Такія гіфкі бачылі ўсе: горад з космасу, па кадры на год. Шэрая пляма з кожным кадрам большая. Google Earth Timelapse летась выклаў такія таймлапсы на ўвесь свет. Я заўсёды верыў таму, што яны паказваюць. Ні разу не спытаў, колькі ў гэтым руху ўласна горада. Гэтай восенню я захацеў такую для Мінска, 10 гадоў па Sentinel-2, бо яго даныя бясплатныя.
10 гадоў не атрымалася. Sentinel-2A запусцілі ў чэрвені 2015 года. Першая сцэна над горадам у архіве датаваная 29 ліпеня 2015 года. У снежні 2022 года поўных летаў 7, з 2016 па 2022. Для 10 гадоў спатрэбіўся б Landsat з яго 30 метрамі.
Першая гіфка
Я ўзяў сцэны Sentinel-2 L2A з Planetary Computer па тайле 35UNV. Акно каля 32 на 28 км, у ім горад з кальцавой дарогай і прыгарады. Для кожнага лета, з траўня па верасень, я выбраў сцэну з найменшай воблачнасцю ў акне і склеіў 7 кадраў у гіфку.
Гэта было падобна на горад, які расце: палі скакалі паміж бурым і зялёным, вадасховішча на паўночным захадзе мяняла колер. Потым я паспрабаваў гэта палічыць. Піксель “голы”, калі яго індэкс расліннасці (NDVI) меншы за 0,25 і гэта не вада. Паміж кадрам 22 жніўня 2016 года і кадрам 23 траўня 2022 года голымі сталі 64 км². За той жа час 51 км² перастаў быць голым, так што чысты прырост 13 км² да 108. Калі глядзець толькі на тое, што стала голым, як гэта робіць вока на гіфцы, голай зямлі стала больш на палову з лішкам менш чым за 6 гадоў.
Я паглядзеў, што ляжыць пад гэтымі 64 км² на карце ESA WorldCover за 2021 год. 60% з іх займае ворыва. У траўні на многіх палях яшчэ нічога не вырасла, таму яны выглядаюць як голая глеба. Мой індэкс не адрознівае іх ад новага шматкватэрнага дома. У больш строгі падлік ніжэй з гэтых 64 км² трапіла толькі 5%.
Медыяны замест адзіночных сцэн
Звычайна гэта выпраўляюць медыянай. Для кожнага лета я ўзяў да 12 самых чыстых сцэн і замаскаваў аблокі і цені слоем класіфікацыі сцэны (SCL) з L2A. Кожны піксель захоўвае сваё медыяннае значэнне. Потым я палічыў пікселі, якія мяняюць стан, голы ці не голы, хаця б 2 разы за 7 кадраў. Па адзіночных сцэнах гэта 157 км², па медыянах 59 км², што таксама нямала. Адзіночныя сцэны лічацца на меншай плошчы, бо ў іх больш пікселяў пад маскай.
Голая плошча па медыянах кожны год трымаецца паміж 81 і 87 км² без аніякага трэнду, найбольш яе ў 2018 годзе.
У даных 2022 года была яшчэ адна пастка. З 25 студзеня 2022 года ESA апрацоўвае сцэны па базавай версіі апрацоўкі 04.00, якая дадае 1000 да кожнага значэння каэфіцыента адбіцця. Гэтую 1000 я адняў. Без гэтага тое самае правіла дае 154 км² голай зямлі ў 2022 годзе замест 83 км².
Правіла, якому патрэбны піксель, што змяніўся надоўга
Тады я пачаў патрабаваць больш за адзін кадр. Піксель лічыцца новым горадам, калі ён быў зялёным (NDVI 0,5 і вышэй) у 2016 і 2017 гадах, а голым у 2021 і 2022. Яшчэ ён павінен ляжаць у пляме хаця б з 5 пікселяў. Атрымліваецца 3,46 км² у 854 плямах. Адваротная змена, з голага ў зялёнае з тым жа правілам плям, дае 0,51 км².
Гэтаму ліку я таксама не паверыў. Таму я выбраў з гэтых плям 120 выпадковых пікселяў і паглядзеў на кожны ў медыянах 2016, 2019 і 2022 гадоў. Я думаў, што палі і лясныя высечкі складуць хаця б палову. Я памыліўся. На 77 пікселях да 2022 года быў будынак, дарога або асфальтаваны двор. 33 аказаліся будоўлямі або зямлёй, расчышчанай пад будоўлю. 1 быў полем, а 9 я не змог разабраць пры разрозненні 10 метраў, пераважна ў раёнах прыватных дамоў.
