About Earth Timelapse

קבוצת הנתונים Earth Timelapse מספקת תיעוד ויזואלי של שינויים בכדור הארץ במשך ארבעה עשורים, משנת 1984 עד 2022. מערך הנתונים הזה, שנוצר על ידי Google מפטה-בייט של תצפיות מהחלל שנאספו על ידי פרויקטי Landsat של נאס"א/USGS (Landsat 4, ‏ 5, ‏ 7, ‏ 8 ו-9) ומערך הלוויינים Copernicus Sentinel-2 של ESA, מוצע כפסיפסים שנתיים לפרשנות ויזואלית.

הפסיפסים השנתיים הם מפות בסיס ויזואליות מלאות, ללא פערים, עם הסתרת מים, שזמינות בכל העולם ומוצגות בכלי האינטראקקטיבי לצפייה במציאות בהילוך מהיר (Timelapse) של Google Earth. נתוני תצפית משנים שלפני 1999 שחסרים, משוחזרים בצורה חלקה באמצעות אינטרפולציה של רגרסיה לינארית זמנית ברמת הפיקסל, על פני שנים סמוכות שבהן יש נתונים. המים באוקיינוס הפתוח מוחלפים בנתוני עומק (בתימטריה) של NOAA ETOPO1 עם הצללה ומיסוך גלובלי של מים (באמצעות מערכי הנתונים Hansen GFC ו-MOD44W). הנתונים האלה מתאימים ל: פרשנות ויזואלית, סיפורים חינוכיים, מיפוי בסיסי או ייצוא של סרטונים בהתאמה אישית.

תקופות של רזולוציה מרחבית

הקולקציה של סרטון מציאות בהילוך מהיר ב-Earth כוללת נתונים משתי תקופות שונות של רזולוציה מרחבית:

• ‫1984–2014 (30 מ' / פיקסל): סינתזה מנתוני תצפיות של USGS/NASA Landsat 4,‏ 5,‏ 7 ו-8. התמונות מחולקות לרשתות בשיטת Web Mercator (EPSG:3857) ברזולוציה של 30 מטרים.
• ‫2015 עד היום (19.11 מ' לפיקסל): נוצר על ידי שילוב של תצפיות של מכשיר רב-ספקטרלי (MSI) של ESA Copernicus Sentinel-2A/2B (10 מ' / 20 מ' מקורי) עם Landsat 8 ו-9. התמונות מחולקות לרשתות בשיטת Web Mercator (EPSG:3857) ברזולוציה של ‎~19.11 מטרים.

הפסיפסים השנתיים מכסים את כל היבשות והאזורים החופיים בעולם, מרוחב 82.6°S ועד רוחב 83.69°N בקירוב. כדי לסנתז נתונים שנאספו במשך יותר מארבעה עשורים על כדור הארץ, צריך להרמוניזציה בין מערכות לוויינים שונות לאורך מחזורי החיים התפעוליים שלהן, בין סוגי החיישנים, בין גיאומטריות המסלול ובין הפרעות אטמוספריות.

בצינור העיבוד של Earth Timelapse מוזנים מיליוני סצנות בודדות מתוכנית Landsat של USGS/NASA (Landsat 4,‏ 5,‏ 7,‏ 8 ו-9) וממערך הלוויינים Copernicus Sentinel-2 של סוכנות החלל האירופית (ESA). כדי להפוך תצפיות גולמיות ותצפיות בראש האטמוספירה (TOA) למפות בסיס שנתיות עקביות, כל סצנה עוברת עיבוד באמצעות:

