About Earth Timelapse

تقدّم مجموعة بيانات الفاصل الزمني في Google Earth سجلاً مرئيًا لمدة أربعة عقود للتغييرات التي طرأت على كوكب الأرض، وذلك من عام 1984 إلى 2022. تم إنشاء مجموعة البيانات هذه من خلال Google استنادًا إلى بيانات رصد فضائية تبلغ وحدتها البيتابايت، وقد تم الحصول عليها من خلال مهمات Landsat التابعة لوكالة ناسا ومؤسسة المسح الجيولوجي الأمريكية (Landsat 4 و5 و7 و8 و9) ومجموعة أقمار Copernicus Sentinel-2 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، ويتم تقديمها على شكل صور مجمّعة سنوية لتسهيل التفسير المرئي.

تتضمّن الفسيفساء السنوية خرائط أساس مرئية كاملة على مستوى العالم، وتمت تعبئة الفجوات فيها، كما تم إخفاء المياه، وهي تشغّل عارض Timelapse التفاعلي المتاح للجميع في Google Earth. يتم إعادة إنشاء الفجوات في البيانات المرصودة قبل عام 1999 بسلاسة باستخدام استيفاء الانحدار الخطي المؤقت على مستوى البكسل عبر سنوات البيانات المرصودة الصالحة المجاورة. تم استبدال مياه المحيطات المفتوحة ببيانات قياس الأعماق من NOAA ETOPO1 مع تظليل وتنسيق، بالإضافة إلى إخفاء المياه على مستوى العالم (باستخدام مجموعتَي بيانات Hansen GFC وMOD44W). هذه البيانات مناسبة لما يلي: التفسير المرئي أو سرد القصص التعليمية أو إنشاء الخرائط الأساسية أو تصدير فيديوهات مخصّصة.

فترات الدقة المكانية

تتضمّن مجموعة "الفاصل الزمني" في Google Earth حقبتَين مختلفتَين من حيث الدقة المكانية:

• ‫1984–2014 (30 متر / بكسل): تم تجميعها من بيانات رصد USGS/NASA Landsat 4 و5 و7 و8. يتم تقسيم الصور إلى مربّعات في Web Mercator (EPSG:3857) بدقة 30 مترًا.
• من 2015 إلى الوقت الحاضر (19.11 متر لكل بكسل): تم تركيبها من خلال دمج ملاحظات "أداة التصوير المتعدد الأطياف" (MSI) من Sentinel-2A/2B التابعة لبرنامج Copernicus من وكالة الفضاء الأوروبية (10 أمتار / 20 مترًا) مع بيانات Landsat 8 وLandsat 9. يتم تقسيم الصور إلى مربّعات في Web Mercator (EPSG:3857) بدقة تبلغ حوالي 19.11 متر.

تغطّي الصور المجمّعة السنوية جميع المساحات البرية والمناطق الساحلية في العالم من خط العرض 82.6 درجة جنوبًا إلى 83.69 درجة شمالًا تقريبًا. يتطلّب توليف بيانات مراقبة الأرض التي تم جمعها على مدار أكثر من أربعة عقود تنسيق مجموعات الأقمار الصناعية المختلفة على مستوى فترات التشغيل وأنواع أجهزة الاستشعار والأشكال الهندسية للمدارات والاضطرابات الجوية.

تستوعب سلسلة Earth Timelapse ملايين المشاهد الفردية من برنامج Landsat التابع لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ووكالة ناسا (Landsat 4 و5 و7 و8 و9) وكوكبة Copernicus Sentinel-2 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. لتحويل الملاحظات الأولية وملاحظات أعلى الغلاف الجوي (TOA) إلى خرائط أساس سنوية متسقة، تتم معالجة كل مشهد باستخدام ما يلي:

