Felhőmentes műholdas térképet készít a Mapbox

A Mapbox térképszolgáltatóknak kínál megoldásokat, illetve emellett térképek tervezéséhez és karbantartásához készít eszközöket. Ezek többnyire OpenStreetMap adatokat használnak, a Mapbox elkötelezett a nyílt megoldások mellettt, de nem csak használja az adatokat, a Mapnik nyílt forrású térképrenderelő megoldás kódjának fő hozzájárulója is.

Idén februárban a cég leigazolt egy grafikus képspecialistát, Charlie Loydot, aki egy olyan eljáráson dolgozott már korábban is, amivel a műholdképek minősége feljavítható. Ha most bárki megnyitja a Google Maps vagy a Bing Maps térképeit, átkapcsol műholdas nézetbe, akkor azt veheti észre, hogy az egész Földön mindenhol világos van, mindenhol nyár van és nincsenek felhők. Ha elkezdünk visszaközelíteni, akkor kiderül, hogy sokszor nagy kontraszteltérés van egymás mellett lévő sávok közt, feltűnnek felhők, a színek össze-vissza változnak és sok esetben a képek rossz minőségűek.

Vegyes-vágott

Ez annak köszönhető, hogy ezek a térképek ezernyi kis darabból vannak összerakva. Előfordul, hogy az egymás melletti képek teljesen más forrásból származnak, más technológiával készültek, illetve időben akár évekre van egymástól két szomszédos darab. A Wired magazin cikke szerint sok embernek az a hobbija, hogy ezeket a tökéletlenségeket megkeresse és összegyűjtse, a Mapbox viszont azt tűzte ki célul, hogy felszámolja az ilyen hibákat.

A most közzétett módszer ennek a küldetésnek a hátterét mutatja be, mégpedig azt, hogyan lesz a sokféle műholdképből egy tökéletes egybefüggő, részletes műholdkép. A módszer elviekben ugyanaz, csak a részletesség más, a Mapbox Loyd módszerével már nem sávokat illeszt össze, hanem pixelenként építi fel a tökéletes térképet. A Mapbox egyébként nem kispályás szereplő, miután a Google elkezdett komolyabb összeget kérni a Maps API használatáért, az OpenStreetMapsre eszközöket kínáló Mapbox is pozícióba került, többek közt a Foursquare, Evernote, Guardian, Greenpeace és az FCC térképei is a Mapbox eszközeivel készültek.

Egészen idáig az ügyfelek a vektoros adatokból összeálló térképeket módosíthatták, színezhették, adhattak hozzá extrákat a nyílt forrású dizájn megoldással, a TillMill-lel és a CSS-szerű nyelvet használó CartoCSS-sel. Az eredményt a weben sok helyen láthatjuk szép, márkázott vagy egyedi színekre hangolt térképek formájában. 2012 decemberében viszont elindult egy műholdképes projekt is, aminek az itt látható képek az első eredményei.

Az alapok itt is a szokásos műholdképekből állnak, minden alapanyag a NASA Lance-Modis rendszerének műholdjáról származik. A Terra és Aqua 1999, illetve 2002 óta keringenek a Föld felett és szkennelik a felszínt mindenféle hullámhosszokat, többek közt a látható fény tartományait is lefedve. A Mapbox ezekből az adatokból ragadta ki a 2011. január 1. és 2012. december 31. közt készült két évnyi anyagokat. Ez 339 ezer darab 16 megapixeles képet jelent, ami több mint 5687 milliárd pixel összességében. A projekt célja, ezt a pixelmennyiséget lefésülni 5 milliárd pixelnyire, amiből összeáll egy részletes, de egységes glóbusz.

Bonyolult folyamat

A küldetés első nehézsége az adatok megszerzése volt, még akkor is, ha ezek mind szabadon elérhetőek. Az adatok tömörítve is terabájtnyiak adtak ki, ami egy gyakorlott torrentezőnek nem jelent problémát, de NASA adattárolókról renderelve a fájlokat és onnan kiküldve már komolyabb feladat volt. 30-40 szerver folyamatosan szívta ki az adatot a NASA-tól, közben arra is figyelve, hogy soha ne terhelődjön túl az ottani hálózat.