• סינון סצנות פנולוגי ועונתי כדי לשפר את צמיחת הצמחייה בשיא ולמזער את ההשפעות העונתיות החולפות.
• הסרת חוסרים בנתוני הערוץ וצמצום אנומליות בחיישן (למשל, רוויה של Landsat 8 TIRS, ארטיפקטים של Landsat 7 SLC-off).
• ניקוד איכות של עננים, אובך וצללים מכמה חיישנים בשילוב של Landsat simpleCloudScore, שחזור עננים במרחב HSV היוריסטי ו-Sentinel-2 Cloud Score+.
• נרמול פאנכרומטי וחידוד מבני פסאודו-פאנכרומטי כדי להגדיל את הרזולוציה הנראית.
• נורמליזציה רדיומטרית מכוילת של MODIS BRDF באמצעות סינון מרחבי של מעבר נמוך בכמה קנה מידה כדי להסיר גבולות של סצנות תוך שמירה על מרקמי פני השטח המקומיים.
• חידוד קצוות תוך התחשבות במים כדי למנוע הלבנה של קו החוף.
• הוספת חציון זמני של 16 ביט כדי לדחות רעשי רקע זמניים, צללים וארטיפקטים חולפים.
• אינטרפולציה של רגרסיה לינארית זמנית (לנכסי Global Final) כדי לשחזר תצפיות חסרות בפסיפסים מלפני 1999.
• מודלים של בתימטריה גלובלית של האוקיינוס וכיסוי מים בשילוב של NOAA ETOPO1,‏ Hansen Global Forest Change datamask וכיסוי מים של MODIS.
• איזון צבעים גלובלי, שמירה על נקודת לבן של קרח קוטבי, שיפור ניגודיות מקומית (LCE) בכמה קנה מידה לשיפור חזותי.

נתוני המקור ומפרטי החיישנים

אוסף התמונות של Earth Timelapse מבוסס על משימות התצפית הבאות על כדור הארץ מהחלל:

מפרטים של לוויינים וחיישנים

משימת לוויין	חיישן	טווח התאריכים של הנתונים שהועברו	רזולוציה מרחבית	העברה של פסי ספקטרום	מזהה קולקציה ב-Earth Engine	Mosaic Resolution Era
Landsat 4	Thematic Mapper (TM)	‫1982-07-01 – 1993-12-14	‫30 מ' (MS)	כחול, ירוק, אדום, NIR, ‏ SWIR1, תרמי, SWIR2	LANDSAT/LT04/C02/T1	‫30 מ' (1984–1993)
‫Landsat 5	Thematic Mapper (TM)	‫1984-03-01 – 2012-12-31	‫30 מ' (MS)	כחול, ירוק, אדום, NIR, ‏ SWIR1, תרמי, SWIR2	LANDSAT/LT05/C02/T1	‫30 מ' (1984–2012)
‫Landsat 7	Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)	‫1999-04-15 – 2013-08-31	‫30 מטר (MS) / 15 מטר (Pan)	כחול, ירוק, אדום, NIR, ‏ SWIR1, תרמי, SWIR2, ‏ Pan	LANDSAT/LE07/C02/T1 LANDSAT/LE07/C02/T2	‫30 מ' (1999–2013)
‫Landsat 8	Operational Land Imager (OLI) / TIRS	‫2013-02-11 – Present	‫30 מטר (MS) / 15 מטר (Pan)	חוף, כחול, ירוק, אדום, NIR, ‏ SWIR1, ‏ SWIR2, ‏ Pan, ‏ Cirrus, ‏ Thermal	LANDSAT/LC08/C02/T1_RT_TOA LANDSAT/LC08/C02/T2_TOA	‫30 מ' (2013–2014) ‫19.11 מ' (2015 ואילך)
Landsat 9	Operational Land Imager 2 (OLI-2) / TIRS-2	‫2021-11-01 – Present	‫30 מטר (MS) / 15 מטר (Pan)	חוף, כחול, ירוק, אדום, NIR, ‏ SWIR1, ‏ SWIR2, ‏ Pan, ‏ Cirrus, ‏ Thermal	LANDSAT/LC09/C02/T1_TOA	‫19.11 מ' (2021 ואילך)
‫Sentinel-2A / 2B	MultiSpectral Instrument (MSI)	‫2015-06-23 – Present	‫10 מ' / 20 מ' / 60 מ' (MS)	כחול, ירוק, אדום, RedEdge ‏ (1-4), ‏ NIR, ‏ SWIR1, ‏ SWIR2, ‏ WaterVapor, ‏ Cirrus	COPERNICUS/S2_HARMONIZED	‫19.11 מ' (2015 ואילך)

טבלה 1. מערכות חיישנים אופטיים מרכזיים שמשולבות בצינור העיבוד של פסיפס שנתי של סרטון מציאות בהילוך מהיר (Timelapse) של כדור הארץ.

