पृथ्वी-अवलोकन उपग्रह ढेर सारे अनुप्रयोगों के लिए डेटा प्रदान करते हैं – जलवायु परिवर्तन की निगरानी और युद्ध अपराधों का दस्तावेजीकरण करने से लेकर आपदा राहत की योजना बनाने और बर्फ की गहराई का आकलन करने तक। शोधकर्ता भी बड़े लाभार्थी हैं।
700 किलोमीटर की ऊंचाई पर परिक्रमा करते हुए, यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी (ईएसए) के उपग्रह रडार संकेतों को पृथ्वी तक भेजते हैं। ये ग्रह की सतह से बिखर जाते हैं और उपग्रह पर वापस परावर्तित हो जाते हैं, जिससे आसमान में बादल छाए होने पर भी इलाके की तस्वीरें मिलती हैं। अभी, कोनराड शिंडलर और उनकी टीम यूक्रेन की छवियों में रुचि रखते हैं। ईटीएच ज्यूरिख में इंस्टीट्यूट ऑफ जियोडेसी एंड फोटोग्रामेट्री के प्रमुख शिंडलर कहते हैं, “उपग्रह हर दो दिन में देश के ऊपर से उड़ान भरते हैं, जो हमें एक तरह का धीमी गति वाला वीडियो देता है।” “यदि सिग्नल मलबे के ढेर से टकराता है जहां कभी साबुत इमारतें थीं, तो यह एक अलग रूप में वापस उछलता है।” ऐसा इसलिए है क्योंकि खुरदरी सतहों की तुलना में चिकनी सतहें रेडियो तरंगों को अधिक प्रभावी ढंग से प्रतिबिंबित करती हैं।
ऐसा नहीं है कि नग्न आंखें स्वतंत्र रूप से सुलभ छवियों की इस धारा का अधिक अर्थ समझ सकती हैं। यह एक स्वचालित निगरानी प्रणाली का काम है जो कृत्रिम बुद्धिमत्ता की शक्ति का उपयोग करता है। शिंडलर बताते हैं, “सिस्टम डेटा में पैटर्न की पहचान करने के लिए आंकड़ों का उपयोग करता है।” यह मशीन लर्निंग का एक उदाहरण है, जिसके तहत एक अल प्रणाली को संदर्भ छवियों के साथ प्रशिक्षित किया जाता है जो स्पष्ट रूप से दिखाती है, उदाहरण के लिए, एक इमारत जो नष्ट हो गई है और जो अभी भी बरकरार है, के बीच का अंतर।
ये संदर्भ डेटा संयुक्त राष्ट्र उपग्रह केंद्र, यूएनओएसएटी द्वारा प्रदान किया गया था। यहां, विशेषज्ञ इमारतों को हुए नुकसान की पहचान करने और इस तरह नागरिक बुनियादी ढांचे पर बमबारी जैसे युद्ध अपराधों का दस्तावेजीकरण करने के लिए व्यावसायिक स्रोतों से प्राप्त उच्च-रिज़ॉल्यूशन छवियों का परिश्रमपूर्वक निरीक्षण करते हैं। शिंडलर कहते हैं, “हमारी निगरानी प्रणाली निश्चित रूप से इन लोगों को बदलने के लिए नहीं बनाई गई है।” “लेकिन बड़े क्षेत्रों को कवर करने की इसकी क्षमता उन्हें इस बारे में उपयोगी मार्गदर्शन देती है कि कहां करीब से देखना है।”
यह पाठ ETH पत्रिका ग्लोब के 24/04 अंक में छपा।
सहायता संगठनों के लिए मानचित्र