20 пікселяў са 120 трапілі ў адно месца, на былы аэрапорт Мінск-1. Яго закрылі 23 снежня 2015 года, так што ў першае лета Sentinel-2 паласа яшчэ на месцы. У медыянах яна ляжыць у зялёным полі да 2018 года, у 2019 годзе прыходзіць пясок. Да 2022 года на паўночна-заходняй палове стаяць шматкватэрныя дамы. У радыусе 1 км ад сярэдзіны паласы ляжыць 0,54 км² змены, 15% усёй змены ў акне. Найбольшая асобная пляма таксама там.
Звяраю з гатовымі картамі
Яшчэ да падліку я збіраўся параўнаць вынік з 2 гатовымі картамі. Першая гэта GHSL Еўракамісіі, выпуск R2022A гэтага лета, забудаваная паверхня з крокам 5 гадоў. На маёй сетцы яна дае 73,9 км² забудовы ў 2015 годзе і 77,2 км² у 2020 годзе, гэта значыць на 3,3 км² больш. Мае 3,46 км² з 2016 па 2022 год амаль столькі ж. Я гэтаму ўзрадаваўся.
Потым я паглядзеў, дзе ляжаць гэтыя 3,3 км². 7% прыросту GHSL ляжыць у межах 100 метраў ад маіх плям. Гэтая паласа займае 3,4% акна, гэта значыць супадзенне прыкладна ўдвая большае за выпадковае. І ўсё роўна астатнія 93% ляжаць у іншых месцах. На клетках па 500 метраў карэляцыя дзвюх карт 0,06. На месцы аэрапорта GHSL амаль не мяняецца: на маіх пікселях, што змяніліся, доля забудовы ў яе 4,6% у 2015 годзе і 4,9% у 2020. Тады я нарэшце ўважліва прачытаў апісанне GHSL. Яна глядзіць на зямлю праз Landsat у 2014 годзе і праз кампазіт Sentinel-2 за 2018 год. Эпохі 2015 і 2020 гадоў GHSL атрымлівае мадэллю, якая ўлічвае сярод іншага рэльеф, адлегласць да вады і ранейшы рост: 2015 год інтэрпаляцыяй, 2020 экстрапаляцыяй. Так што яе лік за 2020 год гэта не назіранне.
З WorldCover для гэтага пытання яшчэ горш. Карта 2020 года зроблена версіяй алгарытму v100, а карта 2021 года версіяй v200. У нататках да выпуску аўтары папярэджваюць, што розніца паміж дзвюма картамі складаецца са змен на зямлі і са змены алгарытму. У маім акне забудаваны клас за адзін год расце са 153,9 да 186,8 км², а маё правіла дае менш за 1 км² на год.
Што я з гэтага вынес
У маім акне вакол Мінска гэта каля 3,5 км² за 6 гадоў, разам з будоўлямі. Думаю, сапраўдны лік хутчэй большы, чым меншы. Перад зменай піксель мусіў 2 леты запар быць зялёным. Забудову дробнымі кавалкамі правіла плям адсейвае. Але колькі правіла прапусціла, я не вымяраў.
Чаго я не правяраў
Парогі 0,25 і 0,5 я выбраў адзін раз і не падбіраў. Зямля, расчышчаная да 2016 года, у падлік не трапіла, а ў акне ёсць яшчэ і вёскі за горадам. Выбарку я размячаў адзін пры разрозненні 10 метраў, іншы чалавек мог бы аднесці некалькі кропак у іншую групу. Дзе старыя дамы з садамі саступілі месца новым кварталам, маё правіла палічыла б гэта новым горадам, хоць зямля была забудаваная і раней. Вышэйшы будынак на месцы нізкага яно не бачыць зусім.
2,2% акна хаця б у адно лета не мела ніводнага чыстага пікселя і ў падлік не ўвайшло. Спачатку я думаў, што маска прымае светлыя дахі за аблокі. Класы SCL паказваюць іншае: каля паловы гэтых пікселяў “unclassified” і трэць “dark area”, 2 класы, якія выкінула мая ўласная маска. У гіфках я запоўніў дзіркі значэннямі бліжэйшых пікселяў.