מערכי נתונים עזר ומערכי נתונים להשוואה

1. MODIS Global BRDF / Surface Reflectance Baselines:
   • שילובים של נתוני החזרה מפני השטח שחושבו מראש על פני כמה שנים, מתוך נתוני MODIS (ספקטרומטר הדמיה ברזולוציה בינונית) של לווייני Terra ו-Aqua (אוסף 006: MODIS/006/MCD43A4,‏ MODIS/006/MOD09GA ו-MODIS/006/MYD09GA; שימו לב שאוסף 006 שימש במהלך הייצור ומאז הוחלף באוסף 061) ברזולוציה של 500 מטר, משמשים כיעד רדיומטרי פלנטרי להאחדה של תאורה ואובך בקנה מידה רחב.
2. NOAA ETOPO1 Global Relief:
   • טופוגרפיה גלובלית ובתימטריה של דקת קשת אחת שמשמשות ליצירת תבליט מוצל ריאליסטי של קרקעית האוקיינוס וקווי עומק במוצר הגלובלי עם כיסוי מים.
3. Hansen Global Forest Change (UMD/hansen/global_forest_change_2015):
   • השכבה datamask (שמבחינה בין יבשה, גופי מים קבועים ואזורי חוף) משמשת כגבול ההפרדה העיקרי בין יבשה למים.
4. MODIS Global Land/Water Mask (MODIS/MOD44W/MOD44W_005_2000_02_24):
   • הנתונים האלה משמשים בשילוב עם Hansen GFC כדי לבודד משטחים יבשתיים ולמנוע חדירה של כיסוי מים חופיים.
5. Sentinel-2 Cloud Score+ (GOOGLE/CLOUD_SCORE_PLUS/V1/S2_HARMONIZED):
   • הערכת איכות ברמת הפיקסל שמספקת את המדדים cs (רמת הביטחון לגבי שמיים בהירים) ו-cs_cdf (ההסתברות המצטברת לשמיים בהירים) לנתוני Sentinel-2 MSI.
6. Global Cloud Climatology Statistics:
   • קווי בסיס של ציון הענן המינימלי והאחוזון ה-25, שנגזרים באופן אמפירי ומתאימים את ערכי הסף של מיסוך הענן באזורים טרופיים עם עננות קבועה.

סינון מרחבי וזמני

בפסיפסים השנתיים הגלובליים יש איזון בין הצורך להשיג מספיק תצפיות תקפות באזורים טרופיים שמועדים לפורענות מבחינת עננים, לבין מניעת זיהום של שלג בחורף וזוויות קיצוניות של זנית השמש באזורים בקווי רוחב גבוהים.

חלונות של קווי רוחב ופנולוגיה

• אזור קוטבי בחצי הכדור הצפוני / אזור בקווי רוחב גבוהים (מעל 60° צפון עד 83.69° צפון):
  • סינון ישיר לפי היום בשנה (DOY): התצפיות מוגבלות ל-DOY 150 עד 270 (סוף מאי עד ספטמבר). התמונות האלה מצולמות בעונת הצמיחה הצמחית (כשהצמחייה ירוקה במקסימום) ומצמצמות את ההשפעה של שלג עונתי, כיסוי קרח וצללים ארוכים של פני השטח שנגרמים מזוויות נמוכות של גובה השמש (גובה השמש ≤ 0°).
• האזור הממוזג והאזור הטרופי (57°S עד 60°N):
  • השימוש בשנה הקלנדרית המלאה (1 בינואר עד 31 בדצמבר) מאפשר למקסם את זמינות הסצנות.
• אזור קו רוחב גבוה בחצי הכדור הדרומי / אזור אנטארקטיקה (82.6°S עד 57°S):
  • התצפיות מוגבלות לחלון הזמן של הקיץ בחצי הכדור הדרומי, ומשלימות את נתוני הבסיס הקוטביים הרב-שנתיים כדי למזער זוויות קיצוניות של שמש בנקודת הזנית, פערים בנתוני הלילה הקוטבי וארטיפקטים עונתיים של קרח ימי.