युद्ध क्षति का मानचित्रण उन दो परियोजनाओं में से एक है जिस पर शोधकर्ताओं ने रेड क्रॉस की अंतर्राष्ट्रीय समिति (आईसीआरसी) के साथ सहयोग किया है। “दूसरे ने एक बहुत ही सरल प्रश्न का उत्तर देने की कोशिश की – अर्थात्, लोग कहाँ हैं?” शिंडलर बताते हैं. जब आईसीआरसी प्राकृतिक आपदाओं के मद्देनजर राहत अभियान या टीकाकरण अभियान शुरू करता है, तो उसे जनसंख्या घनत्व पर डेटा की आवश्यकता होती है। कम विकसित देशों में, इसकी अक्सर कमी होती है – और तभी रेड क्रॉस जनसंख्या मानचित्रों पर वापस आता है जो शिंडलर का समूह उपग्रह डेटा से बनाता है।
शोधकर्ता उपग्रह अवलोकन और मशीन लर्निंग के इस शक्तिशाली कॉकटेल का उपयोग व्यापक क्षेत्रों में करते हैं। उदाहरण के लिए, स्विस स्टार्ट-अप एक्सोलैब्स के सहयोग से, उन्होंने एक ऐसी प्रणाली विकसित की है जो पारंपरिक स्रोतों की तुलना में बर्फ के आवरण का तेज़ और अधिक सटीक आकलन प्रदान करती है। शोधकर्ताओं ने उपग्रह चित्रों और डिजिटल ऊंचाई मानचित्रों के आधार पर स्विट्जरलैंड में बर्फ की गहराई के अनुमान के साथ सिस्टम को फीड करना शुरू किया। विमान और मौसम विज्ञान ग्राउंड स्टेशनों द्वारा एकत्र किए गए सटीक डेटा के साथ तुलना का उपयोग करके, सिस्टम ने सीखा कि उपग्रह-आधारित अनुमानों को कैसे बेहतर बनाया जाए। अब यह दैनिक बर्फ की गहराई के नक्शे प्रदान करता है, एक सेवा जिसे जल्द ही व्यावसायिक आधार पर लॉन्च किया जाएगा।
पेड़ों की ऊंचाई का वैश्विक मानचित्र पहले ही निःशुल्क उपलब्ध कराया जा चुका है। इसके अलावा उपग्रह डेटा के आधार पर, इसका उपयोग मुख्य रूप से पर्यावरणीय उद्देश्यों के लिए किया जाता है। शिंडलर बताते हैं, “जाहिर है, आप अंतरिक्ष से किसी पेड़ के निचले हिस्से को नहीं देख सकते हैं, लेकिन परावर्तित संकेत में विस्तृत सामग्री होती है, विशेष रूप से अवरक्त रेंज में, जिससे वनस्पति के बारे में बहुत सारी जानकारी प्राप्त की जा सकती है।” अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (आईएसएस) पर एक लेजर स्कैनर से संदर्भ डेटा का उपयोग करते हुए, एक कंप्यूटर प्रोग्राम ने सीखा है कि अवलोकन के तहत क्षेत्र के रोशनी पैटर्न के आधार पर पेड़ों की ऊंचाई कैसे प्राप्त की जाए। एक पेड़ की चोटी से वापस उछलती हुई एक लेजर पल्स को आईएसएस पर वापस लौटने में नीचे जमीन से परावर्तित होने वाले पल्स की तुलना में न्यूनतम कम समय लगता है। यह अंतर स्थानीय वनस्पति की ऊंचाई की गणना करने के लिए पर्याप्त है।
वनों के लिए पूर्व चेतावनी प्रणाली
ईटीएच ज्यूरिख में वन संसाधन प्रबंधन के प्रोफेसर और स्थलीय पारिस्थितिकी तंत्र संस्थान के प्रमुख वेरेना ग्रिज़ कहते हैं, “चंदवा की ऊंचाई का वैश्विक मानचित्रण वनस्पति की उम्र के बारे में दिलचस्प जानकारी भी प्रदान करता है।” वह और उनकी टीम पेड़ों के स्वास्थ्य के बारे में और अधिक जानने के लिए उपग्रह डेटा का उपयोग कर रही है। ग्रिएस कहते हैं, “जलवायु परिवर्तन ने हमें तेजी से बदलाव के युग में धकेल दिया है।” “यह