow satelitarnych w jeden idealny obraz.

Wytyczenie granicy

Wartosci NDVI wahaja sie od -1 do +1. Musimy zdecydowac: co liczy sie jako "porosnięte"?

Woda / Cien Gola gleba Rzadkie Zdrowa roslinnosc

Ponizej 0,40

Nie liczone jako roslinnosc. Obejmuje drogi, budynki, gola glebe, wode i rzadkie lub zestresowane rosliny.

Powyzej 0,40

Liczone jako roslinnosc. Zdrowe drzewa, gesta trawa, parki, ogrody - wszystko, co aktywnie fotosyntetyzuje.

Wynik

Od surowych pasm satelitarnych do mapy roslinnosci. Obraz NDVI pokazuje gradient, podczas gdy maska pokazuje koncowa klasyfikacje.

NDVI colorized image
Wartosci NDVI

Brazowy = niski NDVI (miejski), Zielony = wysoki NDVI (roslinnosc). Park Retiro wyraznie sie wyroznia.

Binary vegetation mask
Maska roslinnosci

Zielony = NDVI powyzej 0,40 (liczone jako roslinnosc). Szary = ponizej progu.

Finalna mapa

Wynik: mapa roslinnosci miejskiej piksel po pikselu. Kazdy kwadrat 10m jest klasyfikowany jako porosniety lub nie.

Roslinnosc (NDVI > 0,40)
Nieporosniety

Co obliczamy

Przyklad: Madryt, Hiszpania
3,3%
Pokrycie roslinnoscia
0,18
Sr. zielenosc
19,9 km²
Obszar zielony
201

Przeanalizowanych miast

Przetworzylismy obrazy satelitarne dla miast w 27 krajach UE. Kazde miasto mierzone w ten sam sposob, z tymi samymi danymi, przy uzyciu tych samych metod.