מתודולוגיית עיבוד: פסיפסים שנתיים עם אנונימיזציה

תהליך יצירת הפסיפס השנתי המוסתר יוצר קומפוזיציות גלובליות ביניים שלא עברו אינטרפולציה, לפני מילוי פערים זמניים ועיצוב של מדידות עומק באוקיינוס. חשוב לשים לב שהרכיבים המורכבים האלה מייצגים שלב פנימי של עיבוד. רק הרכיבים המורכבים הסופיים הגלובליים השנתיים שעברו עיבוד (projects/ee-earth-timelapse/assets/annual) מופצים לציבור בקטלוג הנתונים של Earth Engine.

חסרים Channel Recovery ו-Sensor Preparation

לפני תיקון אטמוספרי ודירוג איכות, נתוני Landsat גולמיים עוברים תהליך סטנדרטיזציה:

• שחזור של תחום התדרים התרמי: במהלך תקופות הפעילות שבהן תחום התדרים התרמי של Landsat 8 TIRS היה באיכות ירודה או לא מכויל, נוצרים ערוצים תרמיים של placeholder עם שונות אפסית כדי לעמוד בדרישות הממשק הפנימי של אלגוריתמים אוטומטיים לדירוג עננים ב-Landsat.
• יצירת נתונים פאנכרומטיים סינתטיים עבור Landsat 4/5: לחיישני Landsat 4 ו-5 TM אין ערוץ פאנכרומטי אופטי (Band 8). לכל סצנה נוצר פס פסאודו-פנכרומטי סינתטי:

$$ I_{\text{raw45}}(Pan) = \text{mean}(I_{\text{raw45}}(RGB)) $$

בדוגמה הבאה \(I_{\text{raw}}(\cdot)\) מוצגת פונקציית תמונה שמספקת פיקסלים גולמיים, ויכול להיות שהיא מקבלת פס אחד או יותר כפרמטרים. לדוגמה, הפקודה\(I_{\text{raw}}(Pan)\) מחזירה את הפס הפנכרומטי הגולמי, והפקודה\(I_{\text{raw}}(RGB)\) מחזירה את פסי ה-RGB הגולמיים. ‫mean() היא פונקציית הממוצע.

כיול להחזרת אור בחלק העליון של האטמוספירה (TOA)

סצנות גולמיות של Landsat מעובדות ל-TOA באמצעות ee.Algorithms.Landsat.TOA.

‫ee.Algorithms.Landsat.TOA היא פונקציית תמונה שממירה נתונים גולמיים של Landsat לנתוני TOA של Landsat ‏ (\(I_{\text{TOA}}\)).

איכות נתונים ממספר חיישנים ואנונימיזציה של עננים

הקטנה הדרגתית של גבולות רצועת המיפוי

מסכת אלפא רכה עם דעיכה לפי מרחק עוזרת למזער את התפרים הקשים לאורך מסלולי ההקפה של Landsat:

$$ \text{Mask}_{\text{edge}} = \min\left(\text{Mask}_{\text{MODIS}}, \left(\text{Gaussian}_{6\text{km}}\left(\text{Mask}_{\text{raw}}\right)\right)^3\right) $$

כאשר \(\text{Mask}_{\text{MODIS}}\) היא המסכה שנגזרת מנתוני MODIS של משטחי החזרת אור שנתיים (MODIS/006/MOD09GA ו-MODIS/006/MYD09GA),\(\text{Mask}_{\text{raw}}\) היא המסכה של סצנת Landsat גולמית, min() היא פונקציית המינימיזציה ו- \(\text{Gaussian}\) היא קונבולוציה מרחבית גאוסית עם סטיית תקן שצוינה.

סימון מים ב-Landsat 7 SLC-off

בעקבות הכשל של Scan Line Corrector ‏ (SLC) ב-Landsat 7 במאי 2003, סצנות של Landsat 7 מכילות פערים ליניאריים בנתונים, שעלולים להוביל לארטיפקטים חמורים מעל מים פתוחים. פיקסלים של Landsat 7 מעל מים פתוחים מוסתרים באמצעות כיסוי מים מטושטש של MODIS, עם עדיפות ל-Landsat 4/5/8/9 או ל-Sentinel-2, בהתאם לשנת יצירת הפסיפס.