हमारे जंगलों पर भी लागू होता है, जहां कीटों, उड़ाही, आग और सूखे से होने वाली समस्याएं बहुत बढ़ रही हैं।” उपग्रह डेटा का उपयोग करते हुए, शोधकर्ता एक पूर्व-चेतावनी प्रणाली स्थापित करने की योजना बना रहे हैं जो मानव आंखों को इस तरह की क्षति दिखाई देने से पहले ही हमें संकटग्रस्त वनों के बारे में सचेत कर देगी। इस प्रणाली का उपयोग कम आबादी वाले क्षेत्रों में जंगल की आग के पहले संकेतों का पता लगाने के लिए, या यह दिखाने के लिए भी किया जा सकता है कि स्विट्जरलैंड में वानिकी द्वारा प्रदान किए जाने वाले प्राकृतिक खतरों से सुरक्षा के लिए उपचारात्मक उपायों की आवश्यकता कहां है। उपग्रह डेटा उन क्षेत्रों की भी पहचान कर सकता है जो लकड़ी निकालने के लिए उपयुक्त हैं या जिन्हें उनकी उच्च जैव विविधता के कारण संरक्षण की आवश्यकता है। ग्रिएस बताते हैं, “हमारा उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि प्रत्येक स्थान के लिए सही निर्णय लिया जाए।”
शोधकर्ता अब एक ऐसे मॉडल पर काम कर रहे हैं जो उपग्रह चित्रों से पेड़ों की प्रजातियों की स्वचालित रूप से पहचान करने में सक्षम होगा। उन स्थानों के डेटा पर प्रशिक्षित, जहां बीच, स्प्रूस या लार्च जैसी प्रजातियां बढ़ती हुई मानी जाती हैं, मॉडल धीरे-धीरे उपग्रह छवियों में संबंधित पैटर्न की पहचान करना सीखता है। हाइपरस्पेक्ट्रल सेंसर का उपयोग करके, उपग्रह पेड़ों के स्वास्थ्य पर ऐसी जानकारी भी एकत्र कर सकते हैं जो मानव आंखों के लिए अदृश्य है। इसमें पत्तियों में कुछ पदार्थों की सांद्रता को मापना और किसी भी परिवर्तन की निगरानी करना शामिल है जो कीट संक्रमण के प्रारंभिक चरण का संकेत दे सकता है।
के बारे में
वेरेना ग्रिज़ ईटीएच ज्यूरिख में पर्यावरण प्रणाली विज्ञान विभाग में वन संसाधन प्रबंधन की प्रोफेसर हैं
कोनराड शिंडलर ईटीएच ज्यूरिख में सिविल, पर्यावरण और जियोमैटिक इंजीनियरिंग विभाग में फोटोग्रामेट्री और रिमोट सेंसिंग के प्रोफेसर हैं।
बेनेडिक्ट सोजा ईटीएच ज्यूरिख में सिविल, पर्यावरण और जियोमैटिक इंजीनियरिंग विभाग में स्पेस जियोडेसी के प्रोफेसर हैं। इस प्रोफेसरशिप को अल्फ्रेड और फ्लोरा स्पाल्टी फोंड्स द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
द्वि-आयामी उपग्रह छवियों को या तो उपग्रहों, विमान या ड्रोन पर या जमीन पर स्थित लेजर स्कैनर से 3डी डेटा से समृद्ध किया जा सकता है। ETH ने हाल ही में अपने आल्प्स सुपरकंप्यूटर का उद्घाटन किया, जो डेटा विश्लेषण को गति देगा और AI मॉडल के प्रशिक्षण में सुधार करेगा। ग्रिएस कहते हैं, “यह तकनीक हमारे उत्कृष्ट छात्रों और विश्वविद्यालय प्रोफेसरशिप और ईटीएच डोमेन के अन्य सदस्य संस्थानों के बीच उत्कृष्ट सहयोग के साथ-साथ हमारे धनुष में एक और कड़ी जोड़ती है।” “स्विट्ज़रलैंड के पास अब इस क्षेत्र में विशेषज्ञता का वास्तविक खजाना है, जो उस हद तक केंद्रित है जो आपको कहीं और नहीं मिलेगा।”
