Wewnątrz skandalicznie ambitnego planu przeskanowania całej Ziemi lidarem

Technologia Lidar to technologia teledetekcji, która na to pozwala samochody autonomiczne postrzegać swoje otoczenie. Działając w podobny sposób jak radar i sonar, ale wykorzystując fale świetlne zamiast radia czy dźwięku, lidar wysyła impulsy laserowe, a następnie mierzy czas potrzebny na odbicie. W ten sposób umożliwia autonomicznym lub półautonomicznym samochodom tworzenie modeli 3D i map swojego otoczenia, nadając w ten sposób sens otaczającemu je światu.

Póki co, takie znajome, prawda? Ambitny nowy projekt dwóch profesorów z Colorado State University ma na celu wykorzystanie tej samej technologii sensu świata – tylko zamiast po prostu nadawać sens światu bezpośrednio wokół nich, chcą nadać sens temu cały świat — za pomocą lidaru do skanowania całkowitej powierzchni planety Ziemia. Im też się to spieszy.

„Ziemia zmienia się tak szybko, że mamy ograniczony czas na stworzenie trójwymiarowych zapisów, które można zachować dla przyszłych pokoleń”

Doktor Chris Fisher, profesor archeologii w stanie Kolorado, powiedział Digital Trends. „To naprawdę największy dar, jaki możemy zostawić przyszłym pokoleniom”.

Fisher nawiązał współpracę z geografem Steve'a Leisza aby uruchomić to, co nazywają Archiwum Ziemi. Pomysł, jak zauważa Fisher, polega na wykorzystaniu skanowania lidarowego do wygenerowania map artefaktów kulturowych, geologicznych i środowiskowych, które są zagrożone w obliczu zmiany klimatu. Wierzą, że przydadzą się one przyszłym naukowcom.

Doładowanie archeologii

„Jestem archeologiem, który od dawna korzysta z technologii lidarowej, aby znajdować stanowiska archeologiczne i krajobrazy” – wyjaśnił Fisher.

To zastosowanie lidaru jest znacznie mniej znane niż jego zastosowanie w samochodach autonomicznych. Ale wyniki są nie mniej imponujące. Latem 2016 roku lidar posłużył do stworzenia mapy dawno zaginionego miasta ukryte pod osłoną dżungli w Kambodży. Zastosowany w tym przypadku system lidarowy umożliwił „przeglądanie” przeszkód, takich jak drzewa i roślinność, w celu sporządzenia mapy gruntu pod spodem.

Fisher wykonuje podobną pracę. Jednak, jak podkreśla, przeglądając dane zebrane na potrzeby swojej pracy, doszedł do wniosku, że wiele z tego, co odrzucał jako nieistotne dla swoich badań, może być niezwykle istotne dla innych. „Zajmuję się czymś, co nazywam «cyfrowym wylesianiem», usuwając roślinność, aby odsłonić znajdujące się poniżej materiały archeologiczne” – powiedział. „Ale wszystkie dane, które usuwam cyfrowo, to kariery setek innych naukowców. Kiedy sobie to uświadomiłem, stało się również jasne, że zapisy lidarowe stanowią najlepsze narzędzia konserwatorskie, ponieważ rejestrują powierzchnię Ziemi i wszystko, co się na niej znajduje”.

W przeciwieństwie do pokładowych skanerów lidarowych w pojazdach autonomicznych, systemy lidarowe używane przez archeologów są zwykle bardziej zaangażowane. W przypadku zaginionego miasta w Kambodży skany wykonano przy użyciu helikoptera z zamontowaną na spodzie platformą lidarową. Tymczasem na stronie internetowej The Earth Archive znajduje się wzmianka o użyciu samolotu do wystrzeliwania „gęstej siatki wiązek podczerwieni… w kierunku ziemi”.

Dzięki przelotom można osiągnąć kilkugodzinny zasięg, co w przeciwnym razie wymagałoby dosłownie kilkudziesięciu lat badań w terenie – i to ze znacznie większym poziomem dokładności. Wyniki dają znacznie więcej niż tylko proste obrazy; skan o wysokiej rozdzielczości zapewnia badaczom gęstą chmurę punktów, która umożliwia mapowanie obiektów w trzech wymiarach.