Landsat Cloud Scoring & Anomaly Recovery

לסצנות מתוכנית לאנדסאט ניתן ניקוד לכל פיקסל \(\text{Cloud}\) (ב-[0, 100]) באמצעות ee.Algorithms.Landsat.simpleCloudScore. מבוצעים שני שלבי שיפור נוספים:

1. זיהוי עננים שלא זוהו ב-Cloud Recovery במרחב HSV: כדי לזהות אנומליות בעננים עם רפלקטיביות גבוהה ורוויה נמוכה <0x0A>שמקבלות ציון שגוי של Cloud = 0, המערכת מבצעת טרנספורמציה של \(I_{\text{TOA}}(RGB)\) למרחב גוון-רוויה-ערך (HSV) ומעדכנת את המסכה \(\text{Cloud}\) :

$$ \text{hsvCloud} = \begin{cases} 100, & \text{if } (\text{Cloud} = 0) \land (\text{S} \lt 0.3) \land (\text{V} \gt 0.5) \\ 0, & \text{otherwise} \end{cases} $$

$$ \text{Cloud} = \text{Cloud} + \text{hsvCloud} $$

1. הגדרה דינמית של סף לסינון עננים: הסף להסרת פיקסלים של עננים (כלומר, \(\text{Cloud} \gt \text{Threshold}_{\text{cloud}}\)) מחושב באופן דינמי מנתונים סטטיסטיים מרחביים של עננים שחושבו מראש:

$$ \text{Threshold}_{\text{cloud}} = \text{Cloud}_{\text{p25}} + 10 $$

כאשר \(\text{Cloud}_{\text{p25}}\) הוא האחוזון ה-25 לכל פיקסל \(\text{Cloud}\) הציון מוגבל לטווח שבין 25 ל-65. הסף מוגדל מעל משטחי יבשה בהירים מאומתים (דיונות חול מדבריות, מדבריות מלח):

$$ \text{Threshold}_{\text{cloud}} = \text{Threshold}_{\text{cloud}} + 10 \quad \text{if } (I_{\text{TOA}}(Pan) \gt 0.7) \land (\max(I_{\text{TOA}}(RGB)) \gt 0.6) $$

דירוג עננים ב-Sentinel-2

סצנות הרמוניות של Sentinel-2 משויכות ל-GOOGLE/CLOUD_SCORE_PLUS/V1/S2_HARMONIZED:

• סינון פיקסלים: נשמר כשערך הביטחון של שמיים בהירים cs ≥ 0.60 וההסתברות המצטברת של שמיים בהירים cs_cdf ≥ 0.70.

נירמול פאנכרומטי ושילוב מבני

כדי לנצל את הרזולוציה הפאנכרומטית של 15 מטרים של Landsat 7/8/9 ללא עיוות ספקטרלי במעברים בין החיישנים, מוחל נירמול פאנכרומטי על נתוני TOA:

$$ \text{Gain}_{\text{3x3}} = \frac{\mu_{\text{3x3}}(\text{mean}(I_{\text{TOA}}(RGB)))}{\mu_{\text{3x3}}(I_{\text{TOA}}(Pan))} $$

$$ \text{I}_{\text{sharpened}} = \frac{I_{\text{TOA}}(RGB)}{\text{mean}(I_{\text{TOA}}(RGB))} \times (I_{\text{TOA}}(Pan)) \times \text{Gain}_{\text{3x3}} $$

כאשר \(\mu_{\text{3x3}}\) היא פונקציית הממוצע של סביבת הפיקסלים בגודל 3x3.

נורמליזציה רדיומטרית בהשוואה לקווי בסיס של MODIS BRDF

Non-linear Contrast Scaling: Top-of-Atmosphere reflectance is scaled to 8-bit display range ([0,255]) with gamma adjustment:

$$ I_{\text{scaled}} = \text{Visualize}\left(I_{\text{sharpened}}(RGB), \text{min}=0.02, \text{max}=0.50, \gamma=1.7\right) $$

כאשר \(\text{Visualize}\) היא הפונקציה ee.Image.visualize(). מעכשיו ואילך, מרחב הצבעים RGB‏ 8-ביט מוגדר כברירת מחדל, אלא אם צוין אחרת.

