Läsa landskap. Satellitbilder i samhällsvetenskapens tjänst
Syftet med detta projekt är att vidareutveckla en metod för samhällsvetenskaplig satellitbildsanalys som tagits fram vid den Kulturgeografiska institutionen på Stockholms universitet. Till skillnad från naturvetenskaplig satellitbildstolkning som ofta fokuserar på att tolka det ljus som reflekteras från en viss punkt på jordytan går den nya metoden ut på att analysera hur olika markklasser är lokaliserade i förhållande till varandra på detaljerad geografisk nivå.
Fördelen med detta angreppssätt är att mänsklig markanvändning kännetecknas av att relativt närliggande ytor reserveras för skilda ändamål: byggnader, gräsmatta, trädgårdsland, tillfartsvägar, uppställningsplatser, bete, åker, äng, skog och så vidare. Ett visst sätt att organisera markanvändningen ger sig därför tillkänna genom att man i ett avgränsat geografiskt område hittar en typisk kombination av markklasser.
Utveckling av allt snabbare datorer har gjort det möjligt att genomföra en sådan kontextuell analys även för de mycket stora informationsmängder som en satellitbild innehåller. Vår bedömning är därför att vi kan få fram en välfungerande metod för att identifiera olika markanvändningskomplex, och att vår forskargrupp på så sätt kan bidra till ett genombrott för en samhällsvetenskaplig baserad satellitbildsanalys.
Ett viktigt inslag i projektet är ett samarbete med forskare som kan komplettera analysen av satellitbildsdata med en kvalitativ analys av de olika brukningsformer man hittar i ett område.
Bo Malmberg, Kulturgeografiska institutionen, Stockholms universitet
2008-2013
Projektet syfte har varit att testa om det är möjligt att extrahera objekt ur satellitdata som är intressanta för samhällsvetare. Projektet har visat att det går att identifiera sociogeografiska objekt. T.ex. har projektet visat att det går att skilja olika driftsinriktningar inom jordbruk då rumsligt kontextuell information utnyttjas. I utbredningen av de segmenteringar som skapats med projektets metod uppträder meningsfull information. Ett dilemma är dock att denna nya information ofta behöver verifieras och tolkas.
Under projektettiden kom projektet att fokuserat mer tid på tester inom andra tillämpningsområden än de som avsågs i ansökan, så till exempel har metoden testats tillsammans med andra forskare för frågor som rör skador på skog och skogsbruk.
Genom ett viktigt framsteg i utvecklingen av metod för segmentering av satellitbilder skedde i en tidig fas av projekt. Mycket tid kom därför att allokeras för att testa och utveckla den automatiska kontextuella segmenteringsteknik som projektet utvecklat, och som numera kallas WICS (Window Independent Context Segmentation). Dess internationella verkshöjd bekräftas av projektgruppens erhållna patent för denna teknik.
Projektet avsåg inte i ansökan att engagera andra forskare men projektmedlemmarna organiserade 2012 en forskarutbildningskurs för doktorander i samhällsvetenskaplig fjärranalys på basis av forskningsresultaten i projektet, flera av dessa deltagare kommer att använda fjärranalys och de metoder projektet arbetat fram i sina respektive avhandlingsprojekt.
Projektet tre viktigaste resultat
(1) En nyutvecklad metod för kontextuellt baserad klassificering som bygger på den metod som presenterades i ansökan.
(2) Projektets hypotes att kontextuell klassificering gör det möjligt att urskilja samhällsvetenskapligt meningsfulla objekt i fjärranalysbilder har bekräftats.
(3) Projektet har vidare visat att den utvecklade metoden för kontextuell klassificering också är användbar för utskilja olika naturtyper, inte minst i högupplösta fjärranalysbilder. Projektet har publicerat två artiklar baserade på den metod (SRPC) som presenterades i ansökan samt utvecklat metoden delar av denna vidare till en automatisk kontextuellt segmenteringsteknik, WICS som visat sig producerar mycket tillförlitliga resultat. Doktoranden Michael Nielsen har använt denna metod framgångsrikt i två fallstudier, dels över Stockholm och dels över staden Columbus i Ohio (USA), samt i en studie över ett skogsområden i Bayern, Wästfelt har använt samma teknik för en förändringsanalys över västra östgötaslätten. I denna studie undersöks de relativa förändringar som sker i kompositionen av jordbrukslandskapet när jordbruket ställdes om till större driftsenheter efter avregleringen av det svenska jordbruket 1991. Projektet har också lyckats publicera en antal mindre artiklar som presenterar utgångspunkter för de framtagna metoderna, se vidare publiceringsförteckning.