• فلترة المشاهد الموسمية والمشاهد المرتبطة بعلم الفينولوجيا لتحسين نمو النباتات في ذروة الموسم وتقليل التأثيرات الموسمية العابرة
• إصلاح البيانات المفقودة في القنوات وتخفيف التشويش الناتج عن خلل في المستشعر (مثل التشويش الناتج عن تشبّع بيانات TIRS في Landsat 8، والتشويش الناتج عن خلل في SLC في Landsat 7)
• تسجيل جودة السحب والضباب والظلال باستخدام عدة أجهزة استشعار من خلال الجمع بين بيانات Landsat simpleCloudScore واسترداد السحب التجريبي في مساحة HSV وبيانات Sentinel-2 Cloud Score+
• التسوية الأحادية اللون والتوضيح الزائف للبنية لزيادة درجة الدقة الظاهرية
• التسوية الإشعاعية المعايرة وفقًا لبيانات MODIS BRDF باستخدام فلترة مكانية متعددة المقاييس ومنخفضة التمرير لإزالة حدود المشهد مع الحفاظ على أنسجة السطح المحلية
• تحسين الحدّ المراعي للمياه لتجنُّب ابيضاض السواحل
• تركيب الوسيط الزمني 16 بت لرفض الضوضاء الجوية العابرة والظلال والقطع الأثرية الزائلة
• الاستيفاء باستخدام الانحدار الخطي المؤقت (لأصول Global Final) لإعادة إنشاء الملاحظات الناقصة في الصور المجمّعة التي تم إنشاؤها قبل عام 1999
• نمذجة قياس الأعماق في المحيطات العالمية وإخفاء المياه من خلال الجمع بين بيانات ETOPO1 الصادرة عن الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) وقناع البيانات الخاص بتغيّر الغابات العالمي من Hansen وأقنعة المياه الخاصة بأداة MODIS
• موازنة الألوان على مستوى العالم، والحفاظ على النقطة البيضاء للجليد القطبي، وتحسين التباين المحلي (LCE) على نطاق واسع لتحسين التأثيرات المرئية

مواصفات بيانات المصدر وأجهزة الاستشعار

تستفيد مجموعة صور Earth Timelapse من مهام مراقبة الأرض التالية من الفضاء:

مواصفات الأقمار الصناعية وأجهزة الاستشعار

مهمة القمر الصناعي	أداة استشعار	النطاق الزمني الذي تم استيعابه	الدقة المكانية	النطاقات الطيفية التي تم استيعابها	معرّف مجموعة Earth Engine	عصر دقة الفسيفساء
Landsat 4	Thematic Mapper (TM)	‫1982-07-01 – 1993-12-14	‫30 مترًا (MS)	الأزرق والأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة 1 والحرارية والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة 2	LANDSAT/LT04/C02/T1	‫30 مترًا (1984–1993)
Landsat 5	Thematic Mapper (TM)	‫1984-03-01 – 2012-12-31	‫30 مترًا (MS)	الأزرق والأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة 1 والحرارية والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة 2	LANDSAT/LT05/C02/T1	‫30 مترًا (1984–2012)
Landsat 7	Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)	‫15-04-1999 – 31-08-2013	‫30 متر (متعدد الأطياف) / 15 متر (أحادي اللون)	الأزرق والأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة 1 والأشعة تحت الحمراء الحرارية والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة 2 والصورة الشاملة	LANDSAT/LE07/C02/T1 LANDSAT/LE07/C02/T2	‫30 مترًا (1999–2013)
Landsat 8	Operational Land Imager (OLI) / TIRS	‫11-02-2013 – الآن	‫30 متر (متعدد الأطياف) / 15 متر (أحادي اللون)	ساحلي، أزرق، أخضر، أحمر، NIR، SWIR1، SWIR2، أحادي اللون، Cirrus، حراري	LANDSAT/LC08/C02/T1_RT_TOA LANDSAT/LC08/C02/T2_TOA	‫30 مترًا (2013–2014) ‫19.11 مترًا (2015 والإصدارات الأحدث)
Landsat 9	Operational Land Imager 2 (OLI-2) / TIRS-2	‫01-11-2021 – الآن	‫30 متر (متعدد الأطياف) / 15 متر (أحادي اللون)	ساحلي، أزرق، أخضر، أحمر، NIR، SWIR1، SWIR2، أحادي اللون، Cirrus، حراري	LANDSAT/LC09/C02/T1_TOA	‫19.11 مليون (2021 والإصدارات الأحدث)
‫Sentinel-2A / 2B	أداة التصوير المتعدد الأطياف (MSI)	‫23-06-2015 – الآن	‫10 أمتار / 20 مترًا / 60 مترًا (MS)	الأزرق والأخضر والأحمر وRedEdge (من 1 إلى 4) والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) والأشعة تحت الحمراء القصيرة الموجة (SWIR1 وSWIR2) وبخار الماء والسحب الرقيقة	COPERNICUS/S2_HARMONIZED	‫19.11 متر (2015 والإصدارات الأحدث)