מסכת דחייה של תיקון יתר: מגינה על שינויים מהירים אמיתיים בכיסוי הקרקע מפני החלקה מוגזמת:

$$ \text{Mask}_{\text{valid}} = (|I_{\text{scaled}}(R) - I_{\text{BRDF}}(R)| \le 60) \land (|I_{\text{scaled}}(G) - I_{\text{BRDF}}(G)| \le 40) $$

כאשר \(I_{\text{BRDF}}\) יוצר נתוני RGB‏ 8-ביט מנתוני רפלקטיביות מותאמים ל-BRDF של MODIS (MCD43A4).

Low-Pass Spatial Field Extraction:

$$ \Delta_{\text{spatial}} = \text{Gaussian}_{20\text{km}}\left((I_{\text{scaled}} - I_{\text{BRDF}}) \times \text{Mask}_{\text{valid}}\right) $$

הפחתת אובך והתאמת רפלקטיביות:

$$ I_{\text{normalized}} = I_{\text{scaled}} - \Delta_{\text{spatial}} $$

חידוד מרחבי של תמונות יבשתיות

האפקט הזה מחיל קונבולוציה של קצוות לפי לפלס על שילוב של \(I_{\text{scaled}}\) ושל \(I_{\text{normalized}}\) באופן בלעדי על פני השטח של היבשה.

$$ I_{\text{sharp}} = \text{Sharpen}(I_{\text{normalized}}, I_{\text{scaled}}) $$

Temporal Median Compositing

לכל שנה קלנדרית \(Y\), אוסף התמונות המנורמל עם מסכת העננים מצומצם לתמונה מורכבת אחת עם כמה רצועות באמצעות פונקציית צמצום של חציון עם דיוק של 16 ביט:

$$ I_{\text{annual}}(Y) = \operatorname{median}_{t \in Y}\left(I_{\text{sharp}}(t)\right) $$

$$ \text{Cloud}_{\text{annual}}(Y) = \operatorname{median}_{t \in Y}\left(\text{Cloud}(t)\right) $$

התמונה שמתקבלת מייצגת פסיפס שנתי ממוסך ביניים, עם רצועות red, green, blue ו-cloud ומסכות פיקסלים תקפות שלא עברו אינטרפולציה. שימו לב שהזמן (\(t\)) הוא פרמטר של פונקציית התמונה.

עיבוד שלאחר הצילום: נכסים גלובליים עם מילוי פערים ומסכות מים

כדי ליצור את מפת הבסיס החלקה והמלאה שמשמשת את הצופים באינטראקטיב Earth Timelapse ואת הפסיפסים השנתיים שמופצים לציבור, מתבצע עיבוד של הקומפוזיציות השנתיות הממוסכות.

מילוי פערים באמצעות רגרסיה לינארית זמנית (פסיפסים מלפני 1999)

לפני השקת Landsat 7 בשנת 1999, היכולת להשיג נתונים מלוויינים ברחבי העולם הייתה מוגבלת בגלל תשתית היסטורית של קישורי downlink, מגבלות של מכשירי הקלטה על גבי סרט מגנטי וכיסוי עננים מתמשך. לכן, בפסיפסים שנתיים שנוצרו לפני 1999 יש חללים משמעותיים, במיוחד באזורים הבאים: מרכז אפריקה, דרום-מזרח אסיה, סיביר ואמזונס.

כדי למנוע אזורים אפורים שמסיחים את הדעת, תוך שמירה על מעברים זמניים, צינור עיבוד הנתונים מיישם אינטרפולציה של רגרסיה לינארית זמנית ברמת הפיקסל:

חיפוש עוגן זמני

לכל שנת יעד Y, האלגוריתם מחפש באוסף הרב-עשורי כדי למצוא את תצפית הפיקסלים האחרונה, התקפה והלא מוסתרת לפני (\(t_{\text{before}} \le Y\)) ואחרי (\(t_{\text{after}} \ge Y\)).

