Descripción del conjunto de datos
El producto WorldCover de la Agencia Espacial Europea (ESA) provee un mapa global de cobertura del suelo para 2020 & 2021 con una resolución de 10 m, a partir de los datos de Copernicus Sentinel-1 y Sentinel-2. El producto WorldCover cuenta con 11 clases de cobertura del suelo y ha sido elaborado en el marco del proyecto WorldCover de la ESA, que pertenece al 5º Programa de Observación de la Tierra (EOEP-5) de la Agencia Espacial Europea. En octubre de 2021 se lanzó una primera versión del producto, que contiene el mapa de 2020. El mapa de 2021 se lanzó en octubre de 2022 utilizando un algoritmo mejorado.
Uso
El mapa WorldCover es un conjunto de datos a escala mundial, creado con una única metodología empleada en todas las regiones. Por ello, la precisión del mapa puede ser diferente entre lugares y según la escala. Ahora bien, un elemento fundamental para WorldCover fue la participación activa de varios usuarios finales en distintos ámbitos que aportaron información primaria para todos los aspectos de ingeniería y dieron seguimiento a todo el flujo de trabajo del proyecto, desde el diseño hasta la asimilación y validación. Por consiguiente, WorldCover pretende ofrecer un beneficio significativo a varias comunidades de usuarios y ampliar la base de usuarios de la cobertura terrestre global existente y el desarrollo de nuevos servicios.
Los mapas de WorldCover 2020 y 2021 se generaron con diferentes versiones de algoritmos y, por lo tanto, los cambios entre los mapas deben tratarse con precaución, ya que contienen tanto cambios reales en la cobertura del suelo como cambios debidos a los algoritmos utilizados. Se planea lanzar una versión actualizada del mapa 2020 utilizando el mismo algoritmo que el mapa 2021 en un futuro próximo.
Metodología
El producto de cobertura terrestre global ESA WorldCover se basa en las experiencias GlobCover y CCI Land Cover de la Agencia Espacial Europea. El algoritmo utilizado para crear el producto de cobertura terrestre global WorldCover se basa en el algoritmo usado para generar el mapa dinámico anual Copernicus Global Land Service Land Cover (CGLS-LC) con 100 m de resolución (Buchhorn et al., 2020). El flujo de trabajo de CGLS-LC hace uso de datos Proba-V de 100 m, 5 días, como entrada, que fueron reprocesados a la cuadrícula UTM de Sentinel-2 junto con datos de entrenamiento obtenidos a 10 m de resolución. No obstante, para la generación del mapa WorldCover se usan datos de imágenes multiespectrales de Sentinel-2 y datos de radar de apertura sintética (Synthetic Aperture Radar - SAR) de banda C de Sentinel-1 y no datos de Proba-V.
En la producción del mapa WorldCover se incluyeron los siguientes pasos metodológicos:
- Los productos de Nivel 2A (L2A) y de Alcance de Tierra Detectado (Ground Range Detected - GRD) para Sentinel-2 (S2) y Sentinel-1 (S1), respectivamente, se seleccionan y se filtran en función de la nubosidad (Sentinel-2) o se preprocesan a series de tiempo de retrodispersión Gamma0 (para Sentinel-1).
- Se eliminan las nubes y las sombras de las nubes en las bandas de reflectancia de Sentinel-2. Compuestos medianos de diez días se calculan a partir de las series temporales de las bandas limpias y se calculan índices de vegetación (VI) adicionales para cada paso de la serie temporal. Para las bandas S1, se utiliza un filtro de manchas multitemporal adicional antes de componer las series temporales.
- A partir de esas series temporales limpias, se calculan estadísticas descriptivas temporales como el percentil 10, 50, 90 y el rango intercuartílico. Éstas se usan como características, además de otras características adicionales obtenidas de capas auxiliares (por ejemplo, el Modelo de Elevación Digital Global de Copernicus) en la clasificación.
- Luego, se entrenan diferentes modelos (escenarios) con un algoritmo de árbol de decisión de gradiente (CatBoost) usando un conjunto de datos de entrenamiento etiquetados manualmente a 10 m de resolución disponibles en el Copernicus Global Land Service Land Cover, complementado con datos de entrenamiento extraídos de OpenStreetMap, Global Surface Water Explorer y Global Mangrove Watch.
- Finalmente, los diferentes escenarios se combinan en un mapa de cobertura terrestre final a través de la aplicación de diferentes reglas de expertos y posteriormente se teselan en teselas de 3 x 3 grados en proyección geográfica (EPSG:4326). Algunas de estas reglas expertas utilizan conjuntos de datos auxiliares (por ejemplo, OpenStreetMap, Global Surface Water Explorer, Global Mangrove Watch) para modular las probabilidades proporcionadas por el clasificador para producir una mejor predicción final.
Incertidumbre y precisión
Los datos de WorldCover se examinan por medio de una evaluación independiente de la precisión estadística, la comparaciones de mapas, una evaluación de la precisión espacial y evaluaciones del usuario final. La evaluación de la precisión estadística sigue los requerimientos de Validación de productos terrestres (Land Product Validation - LPV) del Grupo de Trabajo sobre Calibración y Validación (Working Group on Calibration and Validation - WGCV) del Comité de Satélites de Observación de la Tierra (Committee on Earth Observation Satellites - CEOS). Se ha aplicado una estratificación global independiente de cualquier mapa de cobertura del suelo y utilizando la cuadrícula de Mercator Transversal Universal (UTM) de Sentinel 2 como base geográfica para proveer más de 21.000 unidades primarias de muestreo (primary sampling units - PSU), cada una de las cuales contiene cien píxeles de referencia de 10x10 m para los años 2020 & 2021 - con el fin de realizar una sólida evaluación de la precisión a nivel global y continental (un mínimo de 3000 PSU por continente). Los productos WorldCover 2020 y 2021 alcanzan una precisión general de +/- 75 y 77 %, respectivamente. Se pueden encontrar más detalles en el Informe de validación del producto.
Mantenimiento del conjunto de datos
El conjunto de datos WorldCover es un producto de demostración de la Agencia Espacial Europea y en los próximos años se espera que migre al servicio operativo de seguimiento de la cubierta terrestre mundial de Copernicus.
