Исследователи из Мюнхенского Технического университета достигли мирового рекорда, сделав четырехмерные точечные облака Берлина, Лас-Вегаса, Парижа и Вашингтона, из изображений стеков радиолокационного спутника TerraSAR-X

Чтобы сделать запись, профессор Xiaoxiang Zhu и ее команда должны были отметить три миллиона точек измерения в одном квадратном километре. Это важно, потому что, по данным ООН, сегодня примерно половина населения мира уже живет в городах. Если рост продолжится, то к 2050 году ожидается, что эта цифра вырастет до двух третей населения мира.

«Этот рост предъявляет высокие требования к строительству и безопасности инфраструктуры, поскольку события и происшествия наносимые ущерб могут сразу угрожать тысячам человеческих жизней», - говорит Xiaoxiang Zhu, профессор по обработке сигналов в наблюдении Земли в Мюнхенском Техническом университете.

Вместе со своей командой она разработала метод раннего выявления потенциальных опасностей: например, подземное оседание может привести к обрушению зданий, мостов, туннелей или плотин. Новый метод позволяет обнаруживать и визуализировать изменения размером до одного миллиметра в год.

Данные для новых городских изображений поступают с немецкого спутника TerraSAR-X, самого высокого разрешения гражданского радиолокационного спутника в мире. Спускаясь с Земли на орбиту около 500 километров, спутник посылает на Землю микроволновые импульсы, а затем собирает их эхо-сигналы.

«Первоначально эти измерения только в двухмерном изображении с разрешением в один метр», объясняет Чжу. Профессор Мюнхенского Технического университета сотрудничает с Германским аэрокосмическим центром (ГАЦ), где она также отвечает за свою собственную рабочую группу. ГАЦ отвечает за эксплуатацию и использование спутника в научных целях.

«Значимость изображений ограничена тем фактом, что отражения от разных объектов, находящихся на равном расстоянии от спутника, будут перемещаться друг с другом. Этот эффект сводит трехмерный мир к двумерному изображению ».

Кроме того, Чжу разработал свой собственный алгоритм, который позволяет восстановить третье и даже четвертое (временное) измерение, она установила мировой рекорд в одно и то же время: восстанавливаются четырехмерные точечные облака с плотностью трех миллионов точек на квадратный километр , Эта богатая извлеченная информация позволяет создавать высокоточные четырехмерные модели городов.

Четвертое измерение

Поскольку изображения берутся в разное время, можно оценить изменение во времени - четвертое измерение - порядка части длины волны радиолокатора.

Полученная в результате 4-D модель показывает крошечные изменения с точностью порядка примерно одного миллиметра в год, например, тепловое расширение зданий летом или деформации, возникающие в результате опускания под земной поверхностью.

Чжу объясняет: «Этот метод подходит для обнаружения опасных точек. Таким образом, спутниковая технология может внести важный вклад в обеспечение безопасности нашей городской инфраструктуры ».

В будущем исследователи даже намерены наблюдать рост крупных городов. В недавно запущенном проекте ERC «So2Sat» все мегаполисы мира сопоставляются и отслеживаются на долгосрочной основе.

Исследования сосредоточены на новых индустриальных странах, где почти все города растут целые городские кварталы. Чжу и ее команда планируют впервые использовать различные источники Big Data: измерения со спутников будут сплавлены с информацией о карте с Open Street Map и практически неограниченным потоком изображений, текста и форм активности, предоставляемых социальными сетями.