התאמה של רגרסיה לינארית

מודל רגרסיה רגיל של ריבועים פחותים מוערך לכל פיקסל על פני התצפיות הזמניות התוחמות עם משתנים בלתי תלויים [1, t] ומשתנים תלויים [Red, Green, Blue]:

$$ I_{\text{sharp}}(RGB, t) = \mathbf{m} \cdot t + \mathbf{b} $$

הערכת ערך בהדמיה

המסלול הלינארי מוערך בשנה Y של היעד:

$$ I_{\text{interp}}(RGB, Y) = \mathbf{m} \cdot Y + \mathbf{b} $$

שכבות של תצפיות

הפיקסלים השנתיים משנה Y מוצגים בפסיפס עם הפיקסלים שעברו אינטרפולציה:

$$ I_{\text{gapfilled}} = \operatorname{Mosaic}\left(I_{\text{interp}}, I_{\text{annual}}\right) $$

כך מוודאים שכל התצפיות הלווייניות האמיתיות שקיימות לגבי אותה שנה נשמרות, ושהפערים בנתונים ההיסטוריים עוברים אינטרפולציה לאורך זמן.

מילוי קרחוני בקווי רוחב גבוהים

ההטיה המסלולית של Landsat מגבילה את התצפיות ליד כיפות הקוטב הקיצוניות (>82.6°N). באזורים פנימיים בצפון גרינלנד ובמדפי קרח באזור הארקטי שאין להם כיסוי אופטי, מתבצע שילוב של נתוני בסיס רב-שנתיים שעברו כיול ונורמליזציה, כדי לשמור על מפות בסיס קוטביות נקיות וחלקות.

Global Ocean Bathymetry & Water Masking

בפסיפסים שנתיים בינוניים עם מסכות, פני האוקיינוס מכילים השתקפות של השמש, צללי עננים וארטיפקטים של גלים חולפים. הנכס הסופי מחליף את מי האוקיינוס הפתוח במפת בסיס עולמית של עומק הים עם הצללה:

1. הצללה בתמך עומק: הגובה הטופוגרפי מהמודל NOAA ETOPO1 מעוצב באמצעות סולם צבעים של עומק האוקיינוס:
   • מישורי עומק (-5,000 מ'): כחול עמוק (#000927)
   • שיפוע יבשתי (‎-1,000 m): כחול סגלגל (#000E3A)
   • המדף היבשתי (‎-100 m): Azure Navy (#000E3B)
   • קו החוף (0 מ'): כחול מלכותי (#001146)
2. הצללה של גבעות ושיפור גאוסיאני של מעבר גבוה: בשילוב עם הצללה אנליטית של גבעות (ee.Terrain.hillshade) והסרת טשטוש גאוסיאני של 5, 000 מ' כדי להדגיש שקעים באוקיינוס, רכסים באמצע האוקיינוס והרי געש תת-ימיים.
3. התאמה של גבולות יבשתיים וימיים:
   • שילוב של נתוני Hansen Global Forest Change datamask (הבחנה בין יבשה לאוקיינוס) עם נתוני MODIS water mask (MOD44W).
   • צובע אגמים בפנים היבשת וימים סגורים (למשל, הים הכספי, האגמים הגדולים, אגם באיקל, ים אראל) כדי לשמר את הדינמיקה של צבע המים הטבעי.
   • הפונקציה מחילה הפחתה של ליבת מעגל מורפולוגית בת 3 שלבים וטשטוש גאוסיאני של 3,000 מ' כדי להחליק את הגבול בין מים רדודים בחוף לבין בתימטריה בים הפתוח ללא חיתוך קשיח.

איזון צבעים גלובלי ושיפור ניגודיות מקומי (LCE)

1. הגברת ערך ה-HSV ואיזון הגמא: גמא של הערוץ (\(\gamma_R = 0.98, \gamma_G = 1.00, \gamma_B = 1.04\)), ואחריה הגברה של 10% של ערוץ הערך במרחב הצבעים HSV.
2. תיקון נקודת הלבן של קרח קוטבי: מסמן משטחים קוטביים עם רפלקטיביות גבוהה (גרינלנד, אנטארקטיקה, משטחי קרח אלפיניים) ומאזן אותם ללבן ניטרלי טהור ([255, 255, 255]).
3. Multi-Scale LCE: שיפור הניגודיות והחדות של פני השטח עבור סוגים שונים של תכונות באמצעות שילוב של קונבולוציית לפלסיאן, סינון ממוצע והסרת טשטוש גאוסיינית.