الجدول 1. أنظمة أجهزة الاستشعار البصرية الأساسية المدمجة في مسار إنتاج الفسيفساء السنوي لـ "الفاصل الزمني" في Earth

مجموعات البيانات المساعدة والمرجعية

1. خطوط الأساس العالمية لبيانات MODIS المتعلقة بوظيفة التوزيع الثنائي الاتجاه للانعكاس (BRDF) / انعكاس السطح:
   • تُستخدَم مركّبات انعكاس السطح المحسوبة مسبقًا والمتعدّدة السنوات والمستمدّة من بيانات Terra وAqua MODIS (المجموعة 006: MODIS/006/MCD43A4 وMODIS/006/MOD09GA وMODIS/006/MYD09GA، علمًا بأنّه تم استخدام المجموعة 006 أثناء الإنتاج وتم استبدالها منذ ذلك الحين بالمجموعة 061) بدقة 500 متر كمرجع إشعاعي كوكبي لاستهداف التنسيق على نطاق واسع للإضاءة والضباب.
2. NOAA ETOPO1 Global Relief:
   • تم استخدام بيانات التضاريس والقياسات البحرية العالمية بدقة 1 دقيقة قوسية لإنشاء منتج عالمي يتضمّن تضاريس قاع المحيط مع تظليل واقعي وخطوط كنتورية للعمق، مع إخفاء المناطق المائية.
3. تغيّر الغابات العالمي من Hansen (UMD/hansen/global_forest_change_2015):
   • تعمل الطبقة datamask (التي تميّز بين الأراضي والمسطّحات المائية الدائمة والمناطق الساحلية) كحدود أساسية للفصل بين الأراضي والمياه.
4. قناع الأرض/المياه العالمي MODIS (MODIS/MOD44W/MOD44W_005_2000_02_24):
   • يُستخدَم هذا الحقل مع Hansen GFC لعزل الأسطح الأرضية ومنع تداخل قناع المياه الساحلية.
5. ‫Sentinel-2 Cloud Score+‎‏ (GOOGLE/CLOUD_SCORE_PLUS/V1/S2_HARMONIZED):
   • تقييم الجودة على مستوى البكسل، ما يوفّر مقياسَي cs (ثقة السماء الصافية) وcs_cdf (احتمالية السماء الصافية للتوزيع التراكمي) لبيانات Sentinel-2 MSI
6. إحصاءات علم المناخ السحابي العالمي:
   • خطوط أساسية مستمدّة تجريبيًا من الشريحة المئوية الخامسة والعشرين والحد الأدنى لنتائج السحابة الإلكترونية تتكيّف مع عتبات إخفاء السحابة الإلكترونية في المناطق الاستوائية التي تتسم بالسماء الملبّدة بالغيوم بشكل دائم.

الفلترة المكانية والزمنية

توازن الصور المجمّعة السنوية العالمية بين الحاجة إلى الحصول على عدد كافٍ من الملاحظات الصالحة في المناطق الاستوائية المعرّضة للسحب، مع تجنُّب التلوّث بالثلوج الشتوية وزوايا السمت الشمسية الشديدة في المناطق الواقعة على خطوط العرض العالية.