Jak trójwymiarowy Google Earth

Projekt Archiwum Ziemi składa się z trzech etapów. Pierwszym krokiem jest stworzenie podstawowego zapisu Ziemi w jej obecnym stanie. Naukowcy argumentują, że jedynym sposobem prawdziwego pomiaru zmian wywołanych kryzysem klimatycznym jest posiadanie dwóch zestawów danych – „przed” i „po” – które można poddać analizie. W tej chwili dla większości planety nie istnieje zbiór danych „przed” o wysokiej rozdzielczości. W rezultacie naukowcy nie mogą być pewni, jak dokładnie sytuacja się zmienia i czy interwencje przynoszą pozytywne rezultaty.

Drugim krokiem jest następnie zbudowanie wirtualnego modelu planety o otwartym kodzie źródłowym, dostępnego dla wszystkich naukowców, którzy chcą mieć do niego dostęp. Wyobraź sobie, że jest to trójwymiarowy Google Earth. Archeolodzy mogą chcieć w ten sposób szukać nieudokumentowanych osad. Tymczasem ekolodzy mogliby wykorzystać go do analizy składu lasów. Geolodzy mogliby go używać do badania takich zagadnień, jak hydrologia, uskoki i zakłócenia. „Możliwości są nieograniczone” – zauważają naukowcy.

Ostatnim krokiem jest opracowanie innych rozwiązań AI. narzędzia, które mogą analizować dane lidarowe w sposób obecnie nie do pomyślenia.

„Mamy nadzieję, że data będzie dostępna dla jak największej liczby naukowców z innych zainteresowanych stron być może nie będziemy w stanie w pełni udostępnić danych na zasadach open source, ale z pewnością możemy je szeroko udostępnić” – Fisher powiedział. „Oznacza to, że tak naprawdę nie możemy powiedzieć, w jaki sposób dane zostaną wykorzystane w przyszłości. Możemy tylko zgadywać, ale niewątpliwie będzie to miało kluczowe znaczenie.

Najlepiej jak potrafimy i najszybciej jak się da

Krytyczny wydaje się być tutaj kluczowym słowem. Naukowcy zauważają, że 50% lasów deszczowych na świecie zostało już utraconych, a 18 milionów akrów lasów ulega zniszczeniu każdego roku, a podnoszący się poziom mórz grozi zniszczeniem miast, krajów i kontynentów nie do poznania. „Jeśli nie będziemy mieli danych o tych miejscach, nikt w przyszłości nawet nie będzie wiedział, że istniały” – zauważa strona internetowa projektu. Rozpoczęcie procesu skanowania jest zatem sprawą pilną.

„Najlepiej, jak potrafimy i tak szybko, jak to możliwe” – powiedział Fisher, opisując dalszą drogę. Projekt rozpoczyna się od Amazona, który – wyjaśnił – „wierzymy, że możemy przeskanować za 15 milionów dolarów”. Składający się z 5,5 miliona kilometrów kwadratowych (ponad połowa wielkości Kanady) byłby niesamowity początek. Ale to tylko ułamek ze 148 milionów kilometrów kwadratowych, czyli nieoceanicznej masy lądowej Ziemi. (Jest ich znacznie więcej, jeśli planują skanować wodę, co lidar może być również używany do sondowania.)

„[Jeśli ludzie są zainteresowani], mogą powiedzieć swoim przyjaciołom i sąsiadom” – kontynuował Fisher. „Mogą ogólnie wspierać naukę i wywierać presję na swoich przedstawicieli, aby posuwali się do przodu w zakresie rozwiązań kryzysu klimatycznego. Mogą również odwiedzić stronę theeartharchive.com i przekazać darowiznę lub udzielić wsparcia. W tej chwili The Earth Archive jest neutralne dla korporacji i rządu, dlatego w celu wykonania naszej pracy polegamy na życzliwości darowizn”.

Zalecenia redaktorów

• Wywoływanie katastrof: w największym na świecie symulatorze huraganów
• Nowy zrównoważony plan łagodzenia zmian klimatycznych obejmuje… kuchenkę do hot-dogów?