תכונה	פסיפסים שנתיים עם אנונימיזציה ברמת ביניים	פסיפסים שנתיים סופיים גלובליים (נכס ציבורי ב-Earth Engine)
זמינות של נכסים ציבוריים	שלב פנימי בצינור העיבוד (לא מופץ לציבור)	הפצה לציבור (projects/ee-earth-timelapse/assets/annual)
תרחיש ראשי לדוגמה	שילוב רדיומטרי ו-QA ברמת ביניים	מפות בסיס ויזואליות, ייצוא סרטונים, חיפוש תמונות Time-lapse מכל העולם
Spatial Completeness	יבשתי (עם פערים בנתונים)	השלמה גלובלית של 100%
Missing Pixel Handling	בוצעה אנונימיזציה (שקופה, ללא נתונים)	אינטרפולציה של רגרסיה לינארית
Pre-1999 Tropical Voids	הם נשמרים כפערים בנתונים	אינטרפולציה חלקה בזמן
Ocean Water Representation	מים מוסווים או לא מנורמלים	בתימטריה מסוג NOAA ETOPO1 עם סגנון
רצועות ספקטרליות כלולות	אדום, ירוק, כחול, ענן (QA)	אדום, ירוק, כחול
עומק ביט	מספר שלם לא מסומן (0 עד 255)	מספר שלם לא מסומן (0 עד 255)
Pixel Resolution: 1984–2014	‫30.0 מטרים לכל פיקסל (EPSG:3857)	‫30.0 מטרים לכל פיקסל (EPSG:3857)
Pixel Resolution: 2015–Present	‫19.11 מטרים לכל פיקסל (EPSG:3857)	‫19.11 מטרים לכל פיקסל (EPSG:3857)

טבלה 2. השוואה טכנית מפורטת בין השלב של פסיפסים שנתיים מוסווים לבין אוסף התמונות הסופי של כדור הארץ שמופץ לציבור (projects/ee-earth-timelapse/assets/annual).

מגבלות ושיקולים אנליטיים

1. שתי תקופות של רזולוציה (30 מ' לעומת 19.11 מ'): משתמשים שמבצעים ניתוח של סדרות זמן של כמה עשורים צריכים להתחשב במעבר לרזולוציה בשנת 2015. תמונות מורכבות משנת 1984 עד 2014 מחולקות לרשתות ברזולוציה של 30.0 מטר לפיקסל, ואילו תמונות משנת 2015 ואילך מחולקות לרשתות ברזולוציה של 19.11 מטר לפיקסל, בגלל השילוב של נתוני Sentinel-2 MSI.
2. ‫Interpolated Pixels (Pre-1999): In the Global Final collection, missing pixels in pre-1999 mosaics are temporally interpolated. באזורים שעוברים שינויים פתאומיים בשימוש בקרקע (למשל, כריתת יערות מהירה או בניית מאגר מים) במהלך פער של כמה שנים, הפיקסלים שעברו אינטרפולציה יציגו מעבר לינארי הדרגתי ולא אירוע נפרד פתאומי.
3. ערכים רדיומטריים ששונו: נורמליזציה רדיומטרית מבצעת אופטימיזציה של העקביות החזותית בין סצנות בהתאם ליעדי MODIS BRDF. דפוסי המיקום היחסי נשמרים, אבל לא נאמנות רדיומטרית בפסי ספקטרום אדומים, ירוקים וכחולים.
4. Phenological Mixing: High-latitude northern regions (>60°N) represent mid-summer conditions (DOY 150–270), whereas temperate and tropical zones represent annual composite medians.

שיוך (Attribution)

מערך הנתונים הזה מותר לשימוש במסגרת רישיון Creative Commons בינלאומי המותנה בייחוס מגרסה 4.0, ונדרש הייחוס הבא:

Google Earth Timelapse (Google, Landsat, Copernicus)

מכיל נתונים מלוויין Sentinel של תוכנית Copernicus שעברו שינויים [2015 עד היום]. מידע נוסף זמין בהודעה המשפטית בנושא נתוני Sentinel.