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Die Erde von oben
Neue Computermodelle machen bessere Auswertungen von Satellitenbildern möglich. Von Anton Vos
(Aus "Horizonte" Nr. 104, März 2015)Von Satelliten aufgenommene Fotos der Erde kommen in vielen Gebieten der Wissenschaft zur Anwendung: in Landwirtschaft, Städteplanung und Forstwirtschaft, für Wasseranalysen oder auch für Auswertungen von Naturkatastrophen. In den Medien werden häufig Karten veröffentlicht, die auf den Satellitenbildern beruhen, und sie spielen eine wichtige Rolle in der Raumplanung. Die automatische Gewinnung aussagekräftiger Daten aus den Originalbildern stösst jedoch schnell an technische Grenzen. Das ist insbesondere der Fall, wenn man Aufnahmen eines bestimmten Ortes vergleichen will, die zu verschiedenen Zeitpunkten gemacht wurden und sich daher in Qualität, Farbe oder Belichtung unterscheiden.
Devis Tuia hat an der Universität Zürich und der EHTL neue Computermodelle für solche Aufgaben entwickelt. Mit einem dieser Modelle lässt sich ein Programm zur Auswertung von Satellitenfotos, das zur Analyse der Struktur einer bestimmten Stadt entwickelt wurde, auf andere Städte übertragen. Entsprechende Tests wurden für Lausanne und Zürich erfolgreich durchgeführt. In einem anderen Projekt entwickelte Devis Tuia ein System zum Vergleich mehrerer Bilder desselben Ortes, die mit unterschiedlichen Techniken – Satellit, Drohne oder Flugzeug – aufgenommen wurden und daher unterschiedliche räumliche oder zeitliche Auflösung haben. Im Rahmen von forstwirtschaftlichen Studien laufen derzeit Versuche, die zeitlichen Schwankungen der Häufigkeit verschiedener Baumarten aufgrund von Bildern festzustellen.
"Das menschliche Gehirn besitzt die natürliche Fähigkeit, Unterschiede in der Beleuchtung auszugleichen und einen Gegenstand auf zwei Bildern mit unterschiedlichen Eigenschaften zu vergleichen", erklärt der Wissenschaftler, «und wir möchten dies auch dem Computer beibringen."
Künstliche Intelligenz
Devis Tuia ist das gelungen, indem er Instrumente der künstlichen Intelligenz einsetzte, wobei der Computer lernt, sich neuen Bedingungen anzupassen. Das geschieht vor allem durch die "Standardisierung" der Bilder, nämlich durch das Ausblenden aller Schwankungen, die von den Aufnahmebedingungen abhängen und für die Anwendung nicht von Interesse sind – übrig bleiben dann nur noch die nützlichen Elemente.
"So lässt sich etwa die Qualität der Landwirtschaftskulturen einer Region anhand von Luftbildern beurteilen", führt der Forscher aus. "Wichtige Anhaltspunkte dazu erhalten wir, wenn wir analysieren, wie die Pflanzen Infrarotlicht reflektieren. Allerdings ist dazu in einem ersten Schritt auch eine Bestätigung durch Erhebungen am Boden notwendig. Wünscht der Anwender aber fünf Jahre später eine neue Analyse, dann braucht es dank solcher Modelle keine weiteren Felddaten, deren Aufnahme sehr zeit- und kostenintensiv ist."
Anton Vos ist Wissenschaftsjournalist und arbeitet regelmässig für die Universität Genf.