التقسيم حسب خطوط العرض والتقسيم حسب علم الظواهر

• المنطقة القطبية / العالية في نصف الكرة الشمالي (من >60° شمالاً إلى 83.69° شمالاً):
  • الترشيح المباشر حسب يوم السنة (DOY): تقتصر الملاحظات على أيام السنة من 150 إلى 270 (من أواخر مايو إلى سبتمبر). يستهدف ذلك ذروة موسم النمو الخضري (أقصى قدر من الخضرة) ويقلّل من تأثير الثلوج الموسمية وغطاء الجليد والظلال الطويلة للتضاريس الناتجة عن زوايا الارتفاع الشمسي المنخفضة (الارتفاع الشمسي ≤ 0 درجة).
• المنطقة المعتدلة والاستوائية (من 57 درجة جنوبًا إلى 60 درجة شمالاً):
  • يستفيد من السنة التقويمية الكاملة (من 1 يناير إلى 31 ديسمبر) لزيادة توفّر المشاهد إلى أقصى حد.
• منطقة القطب الجنوبي / خطوط العرض العليا في نصف الكرة الجنوبي (من 82.6 درجة جنوبًا إلى 57 درجة جنوبًا):
  • تقتصر الملاحظات على فترة الصيف في نصف الكرة الجنوبي، ويتم استكمالها بمركّبات أساسية قطبية متعددة السنوات للحدّ من زوايا السمت الشمسية القصوى، وفجوات بيانات الليل القطبي، والتشوّهات الموسمية الناتجة عن الجليد البحري.

منهجية المعالجة: صور فسيفسائية سنوية مخفية

تنتج سلسلة معالجة الصور السنوية المخفية مركّبات عالمية وسيطة غير مستوفية قبل ملء الفجوات الزمنية وتصميم مقياس الأعماق في المحيطات. يُرجى العِلم أنّ هذه الصور المركّبة الوسيطة تمثّل مرحلة إنتاج داخلية، ولا يتم توزيع سوى الصور المركّبة النهائية السنوية العالمية المعالَجة لاحقًا (projects/ee-earth-timelapse/assets/annual) بشكل علني في "كتالوج بيانات Earth Engine".

استرداد القناة المفقودة وإعداد أداة الاستشعار

قبل تصحيح البيانات الجوية وتحديد نقاط الجودة، يتم توحيد بيانات Landsat الأولية باتّباع الخطوات التالية:

• إعادة إنشاء النطاق الحراري: خلال الفترات التشغيلية التي تدهورت فيها النطاقات الحرارية في أداة TIRS على القمر الصناعي Landsat 8 أو لم تتم معايرتها، يتم تركيب قنوات حرارية ذات تباين صفري كعناصر نائبة لتلبية متطلبات الواجهة الداخلية لخوارزميات التسجيل الآلي لبيانات الغطاء السحابي في Landsat.
• إنشاء صور اصطناعية أحادية اللون لمركبتَي Landsat 4 و5: لا تتضمّن مستشعرات TM في مركبتَي Landsat 4 و5 قناة بصرية أحادية اللون (النطاق 8). يتم إنشاء نطاق اصطناعي شبه لوني لكل مشهد:

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

في ما يلي \(I_{\text{raw}}(\cdot)\) دالة صور توفّر وحدات بكسل أولية وقد تأخذ نطاقًا واحدًا أو أكثر كمعلَمات. على سبيل المثال، تعرض الدالة \(I_{\text{raw}}(Pan)\) النطاق المجرد للألوان المتعددة، بينما تعرض الدالة\(I_{\text{raw}}(RGB)\) النطاقات المجردة للألوان الأحمر والأخضر والأزرق. mean() هي دالة المتوسط.

المعايرة إلى الانعكاس في أعلى الغلاف الجوي

تتم معالجة المشاهد الأولية من Landsat إلى TOA باستخدام ee.Algorithms.Landsat.TOA.

‫ee.Algorithms.Landsat.TOA هي دالة صور تحوّل بيانات Landsat الأولية إلى بيانات Landsat TOA (\(I_{\text{TOA}}\)).

