L’intelligenza artificiale prende il polso della Terra

Vulcanico eruzioniinondazioni e tornado possono cambiare radicalmente la superficie della Terra al punto in cui le alterazioni possono essere viste dallo spazio. Alcune modifiche determinate dall’intervento umano, come l’estrazione mineraria e la deforestazione, sono visibili anche nelle immagini satellitari.

Negli ultimi 50 anni, i satelliti Landsat della NASA hanno registrato i cambiamenti della superficie del nostro pianeta. Ora le mappe di una società chiamata terraPulse Inc. aiutano le istituzioni accademiche, le organizzazioni non governative e le aziende a vedere, comprendere e gestire tali cambiamenti.

Questa immagine a colori naturali delle montagne della Pennsylvania centrale, scattata da Landsat 8, mostra i colori delle foglie che cambiano e la topografia unica della regione. Grazie a più di 50 anni di osservazione planetaria dall’orbita terrestre bassa, è possibile vedere i cambiamenti naturali e quelli progettati dall’uomo. Credito immagine: NASA

Combinando dati storici e attuali provenienti da più satelliti NASA ed europei, l’azienda con sede a North Potomac, nel Maryland, applica l’intelligenza artificiale (AI) per creare mappe significative. Questa applicazione dell’enorme volume di dati della NASA consente al settore privato di prendere decisioni ecologiche basate sui dati, secondo Joe Sexton, capo scienziato di terraPulse.

“Prendiamo il polso del pianeta”, ha detto. “Siamo in grado di vedere l’intera superficie della Terra attraverso quasi 40 anni di cambiamenti. Molte società sono cresciute e spesso hanno fallito perché non riuscivano a vedere che stavano superando e abusando delle loro risorse naturali. Questa nuova capacità è la migliore possibilità dell’umanità per la sostenibilità globale”.

Fotografati dagli strumenti satellitari, i danni causati dalle eruzioni vulcaniche e da altri disastri naturali possono essere facilmente visibili. Ma terraPulse si avvale della competenza nei sistemi di informazione geografica e degli algoritmi proprietari per mappare i cambiamenti, compreso il ripristino dell’ecosistema, che avvengono nel corso di molti anni. Credito immagine: US Geological Survey

Dati pratici

“Una delle missioni più importanti della NASA è studiare il nostro pianeta natale”, ha affermato la dottoressa Kathrine Calvin, capo scienziata dell’agenzia e consulente senior sul clima, spiegando che i numerosi satelliti della NASA per l’osservazione della Terra dispongono di strumentazione per raccogliere una varietà di informazioni. Tali dati includono immagini, misurazioni atmosferiche e altro ancora, creando una visione completa del nostro mondo in continua evoluzione (Spin off 2022).

Tutto ciò ha contribuito a rendere la NASA un leader globale nella comprensione delle scienze della Terra e dei cambiamenti climatici. Ampi sforzi di collaborazione con agenzie spaziali internazionali, istituzioni accademiche, ricercatori e altri identificano le lacune nei dati e nella progettazione di iniziative future. I dati risultanti sono disponibili gratuitamente a chiunque lo desideri.

Se un comune vuole valutare un terreno per la conservazione, o un costruttore vuole trovare lotti con le migliori viste, terraPulse può mappare per questo. Questa immagine della suddivisione del Lago Artemesia nel Maryland creata dall’azienda delinea lotti, strutture esistenti e copertura arborea. Credito immagine: terraPulse Inc.

“Generiamo un volume molto elevato di dati e stiamo iniziando a spostarli nel cloud”, ha affermato Calvin. Analizzare e organizzare i set di dati e presentarli in formati utili è un altro sforzo continuo. Utilizzando l’innalzamento del livello del mare come esempio, Calvin ha spiegato che i satelliti misurano l’altezza e il ritiro delle enormi calotte glaciali e il tasso di innalzamento del livello del mare nel tempo.