Projektgruppen har som nämnts beviljats två patent i Sverige såväl som internationellt för denna inom projektet utvecklade teknik.
En fråga som framstår som central att gå vidare med är om det finns naturliga contextuella klasser Det tycks utifrån projektets empiriska resultat som att den rumsliga aspekten som vägs in WICS på empirisk grund är så stark att den uppväger en del av de dilemman som ickeledd statistisk klassificering för med sig. Frågan korresponderar med vilka karakteristiska avstånd och relativa skalor som olika markslag eller urbana miljöer förekommer uppträder genom.
En annan fråga som framkommit under projektets gång och som inte är besvarad är vad som utgör den skillnaden mellan den tidigare tekniken SRPC och WICS, hur skiljer de sig åt och vad betyder skillnaden på en semantisk nivå i konceptualiseringen av det som är finns i bilden. Projektet har arbetat med semantiska rymder och vi menar att det skulle gå att beskriva skillnaderna med den begreppsapparat men det kräver fortsatt forskning.
Hur ska de relativa dimensioner i landskapet som projektets kontextuella metoder fångar upp beskrivas och vad betyder dessa för markanvändning. Genom att utveckla hanteringen av de relativa dimensionerna kan information skapas som har avgörande betydelse för förändringsprocesser i landskap och städer.
En annan fråga som projektet brottats med är verifiering av resultaten, vad är en bra och effektiv lösning?
Projektet har presenterat preliminära resultat vid Annual meeting for American Geographers, AAG 2009, 2010, 2013, Permanent European Conference for the Study of the Rural Landscape 2012, samt publicerat alla projektets resultat i internationella tidskrifter.
I artikeln Wästfelt et al 2012, bekräftades att det som Wästfelt funnit för svenska förhållanden även fungerade i en Afrikansk kontext. Ytterligare en parallell publiceringar har genomförts för denna teknik.
Publicering av patenten visar dels på ett helt nytt sätt att segmentera bildinformation som kan få stort genomslag på lång sikt.
Forskargruppen har tre inskickade manuskript där Wics-tekniken har använts och beskrivs (Nielsen 2 st, Wästfelt 1) samt två manuskript baserad på denna teknik (Nielsen 1, Wästfelt 1).
Projektets publiceringsstrategi har syftat till att publicera i internationellt erkända tidskrifter. Efter inbjudan har även en artikel författats för publicering i Journal of Art History.
Publikationer
Wästfelt, A. The production of landscape change, Case-study over western part of Östergötland Sweden. In Prep will be submitted to Remote Sensing of Environment.
Nielsen, M. Extraction of urban areas with different functions and underlying planning ideologies using Window Independent Context Segmentation. Submitted to Computers, Environment and Urban Systems.
Nielsen, M. Ahlkvist, O. Urban area category extraction using window independent context segmentation from a SPOT 4 scene covering Columbus, Ohio. Submitted to Journal of Spatial Science.
Nielsen, M. Heurich, M, Brun, A. Malmberg, B. Automatic mapping of standing dead trees after an inscect outbreak. Submitted to Journal of Forestry.
Wästfelt, Anders. Transformations of satellite images. Submitted to Journal of Art History.
Nielsen, Michael Meinild; “Extraction of different urban area categories from satellite images using Window Independent Context Segmentation”. In: Stilla U, Gamba P, Juergens C, Maktav D (Eds) JURSE 2011 - Joint Urban Remote Sensing Event Munich, Germany, April 11-13, 2011
Wästfelt, A. Arnberg, W. 2013. Local space context measurements used to explore the relationship between land cover and land use function. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation.
Wästfelt, A. Tegenu, T. Nielsen, M. Malmberg, B. 2012. Qualitative satellite image analysis: mapping the spatial distribution of farming types in Ethiopia. Applied Geography.
Ahlkvist, O. Wästfelt, A. Nielsen, M. 2012. Formalized interpretation of compound land use objects – Mapping historical summer farms from a single satellite image. Journal of Land use Science. 2012, 1–19.