جودة البيانات من أجهزة الاستشعار المتعدّدة وإخفاء المناطق السحابية

تضييق حدود المسار المداري

تساعد أداة إخفاء ألفا الناعمة التي تتضمّن وظيفة التضاؤل مع المسافة في تقليل الفواصل الحادة على طول المسارات المدارية لمركبة Landsat الفضائية:

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

حيث \(\text{Mask}_{\text{MODIS}}\) هي القناع المشتق من مركّبات الانعكاس السطحي السنوية من MODIS (MODIS/006/MOD09GA وMODIS/006/MYD09GA)، و\(\text{Mask}_{\text{raw}}\) هي قناع مشهد Landsat الأولي، وmin() هي دالة التصغير، و \(\text{Gaussian}\) هي التفاف مكاني غاوسي بانحراف معياري محدّد.

Landsat 7 SLC-off Water Masking

بعد تعطُّل جهاز تصحيح خطوط المسح الضوئي (SLC) في القمر الصناعي Landsat 7 في أيار (مايو) 2003، أصبحت مشاهد Landsat 7 تحتوي على فجوات خطية في البيانات، ما قد يؤدي إلى ظهور تشوّهات شديدة في المياه المفتوحة. يتم إخفاء وحدات البكسل الخاصة بـ Landsat 7 فوق المياه المفتوحة باستخدام قناع مائي مشوّش من MODIS، مع إعطاء الأولوية لـ Landsat 4/5/8/9 أو Sentinel-2 حسب سنة إنتاج الصورة المجمّعة.

Landsat Cloud Scoring & Anomaly Recovery

يتم منح مشاهد Landsat \(\text{Cloud}\) نتيجة لكل بكسل (بوحدة [0, 100]) باستخدام ee.Algorithms.Landsat.simpleCloudScore. يتم تطبيق مرحلتَين إضافيتَين لتحسين النتائج:

1. استرداد بيانات الغيوم غير المرصودة في مساحة HSV: يتم رصد تشوّهات الغيوم ذات الانعكاس العالي والتشبّع المنخفض <0x0A>التي تتلقّى نتيجة خاطئة للغيوم = 0 من خلال تحويل \(I_{\text{TOA}}(RGB)\) إلى مساحة Hue-Saturation-Value (HSV) وتعديل قناع \(\text{Cloud}\) :

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

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

1. تحديد العتبات المناخية التكيّفية: يتم احتساب عتبة تجاهل وحدات البكسل المغطاة بالسحب (أي \(\text{Cloud} \gt \text{Threshold}_{\text{cloud}}\)) بشكل ديناميكي من إحصاءات السحب المكانية المحسوبة مسبقًا:

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

حيث \(\text{Cloud}_{\text{p25}}\) هي النسبة المئوية الخامسة والعشرون لكل بكسل \(\text{Cloud}\) التي تم حصرها بين 25 و65. يتم رفع الحد الأدنى فوق أسطح الأراضي الساطعة التي تم التحقّق منها (الكثبان الرملية الصحراوية، والمسطحات الملحية):

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

تسجيل النقاط في السحابة الإلكترونية Sentinel-2

يتم إقران المشاهد المتوافقة من Sentinel-2 مع GOOGLE/CLOUD_SCORE_PLUS/V1/S2_HARMONIZED:

• فلترة وحدات البكسل: يتم الاحتفاظ بها عندما تكون درجة الثقة في السماء الصافية cs ≥ 0.60 ويكون احتمال السماء الصافية التراكمي cs_cdf ≥ 0.70.

Panchromatic Normalization and Structural Fusion

للاستفادة من دقة التصوير الشاملة للألوان التي تبلغ 15 مترًا في Landsat 7/8/9 بدون تشويه طيفي عند الانتقال بين أجهزة الاستشعار، يتم تطبيق التسوية الشاملة للألوان على بيانات TOA:

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

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

حيث \(\mu_{\text{3x3}}\) هي دالة متوسط الجوار المكوّن من 3×3 بكسل.

Radiometric Normalization against MODIS BRDF Baselines

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

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

حيث \(\text{Visualize}\) تمثّل ee.Image.visualize() الدالة. في ما يلي، يُفترض استخدام مساحة ألوان تستند إلى النموذج اللوني أحمر أخضر أزرق، 8 بت، ما لم يُذكر خلاف ذلك.