I dati aiutano gli scienziati a comprendere i cambiamenti dell’ambiente e i processi che li determinano, i quali possono fornire informazioni pratiche ai decisori locali per la pianificazione delle infrastrutture e la preparazione alle catastrofi.

Al Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, che gestisce molte delle missioni satellitari dell’agenzia, Sexton è stato assunto nel 2009 come scienziato post-dottorato in un progetto per creare la prima mappa ad alta risoluzione al mondo della copertura e dei cambiamenti forestali globali. Si è rivelato formativo per il suo lavoro.

Piantare alberi, prevenire gli incendi

I dati geospaziali – informazioni su fenomeni, oggetti o eventi sulla superficie terrestre – sono un settore in rapida crescita.

“Questa nuova combinazione di immagini satellitari, intelligenza artificiale e cloud ci dà la capacità di sviluppare più rapidamente e produrre prodotti di dati pertinenti a supporto di un settore completamente nuovo basato sull’intelligenza della posizione”, ha affermato Sexton.

I fondi provenienti da numerosi sostenitori del settore pubblico e privato, comprese le sovvenzioni finanziate dalla NASA, hanno costruito la prima mappa globale delle foreste al mondo con risoluzione Landsat. L’uso dell’intelligenza artificiale e dell’apprendimento automatico ha consentito al team con cui Sexton ha successivamente lavorato presso l’Università del Maryland di completare il progetto nel 2013.

TerraPulse è stata fondata nel 2014 per offrire monitoraggio e analisi degli ecosistemi su scala locale e globale. Ciò che era iniziato come sostegno alla ricerca accademica e scientifica si sta espandendo fino a includere numerosi interessi commerciali.

Un’azienda produttrice di piantine di pino aveva bisogno di identificare le radure di legname negli Stati Uniti sudorientali per raggiungere potenziali clienti della riforestazione. Un’azienda produttrice di energia da biomassa aveva bisogno di verificare che i fornitori eseguissero la riforestazione dopo aver raccolto il legno per i propri stabilimenti. L’integrazione delle osservazioni sul campo fa risparmiare ore al personale e il costoso processo di valutazione di tali osservazioni.

Tuttavia, mappare la biomassa – il mix di vegetazione sul terreno come alberi, cespugli ed erba – può essere complicato. È essenziale che i dati storici per la stessa identica area geografica vengano raccolti nel corso degli anni. “Possiamo tornare indietro ovunque nel mondo perché gli algoritmi e i dati di terraPulse sono coerenti nel tempo”, ha affermato Sexton.

La stessa visione globale consente anche di esaminare eventuali incendi verificatisi nella registrazione satellitare.

Il fuoco cambia il paesaggio, quindi è essenziale utilizzare le immagini corrette quando si modella il rischio di incendio. La previsione degli incendi è fondamentale per la sicurezza pubblica e la pianificazione delle catastrofi. Ma sempre più industrie stanno anche cercando dati satellitari per pianificare la resilienza ai cambiamenti climatici monitorando le strutture in tutto il mondo, identificando fattori di rischio gestibili e altro ancora (Spin off 2021).

Valorizzare i crediti di carbonio

Agenti immobiliari, compagnie assicurative, investitori e sviluppatori stanno adottando una visione più sostenibile dell’uso del territorio e si rivolgono ad aziende come terraPulse per ottenere migliori informazioni su un’area geografica. Per un resort, le viste migliori possono determinare il valore dell’affitto delle cabine. Altri potrebbero aver bisogno di sapere quali risorse naturali si trovano nelle vicinanze.

Secondo Sexton, le strategie di valutazione del rischio rappresentano un obiettivo primario. “Aiuta il cliente quando prendiamo i suoi dati, applichiamo la nostra intelligenza artificiale e forniamo loro una mappa regionale che mostra cambiamenti e condizioni specifici per le sue esigenze”, ha affermato. Potrebbe essere necessario esaminare la cronologia delle inondazioni per aggiungere misure preventive.