A következő probléma az volt, hogy minden műholdkép tele volt felhőkkel, az egyenlítő környékén pedig a túl erős napsütés miatt csillogtak a fényes felületek, illetve a pára és a fényviszonyok is befolyásolták a tiszta képet. A térképek készítői általában megkeresik az egyes régiók legtisztább napjait és összeillesztik a szeleteket, de ez a jól ismert hibákat veti fel, nagyon csúnya montázsok születnek. Előfordulhat, hogy egymás mellé kerül egy téli és egy nyári kép, de az sem ritka, hogy egyszerűen fedések vagy összemosott élek maradnak a térképen.

A megoldás a Mapbox szerint az, hogy a tökéletes műholdképet pixelenként kell felépíteni. Egy adott régióról készült összes képet egymás mellé tették, sorrendbe állították a fedettség alapján és egy speciális algoritmus kiszámolta a vélhető eredeti állapotot és hozzáigazította a környező elemekhez. Majd ezt elkezdték megcsinálni, az összes pixellel a világtérképen. A Mapbox képsorozatokat válogatott össze az egyes helyekről, újrarendezte a pixeleket, kiszűrve a legkevésbé felhősek átlagát. Ez az átlag vált egy adott térképpont úgynevezett “canonical” értékévé, ez lett a viszonyítási alap egy sorozaton belül. Ugyanezt meg kellett ismételni végeláthatatlanul sok ponttal. Loyd úgy próbálta érzékeltetni a skálát, hogy amennyiben 300 dpi felbontással kinyomtatnák a teljes képet, akkor az 5 hektárt fedne le. A következő fordulóban egy algoritmus végigment a képeken és sorbaállította azokat a legsötétebbtől a legvilágosabbig, ekkor már jól látható a földfelszín alakja, a felhők elkülöníthetőek.

Művészet és tudomány

Számolni kellett azzal is, hogy tavasszal és nyáron a növényzet zöld, majd ősszel narancsos-vöröses színek uralkodnak, télen pedig a hó kitakar mindent. Ezek átlaga egy sáros barna árnyalatot adna, ezért egy további szűrést is be kellett iktatni, hogy a legerősebb növényzet legyen a képeken. Az északi féltekén május-június, délen pedig december-január a legalkalmasabb időszak a felvételre. Az utolsó simítások közben még történik némi effektelés, illetve kisebb (a valóságban nagy) tereptárgyat eltávolítanak szintén pixelenként a mérnökök.

Égbe révedő informatikusok: az Időkép-sztori Mi fán terem az előrejelzés, hogy milyen infrastruktúra dolgozik az Időkép alatt, mi várható a deep learning modellek térnyerésével?

A kép egy nagyon érdekes kombináció: minden egyes pixel forrása természetes, hiszen minden fotó a valóságot ábrázolja egy valódi kamerával fényképezve. A szelekciós, illetve szűrő eljárás viszont teljesen szintetikus. A végeredmény egy olyan kép, amit egy tökéletesen felhőmentes, örök nyárba ragadt Földből látnánk az űrből nézve. A készítők szándéka, hogy létrejöjjön a “legszebb térkép”, ami ugyan a valóságot tükrözi, de egy olyan módon, ahogy az sosem volt egyben látható.

A projektnek persze gyakorlati haszna is van, s azon túl, hogy a Mapbox rendelkezni fog egy tökéletes műholdas alaptérképpel, meg lesz az az előnye, hogy könnyebben tudják majd a változásokat észlelni a jövőbeni képeken, ha nem egy zajos vagy rossz minőségű alapot használnak. Ezen felül az adatok használhatóak a több spektrumú adatelemzéshez is, amit szintén műholdak felvételeire alapoznak a kutatók. Gleccserek, tűzvészek, áradások, erdők megfigyelésére, hőmérsékleti változások követésére, az urbanizáció megjelenítésére vagy éppen a mezőgazdasági termények növekedésének elemzéséhez is kiváló segítség lehet egy ilyen térkép.

Egy nemrégiben megjelent Google-kutatás szerint a digitális térképészet globálisan egy 270 milliárd dolláros piac, ahol csak egy specifikus startup cég elindítása 100 milliós összeg. A Mapbox ebben a tengerben egyelőre egyetlen csepp, a maga 30 fős stábjával, de a nyílt forrású filozófiájával egy érdekes határköve lehet az üzleti és a tudományos térképkutatásoknak.