قناع الرفض بسبب التصحيح المفرط: يحمي هذا القناع التغييرات السريعة والحقيقية في الغطاء الأرضي من التنعيم المفرط:

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

حيث \(I_{\text{BRDF}}\) تنتج بيانات أحمر أخضر أزرق (RGB) ذات 8 بت من مركّبات انعكاس ثنائي الاتجاه معدَّلة وفقًا لوظيفة توزيع الانعكاس الثنائي الاتجاه (BRDF) في جهاز MODIS (MCD43A4).

استخراج الحقل المكاني المنخفض التمرير:

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

إزالة الضباب ومواءمة الانعكاس:

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

تحسين الوضوح المكاني للأراضي

تطبِّق هذه الحزمة عملية التفاف حافة لابلاسية على مجموعة من \(I_{\text{scaled}}\) و \(I_{\text{normalized}}\) حصريًا على أسطح الأراضي الأرضية.

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

التركيب المتوسط المؤقت

لكل سنة تقويمية \(Y\)، يتم تقليل مجموعة الصور الموحّدة والمحجوبة بالسحب إلى صورة مركّبة واحدة متعددة النطاقات باستخدام أداة تقليل الوسيط الحسابي بدقة 16 بت:

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

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

تمثّل الصورة الناتجة فسيفساء سنوية مقنّعة وسيطة، وتتضمّن نطاقات red وgreen وblue وcloud مع أقنعة بكسل صالحة غير مستوفاة. يُرجى العِلم أنّ الوقت (\(t\)) هو مَعلمة لدالة الصورة.

المعالجة اللاحقة: مواد عرض عالمية مملوءة بالفجوات ومغطاة بقناع مائي

لإنتاج الخريطة الأساسية المتكاملة على مستوى العالم والمستخدَمة في عارض Earth Timelapse التفاعلي والصور المجمّعة السنوية الموزّعة بشكل علني، تتم معالجة الصور المركّبة السنوية المقنّعة الوسيطة.

Temporal Linear Regression Gap-Filling (Pre-1999 Mosaics)

قبل إطلاق القمر الصناعي Landsat 7 في عام 1999، كانت عملية الحصول على صور الأقمار الصناعية العالمية مقيّدة بالبنية الأساسية القديمة للوصلة الهابطة، وبمحدودية مسجّل الأشرطة المدمج، وبغطاء السحب المستمر. ونتيجةً لذلك، تحتوي الصور المجمّعة السنوية التي تم التقاطها قبل عام 1999 على فراغات مكانية كبيرة، لا سيما في وسط أفريقيا وجنوب شرق آسيا وسيبيريا والأمازون.

للتخلص من الفراغات الرمادية المشتّتة للانتباه مع الحفاظ على عمليات الانتقال الزمنية، تنفّذ سلسلة المعالجة استيفاءً للانحدار الخطي الزمني على مستوى البكسل:

البحث عن علامات ارتساء مؤقتة

بالنسبة إلى كل سنة مستهدَفة Y، تبحث الخوارزمية في مجموعة البيانات المتعددة العقود للعثور على أحدث ملاحظة صالحة وغير مخفية لوحدة البكسل قبل (\(t_{\text{before}} \le Y\)) وبعد (\(t_{\text{after}} \ge Y\)) السنة المستهدَفة.

ملاءمة الانحدار الخطي

يتم تقييم نموذج الانحدار باستخدام المربّعات الصغرى العادية لكل بكسل في جميع الملاحظات الزمنية المحدودة مع المتغيّرات المستقلة [1, t] والمتغيّرات التابعة [Red, Green, Blue]:

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

تقييم القيمة المحاكية

يتم تقييم المسار الخطي في السنة المستهدفة Y على النحو التالي:

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

الطبقات الإضافية

يتم دمج وحدات البكسل السنوية من السنة Y مع وحدات البكسل المستكمَلة:

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

يضمن ذلك الحفاظ على أي بيانات رصد حقيقية من الأقمار الصناعية متوفرة لتلك السنة، مع ملء الفجوات في البيانات السابقة من خلال الاستيفاء الزمني.