Anche i clienti del settore agricolo hanno bisogno di informazioni, sia che si tratti di un’azienda agricola a conduzione familiare o di più aziende in diversi stati. Gli agricoltori possono monitorare le caratteristiche del terreno e dell’habitat della fauna selvatica nelle vicinanze per informare sui cambiamenti nella semina. Gli allevatori di bestiame monitorano gli indici di salute della vegetazione durante la stagione di crescita per influenzare le scelte di gestione del territorio.

Un nuovo servizio chiamato terraView è una piattaforma online per il monitoraggio della copertura arborea, della deforestazione e di altri indici. Con una risoluzione spaziale di 32 piedi a partire dal 2017 utilizzando i dati Sentinel-2 dell’ESA e una risoluzione spaziale di 98 piedi fino al 1984 utilizzando Landsat, questo servizio rileva e monitora i cambiamenti forestali a livello globale alla massima risoluzione disponibile su scala mondiale.

Per i clienti del mercato del carbonio, questo tipo di mappatura aiuta a stabilire il valore delle aree boschive lasciate allo stato naturale. Per compensare le emissioni di combustibili fossili, un’azienda può acquistare “crediti di carbonio”: un credito equivale a una tonnellata di anidride carbonica o alla quantità equivalente di un altro gas serra.

Acquistare crediti pari alle emissioni prodotte ridurrà, in teoria, o sequestrerà la stessa quantità di gas serra. Il denaro può essere utilizzato per gli sforzi di rimboschimento o per pagare i singoli individui affinché mantengano terreni non edificati.

Una sfida per il proprietario terriero è identificare la quantità di carbonio che un’area geografica può sequestrare, che è ciò che determina il suo valore creditizio. Per le aziende che acquistano tali crediti, il monitoraggio del territorio è un modo per garantire il mantenimento della compensazione delle emissioni di carbonio.

Nel 2022 gli incendi nel New Mexico hanno bruciato oltre 1.000 acri. Questa mappa della parte settentrionale dello stato creata da terraPulse mostra la perdita di alberi (rossa) avvenuta tra il 2010 e il 2015 rispetto alla restante chioma arborea (verde). I dati storici estratti dai satelliti consentono di tenere traccia di cambiamenti come questi. Credito immagine: terraPulse Inc.

Vedere dietro gli angoli

La combinazione di dati e misurazioni provenienti da numerosi satelliti stimerà i cambiamenti nella copertura arborea, nella biomassa e nell’habitat della fauna selvatica. “Ciò che fornisce il telerilevamento sono informazioni sugli orari e sui luoghi a cui non puoi accedere da solo. Ciò include l’altra parte del pianeta”, ha detto Sexton.

Queste misurazioni effettuate dallo spazio sono ancora oggetto di importanti attività di ricerca e sviluppo. La NASA Earth Science sta finanziando diverse iniziative per sviluppare la tecnologia necessaria per utilizzare il telerilevamento per ampliare la nostra comprensione dell’impatto del cambiamento della copertura del suolo. Uno di questi è monitorare la salute dei cervi selvatici utilizzando FitBits per comprendere l’impatto del cambiamento dell’habitat.

Questo lavoro intrapreso da terraPulse è di particolare interesse per Sexton, che ha una formazione ecologista. Secondo lui, questo tipo di informazioni sono essenziali per mantenere le foreste sane per la fauna selvatica.

“L’osservazione della Terra ci dice come appare il nostro pianeta adesso. Forniamo queste informazioni alle persone in tempo quasi reale in molti casi, in modo che possano rispondere al mondo e a come è cambiato intorno a loro”, ha affermato Calvin.

Sexton chiama la capacità di accedere a quelle informazioni sui luoghi che le persone non riescono a raggiungere “vedere dietro gli angoli”. Apprezza il contributo che la NASA ha dato alla “democratizzazione” dell’accesso.

“Qualsiasi persona con accesso a un computer e a Internet è in grado di vedere qualsiasi parte del mondo con una risoluzione più elevata che mai”, ha affermato.

Fonte: NASA