Küresel bina envanteri güncellendi! 2,75 milyar bina tek tek tespit edildi

Münih Teknik Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi, GlobalBuildingAtlas adı verilen devrim niteliğindeki projeyle, dünya üzerindeki tüm binaları üç boyutlu olarak haritalamayı başardı. Altı yıl süren titiz bir çalışma sonucunda, 2,75 milyar binanın konumu, yüksekliği ve hacmi yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleriyle tespit edilerek dijital ortama aktarıldı. Bu yeni harita, Dubai'deki gökdelenlerden Soria'daki ıssız bir kulübeye kadar, gezegenin en ücra köşelerindeki yapıları bile kapsayacak şekilde hazırlandı. Projede kullanılan gelişmiş makine öğrenimi algoritmaları sayesinde, yalnızca binaların yerleri değil, aynı zamanda hacimleri ve yükseklikleri de hassas biçimde ölçüldü. Böylece, şehir planlamasından afet yönetimine, enerji modellemesinden sosyal eşitsizliklerin tespitine kadar pek çok alanda kullanılabilecek benzersiz bir veri seti ortaya çıktı.

GlobalBuildingAtlas nasıl geliştirildi?

GlobalBuildingAtlas'ın temelinde, gezegenin tamamını kapsayan ve her biri 2019 yılına ait uydu görüntülerinden elde edilen 2,75 milyar bina poligonu bulunuyor. Araştırmacılar, PlanetScope adlı ticari uydu takımının sağladığı, yaklaşık üç metre piksel çözünürlüğüne sahip görüntülerden yararlandı. Bu görüntüler, dört farklı spektral bant içeriyor ve her piksel, gerçek araziyle tam olarak hizalanacak şekilde ortorektifiye edildi. Ekip, Dünya'yı küçük coğrafi parçalara ayırdı ve inşa edilmiş alanları tespit etmek için Global Urban Footprint adlı ürünü kullandı. 2019 yılına ait, çoğunlukla bulutsuz yaklaşık 800.000 sahne indirildi ve gerektiğinde 2018 verileriyle desteklendi. Bu devasa veri, en temiz ve güvenilir görüntüler seçilerek küresel bir mozaik haline getirildi.

Mozaik üzerinde binaları tespit edebilmek için, araştırmacılar derin öğrenme tabanlı sinir ağlarını devreye soktu. Öncelikle, mozaik küçük parçalara bölündü ve her bir parça, OpenStreetMap ile Çin'den alınan anotasyonlu bina verileriyle eşleştirildi. Bu eşleştirme, PlanetScope'un üç metrelik ızgarasına uygun şekilde rasterleştirildi. Kodlayıcı-çözücü mimarisine sahip derin bir ağ, binaları beyaz-siyah maske görüntüleriyle belirlemeyi öğrendi. Ancak, bu maskeler bitişik binaları birleştirme eğiliminde olduğundan, verinin temizlenmesi ve her yapının ayrı ayrı tanımlanabilmesi için ikinci bir düzenleme ağı eğitildi. Son aşamada, bu maskeler vektör poligonlarına dönüştürüldü ve yanlış pozitifleri ortadan kaldırmak amacıyla World Cover adlı küresel arazi örtüsü haritası ile filtrelendi.

Üçüncü boyut olan yükseklik verisi ise, hava tabanlı LiDAR (lazerle mesafe ölçümü) verilerinden elde edildi. Farklı gelişmiş ülkelerden toplanan LiDAR verileriyle, her hücrenin yerden yüksekliği ölçülerek normalleştirilmiş dijital yüzey modelleri (nDSM) oluşturuldu. Bu veriler, tek bir optik görüntüden yükseklik tahmini yapabilen bir sinir ağını eğitmek için "gerçek zemin" olarak kullanıldı. Model, PlanetScope mozaiklerini tarayarak, her piksel için üç metre çözünürlükte yükseklik tahmini yaptı ve bu tahminlerin belirsizlik oranını da hesapladı.

Son olarak, elde edilen 2D bina izleri ve yükseklik ızgarası, her bir bina için tutarlı bir üç boyutlu modelde birleştirildi. Farklı veri kaynaklarının homojen olmaması nedeniyle, araştırmacılar her idari bölge için "kaliteye dayalı birleştirme" yöntemi geliştirdi. Bu yöntemde, genellikle OpenStreetMap veya Google'ın Open Buildings veri seti ana kaynak olarak seçildi; Microsoft'un izleri, Doğu Asya'dan CLSM ve ekibin kendi otomatik poligonları ise tamamlayıcı kaynaklar olarak değerlendirildi. Her bölgede, ana kaynaktan gelen tüm binalar korunurken, eksik kalan yerlerde ikincil kaynaklardan binalar eklendi. Her binaya, izinin içindeki yükseklik ızgarasından maksimum değer atanarak, küresel LoD1 (Level of Detail 1) modeli oluşturuldu.

GlobalBuildingAtlas'ın sunduğu yeni olanaklar

Ortaya çıkan GlobalBuildingAtlas, insanlık tarihinin en kapsamlı bina haritası olma özelliğini taşıyor. Toplamda 2,75 milyar bina, yaklaşık 506.640 milyon metrekarelik bir alanı kaplıyor ve toplam hacim 2,85 trilyon metreküpe ulaşıyor. Bu rakamlar, Birleşmiş Milletler'in daha önceki yaklaşık 4 milyar bina tahmininin gerçeği olduğundan fazla yansıttığını gösteriyor. Asya kıtası, 1,22 milyar bina ve en büyük toplam hacimle listenin başında yer alırken, Afrika 540 milyon bina ile daha az yüzey ve hacme sahip. Afrika'daki yapıların büyük çoğunluğunu küçük ve tek katlı binalar oluşturuyor. Avrupa ve Kuzey Amerika'da ise bina sayısı Afrika'dan daha az olmasına rağmen, ortalama bina hacmi çok daha yüksek. Güney Amerika ise yükseklik ve hacim tahminlerinde en fazla hata payına sahip kıta olarak öne çıkıyor; bu durum, bölgedeki karmaşık yerleşim düzenleri ve yüksek yapıların modellemesinin zorluğuyla açıklanıyor.

Projenin baş araştırmacısı Prof. Xiaoxiang Zhu, GlobalBuildingAtlas'ın sunduğu üç boyutlu verinin, şehirlerin ve yerleşimlerin geleneksel iki boyutlu haritalardan çok daha gerçekçi ve doğru bir resmini ortaya koyduğunu vurguluyor. Zhu'ya göre, binaların yalnızca yerini değil, hacmini ve yüksekliğini de bilmek, kentsel gelişim ve yoksulluk gibi sosyal göstergelerin daha hassas ölçülmesini sağlıyor. Ekip, "kişi başına inşaat hacmi" adını verdikleri yeni bir küresel göstergeyle, toplam inşa edilen kütle ile nüfus arasındaki ilişkiyi ortaya koyuyor. Bu gösterge sayesinde, yalnızca üstten görünümle gizlenen konut ve altyapı eşitsizlikleri açığa çıkarılabiliyor.