High-Latitude Glacial Infill

تحدّ زاوية ميل مدار Landsat من إمكانية رصد المناطق القريبة من القطبين الشمالي والجنوبي (>82.6° شمالاً). بالنسبة إلى المناطق الداخلية من شمال غرينلاند والجروف الجليدية في القطب الشمالي التي لا تتوفّر فيها تغطية بصرية، يتم دمج خط أساس معياري ومتعدّد السنوات للحفاظ على خرائط أساس قطبية نظيفة وسلسة.

Global Ocean Bathymetry & Water Masking

في أعمال الفسيفساء السنوية المقنّعة المتوسطة، تحتوي أسطح المحيطات على وهج الشمس وظلال السحب وتأثيرات موجية عابرة. يستبدل العنصر الأخير مياه المحيط المفتوح بخريطة أساس عالمية للقياسات البحرية مع تضاريس مظلّلة:

1. التظليل الباثيمتري: يتم تنسيق الارتفاع الطبوغرافي من نموذج NOAA ETOPO1 باستخدام تدرّج ألوان لعمق المحيط:
   • سهول سحيقة عميقة (-5000 متر): أزرق بحري غامق (#000927)
   • المنحدر القاري (-1000 متر): أزرق مائل إلى الرمادي (#000E3A)
   • الجرف القاري (-100 متر): أزرق داكن (#000E3B)
   • الساحل (0 متر): أزرق ملكي (#001146)
2. تظليل التضاريس والتحسين الغاوسي العالي التمرير: يتم الجمع بين تظليل التضاريس التحليلي (ee.Terrain.hillshade) والتمويه الغاوسي غير الحاد بمقدار 5000 متر لإبراز الخنادق البحرية وسلاسل الجبال في وسط المحيط والجبال البحرية.
3. مواءمة الحدود البرية/المائية:
   • تجمع هذه الطبقة بين بيانات Hansen Global Forest Change datamask (التي تميّز بين البر والبحر) وقناع المياه MODIS (MOD44W).
   • ترسم هذه الطبقة البحيرات الداخلية والبحار المغلقة (مثل بحر قزوين والبحيرات العظمى وبحيرة بايكال وبحر آرال) للحفاظ على ديناميكيات ألوان المياه الطبيعية.
   • تطبِّق هذه السمة عملية تصغير دائرية مورفولوجية من 3 مراحل وتمويه غاوسي بمقدار 3000 متر لتقليل حدة الانتقال بين المياه الساحلية الضحلة وقياس الأعماق في المناطق البحرية بدون قص حاد.

موازنة الألوان العامة وتحسين التباين المحلي (LCE)

1. تحسين قيمة HSV وموازنة غاما: يتم تحسين غاما القنوات (\(\gamma_R = 0.98, \gamma_G = 1.00, \gamma_B = 1.04\))، ثم يتم تحسين قيمة القنوات بنسبة% 10 في مساحة ألوان HSV.
2. تصحيح النقطة البيضاء في الجليد القطبي: يتم وضع علامة على الأسطح القطبية العالية الانعكاس (غرينلاند والقارة القطبية الجنوبية والصفيحات الجليدية الألبية) وموازنتها مع اللون الأبيض المحايد النقي ([255, 255, 255]).
3. تحسين التباين المحلي على نطاقات متعددة (LCE): تحسين التباين وحدّة التضاريس لأنواع مختلفة من المعالم باستخدام مزيج من الالتفاف اللابلاسي والفلترة المتوسطة وإخفاء التمويه الغاوسي.