जीपीएस प्रौद्योगिकी का पुन: उपयोग किया गया
जीपीएस उपग्रहों से संकेतों का उपयोग करके वुडलैंड के पेड़ों के स्वास्थ्य की भी जांच की जा सकती है। जब एक जीपीएस रिसीवर को एक पेड़ के नीचे और दूसरे को कुछ दूरी पर रखा जाता है, तो प्राप्त संकेतों में अंतर यह गणना करने के लिए काम कर सकता है कि पेड़ में कितना बायोमास है। स्पेस जियोडेसी के प्रोफेसर बेनेडिक्ट सोजा कहते हैं, “यह आश्चर्यजनक है कि आप उस तकनीक के साथ क्या कर सकते हैं जो पूरी तरह से अलग चीज़ के लिए विकसित की गई थी – इस मामले में, नेविगेशन।”
MeteoSwiss के सहयोग से, सोजा और उनकी टीम ने पूरे स्विट्जरलैंड में स्थित कई मौसम स्टेशनों पर कम लागत वाले जीपीएस रिसीवर स्थापित किए हैं। वे उपग्रहों द्वारा प्रसारित रेडियो संकेतों के प्रसार में संबंधित देरी का पता लगाकर वायुमंडल में जल वाष्प के स्तर को मापते हैं। इस डेटा का उपयोग मौसम केंद्र के ऊपर आर्द्रता की गणना करने के लिए किया जाता है और इस तरह बारिश के पूर्वानुमान में सुधार किया जाता है।
साथ ही, लंबे समय तक ऐसे डेटा के विश्लेषण से जलवायु परिवर्तन पर भी जानकारी मिलती है। एक गर्म वातावरण अधिक नमी को अवशोषित करता है – यानी, अधिक जल वाष्प। सोजा बताते हैं, “यह बदले में जलवायु परिवर्तन को तीव्र करता है, क्योंकि जल वाष्प भी एक ग्रीनहाउस गैस है – वास्तव में, सबसे प्रचुर मात्रा में।” “इससे वातावरण पर जलवायु परिवर्तन के स्थानीय प्रभाव को निर्धारित करना बहुत आसान हो जाता है।” जीपीएस माप से पता चलता है कि, औसतन, कुछ क्षेत्र गीले हो गए हैं और अन्य शुष्क हो गए हैं।
ग्रीनलैंड और अंटार्कटिका में बर्फ की चादरों के पिघलने पर नज़र रखने के लिए शोधकर्ता एक अन्य तकनीक का उपयोग कर रहे हैं। एक साथ उड़ान भरने वाले दो उपग्रह पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को मापते हैं, जो किसी विशेष स्थान पर मौजूद द्रव्यमान के अनुसार भिन्न होता है। सोजा बताते हैं, “इसका मतलब है कि हम अंतरिक्ष से इस द्रव्यमान में किसी भी बदलाव को माप सकते हैं।” ऊंचाई मापने वाले अन्य उपग्रहों की मदद से इस डेटा को और अधिक परिष्कृत किया जा सकता है। “ध्रुवीय क्षेत्रों में बड़े पैमाने पर बर्फ पिघल रही है। हम हर साल सैकड़ों गीगाटन बर्फ खो रहे हैं – ज्यूरिख शहर के आकार के 3,000 मीटर ऊंचे घन के बराबर – और इससे समुद्र का स्तर बढ़ रहा है।” “सोजा कहती है. “उपग्रह अवलोकन अंटार्कटिक और ग्रीनलैंड की बर्फ की चादरों पर जलवायु परिवर्तन के प्रभाव को ट्रैक करने का सबसे अच्छा तरीका है।”
