Tres millones de puntos de medición en un kilómetro cuadrado: la profesora Xiaoxiang Zhu y su equipo han establecido un récord mundial en la recuperación de información de datos satelitales. Gracias a nuevos algoritmos, los investigadores de la Universidad Técnica de Munich TUM lograron hacer cuatro-nubes de puntos dimensionales de Berlín, Las Vegas, París y Washington, DC a partir de pilas de imágenes del satélite de radar TerraSAR-X. A continuación, los científicos planean crear modelos en cuatro dimensiones de todas las ciudades del mundo.
Las principales ciudades del mundo están creciendo. Según estimaciones de las Naciones Unidas, en la actualidad aproximadamente la mitad de la población mundial ya vive en ciudades. Para 2050 se espera que la cifra aumente a dos tercios de la población mundial ". Este crecimiento sitúaaltas demandas en la seguridad de la construcción y la infraestructura, ya que los eventos de daños pueden poner en peligro miles de vidas humanas a la vez ", dice Xiaoxiang Zhu, profesor de procesamiento de señales en la observación de la Tierra en TUM.
Junto con su equipo, ha desarrollado un método para la detección temprana de peligros potenciales: por ejemplo, el hundimiento subterráneo puede provocar el colapso de edificios, puentes, túneles o presas. El nuevo método permite detectar y visualizar cambios tan pequeñoscomo un milímetro por año.
Vistas de radar tridimensionales de las principales ciudades del mundo
Los datos para las nuevas imágenes urbanas provienen del satélite alemán TerraSAR-X, el satélite de radar civil de más alta resolución del mundo. Orbitando la Tierra a una altitud de aproximadamente 500 kilómetros desde 2007, el satélite envía pulsos de microondas a la Tierra y luegorecoge sus ecos. "Inicialmente, estas mediciones son solo en una imagen bidimensional con una resolución de un metro", explica Zhu.
La profesora de TUM colabora con el Centro Aeroespacial Alemán DLR, donde también está a cargo de su propio grupo de trabajo. El DLR es responsable del funcionamiento y uso del satélite con fines científicos. "La importancia de las imágenes es limitadapor el hecho de que los reflejos de diferentes objetos que están a la misma distancia del satélite harán escala entre sí. Este efecto reduce el mundo tridimensional a una imagen bidimensional ".
Zhu no solo ha desarrollado su propio algoritmo que permite reconstruir la tercera e incluso la cuarta dimensión tiempo, sino que al mismo tiempo estableció un récord mundial: nubes de puntos de cuatro dimensiones con una densidad de tres millones de puntos por kilómetro cuadradoEsta rica información recuperada hace posible generar modelos de ciudades en cuatro dimensiones de alta precisión.
Diferentes perspectivas producen una imagen de radar tridimensional
El truco: los científicos usan imágenes tomadas desde perspectivas ligeramente diferentes. El satélite sobrevuela la región de interés cada once días. Sin embargo, su posición orbital no siempre es exactamente la misma. Los investigadores usan estas variaciones orbitales de 250 metros en el radartomografía para localizar cada punto en el espacio tridimensional. Este método utiliza el mismo principio que el utilizado por la tomografía computarizada, que crea una vista tridimensional del interior del cuerpo humano: una variedad de imágenes de radar tomadas desde diferentes perspectivas soncombinado para crear una imagen tridimensional.
"Dado que este método procesa solo una resolución deficiente en la tercera dimensión, aplicamos métodos de detección de compresión adicionales que hacen posible mejorar la resolución en 15 veces", dice Zhu.
Los científicos pueden utilizar las mediciones de radar del TerraSAR-X para reconstruir la infraestructura urbana en la superficie de la Tierra con gran precisión, por ejemplo, la forma 3D de edificios individuales. El método ya se ha utilizado para generar modelos 3D de Berlín de alta precisión.Las Vegas, París y Washington, DC
La cuarta dimensión
Dado que las imágenes se toman en diferentes momentos, es posible estimar el cambio a lo largo del tiempo, la cuarta dimensión, en el orden de una fracción de la longitud de onda del radar. El modelo 4-D resultante revela los pequeños cambios con precisióndel orden de aproximadamente un milímetro por año, por ejemplo, la expansión térmica de los edificios en el verano o las deformaciones resultantes del hundimiento debajo de la superficie de la Tierra. Zhu explica: "El método es adecuado para la detección de puntos peligrosos. La tecnología satelital puede hacer uncontribución importante para hacer más segura nuestra infraestructura urbana ".
En el futuro, los investigadores incluso tienen la intención de observar el crecimiento de las principales ciudades. En el proyecto ERC recientemente lanzado "So2Sat", se cartografían y observan todas las áreas metropolitanas del mundo a largo plazo. Las investigaciones se centran en los países de reciente industrialización, donde surgen barrios urbanos enteros casi de la noche a la mañana. Zhu y su equipo planean usar varias fuentes de Big Data por primera vez: las mediciones de los satélites se fusionarán con la información de mapas de Open Street Map y el flujo prácticamente ilimitado de imágenes, texto y actividadpatrones proporcionados por las redes sociales.
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Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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