Kunstig intelligens og big data giver de første globale kort over vigtige vegetationstræk

Forskere fra Valencia University (UV) har udviklet de første globale kort over fosfor- og nitrogenindhold i vegetation, samt effektivitet i vandforbrug, via kunstig intelligens og big data-teknikker. Anvendelsen af ​​disse kort kan gavne områder som biodiversitet, landbrug og arternes tilpasning til klimaændringer.

Kunstig intelligens (AI)-teknikker og Google-massesatellitobservationsdata har gjort det muligt at generere de første globale kort over vegetationsvariabler, der indtil nu kun var tilgængelige lokalt.

Forskerholdet har udviklet en metode til at generere globale kort over nøgleparametre, variabler og træk ved planetens vegetation. AI-teknikken arbejder sammen med Googles sky for at udnytte tusindvis af billeder fra NASA og ESA, muliggør generering og overvågning af global vegetation med høj rumlig og tidsmæssig opløsning. Undersøgelserne har afsløret meget interessante mønstre i nøgleparametre relateret til klimaændringer, såsom indhold af fosfor eller nitrogen og planteløv.

"Indtil nu, det var umuligt at fremstille disse kort, fordi de nødvendige betingelser ikke var tilgængelige. Vi havde ikke kraftfulde og nøjagtige statistiske værktøjer til maskinlæring, Vi havde heller ikke adgang til store mængder data eller cloud computing til at behandle petabytes af satellitbilleder på en hurtig og præcis måde. Nu, med Google-platformen og AI-teknikker, vi kan lave disse beregninger med data fra ESA eller NASA hurtigt og på planetarisk skala, " siger læge og elektronikingeniør Álvaro Moreno, leder af undersøgelsen og nuværende forsker i IPL for Image and Signal Processing (ISP) gruppen.

"De matematiske værktøjer er maskinlæringsmodeller, der lærer sammenhængen mellem de billeder, de modtager fra satellitterne, og målingerne taget fra jordens overflade. Når de har lært dette forhold til adskillige observation-måling-parringer, denne viden kan ekstrapoleres til et hvilket som helst andet sted og tidspunkt for at generere estimeringskort over målingen af ​​interesse, " forklarer Manuel Campos-Taberner, forsker i ERS. "Mulighederne er enorme, og nu kan vi generere globale kort fra næsten enhver variabel af interesse, hvor der er in situ data, da vi har satellitterne i kredsløb og giver meget gode tidsmæssige og rumlige observationer. I vores tilfælde, vi genererede globale kort over biofysiske parametre, der er nyttige til at overvåge vegetation (hvor meget vegetation vi har, i hvilket omfang den er aktiv, og hvilke mængder fosfor og nitrogen der er), men de kunne meget vel bruges til andre variabler af interesse, ikke kun på jorden, men også i vand og hvad angår luftkvaliteten, " han siger.

I over 15 år har holdet deltaget i lignende initiativer med den europæiske organisation for udnyttelse af meteorologiske satellitter (EUMETSAT) til udnyttelse af data fra nuværende og fremtidige missioner inden for et europæisk program kaldet Satellite Application Facility on Land Surface Analysis (LSA) -SAF). "Det er det første europæiske initiativ dedikeret til at producere og distribuere, i realtid, variabler for tilstanden af ​​det terrestriske miljøsystem, at tilbyde produkter af stor værdi for observation af klimaet og miljøet, " siger Javier García Haro, Hovedefterforsker i ERS-gruppen.

Fremtidige ansøgninger

Ifølge forskerne, de nye kort vil få betydning på andre områder såsom præcisionslandbrug, biodiversitet og arternes tilpasning til klimaændringer. "Undersøgelsen er ikke kun en konceptuel test af, hvad der kan opnås ved at kombinere maskinlæring og fjernmåling, men det åbner også døren til fremtidige videnskabelige undersøgelser, der udnytter disse typer kort, " siger Gustau Camps-Valls, professor i elektronikteknik og forsker ved IPL. "Anvendelser og implikationer er uendelige, og endnu mere i betragtning af det nuværende pres på produktionen af ​​fødevarer og biobrændstoffer, for eksempel, uden at undervurdere undersøgelsen af ​​indvirkningen på økosystemer og arternes tilpasning."

Steven W. Running fra University of Montana, hovedforfatter af den fjerde vurderingsrapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer (IPCC), som gav ham Nobels fredspris i 2007, deltog i disse undersøgelser. "Det, Álvaro Moreno og hans samarbejdspartnere har gjort, er imponerende, " siger han. "Nu, med en computer forbundet til internettet, du kan gøre ting, som ESA eller NASA aldrig har gjort i deres 50 års eksistens."