الميزة	صور فسيفسائية سنوية مخفية متوسطة الدقة	الخرائط السنوية النهائية المجمّعة على مستوى العالم (مادة عرض عامة في Earth Engine)
مدى توفّر مواد العرض العامة	مرحلة مسار الإجراءات الداخلي (غير موزّع علنًا)	تم توزيعها بشكل علني (projects/ee-earth-timelapse/assets/annual)
حالة الاستخدام الأساسية	التركيب الإشعاعي المتوسط وتأكيد الجودة	الخرائط الأساسية المرئية وتصدير الفيديوهات واستكشاف اللقطات المتسلسلة العالمية
اكتمال البيانات المكانية	القنوات الأرضية (مع فجوات في البيانات)	اكتمال البيانات على مستوى العالم بنسبة% 100
Missing Pixel Handling	مخفيّة (شفافة بدون بيانات)	الاستيفاء باستخدام الانحدار الخطي
الفراغات الاستوائية قبل عام 1999	الحفاظ على البيانات كفجوات بدون بيانات	تم استيفاؤها بسلاسة بمرور الوقت
تمثيل مياه المحيط	المياه المحجوبة أو غير المعدَّلة	قياس الأعماق في NOAA ETOPO1 مع تطبيق أنماط
النطاقات الطيفية المضمَّنة	أحمر، أخضر، أزرق، سحابة (ضمان الجودة)	أحمر وأخضر وأزرق
عمق وحدات البت	عدد صحيح غير موقّع 8 بت (0–255)	عدد صحيح غير موقّع 8 بت (0–255)
دقة Pixel: من 1984 إلى 2014	‫30.0 متر لكل بكسل (EPSG:3857)	‫30.0 متر لكل بكسل (EPSG:3857)
دقة Pixel: من 2015 إلى الوقت الحالي	‫19.11 متر لكل بكسل (EPSG:3857)	‫19.11 متر لكل بكسل (EPSG:3857)

الجدول 2. مقارنة فنية تفصيلية بين مرحلة &quot;الفسيفساء السنوية المقنّعة&quot; المتوسطة ومجموعة &quot;الفسيفساء النهائية العالمية&quot; من Earth Timelapse المتاحة للجميع (projects/ee-earth-timelapse/assets/annual).

القيود والاعتبارات التحليلية

1. فترات الدقة المزدوجة (30 مترًا مقابل 19.11 مترًا): على المستخدمين الذين يجرون تحليلاً للسلاسل الزمنية على مدى عقود متعددة مراعاة التغيير في الدقة في عام 2015. يتم تقسيم الصور المركّبة من الفترة 1984-2014 إلى مربّعات بدقة مكانية تبلغ 30.0 متر لكل بكسل، بينما يتم تقسيم الصور من عام 2015 فصاعدًا إلى مربّعات بدقة مكانية تبلغ 19.11 متر لكل بكسل بسبب دمج بيانات Sentinel-2 MSI.
2. البكسلات المُقحَمة (قبل 1999): في مجموعة "النهائي العالمي"، يتم إقحام البكسلات المفقودة في الصور المجمّعة التي تم إنشاؤها قبل 1999 بشكل مؤقت. في المناطق التي تشهد تحوّلات مفاجئة في استخدام الأراضي (مثل إزالة الغابات السريعة أو إنشاء الخزانات) خلال فجوة متعددة السنوات، ستعرض وحدات البكسل المستكمَلة تحوّلاً خطيًا تدريجيًا بدلاً من حدث منفصل مفاجئ.
3. قيم معدَّلة للقياس الإشعاعي: يعمل التوحيد القياسي للقياس الإشعاعي على تحسين التناسق المرئي في المشاهد مقارنةً باستهدافات MODIS BRDF. مع أنّ الأنماط المكانية النسبية يتم الحفاظ عليها، لا يتم الحفاظ على دقة القياس الإشعاعي في النطاقات الطيفية الحمراء والخضراء والزرقاء.
4. الخلط بين مراحل النمو: تمثّل المناطق الشمالية ذات خطوط العرض المرتفعة (>60 درجة شمالاً) ظروف منتصف الصيف (يوم السنة 150–270)، في حين تمثّل المناطق المعتدلة والاستوائية متوسطات سنوية مركّبة.

تحديد المصدر

تخضع مجموعة البيانات هذه للإصدار 4.0 من الرخصة الدولية للمشاع الإبداعي مع نسب العمل إلى مؤلفه، ويجب تضمين الإشارة التالية إلى المصدر:

Google Earth Timelapse (Google, Landsat, Copernicus)

تتضمّن بيانات معدَّلة من "كوبرنيكوس سنتينل" [منذ 2015 حتى الآن]. يُرجى الاطّلاع على إشعار Sentinel Data القانوني.