Des chercheurs du Stevens Institute of Technology ont développé une nouvelle plate-forme basée sur l'apprentissage automatique, connu sous le nom d'OC-SMART, capable de traiter la couleur de l'océan dans les images satellites 10 fois plus rapidement que la principale plate-forme au monde. L'oeuvre, qui sera adopté par la NASA, est l'une des premières plates-formes basées sur l'apprentissage automatique dans l'analyse de la couleur des océans qui peut traiter à la fois les régions côtières et océaniques ouvertes à l'échelle mondiale pour révéler des données sur la santé de la mer et l'impact du changement climatique.

L'oeuvre, dirigé par Knut Stamnes, professeur de physique à Stevens, et dirigé par Yongzhen Fan Ph.D. '16, un chercheur invité en physique dans le laboratoire de Stamnes, résout un problème vieux de 30 ans dans la récupération des données des régions côtières et des zones océaniques ouvertes. Depuis des décennies, La plate-forme SeaDAS de la NASA a excellé dans l'analyse de la couleur de l'océan depuis l'océan ouvert avec de l'air pur, mais il a fréquemment récupéré des résultats inexacts des zones côtières et des eaux intérieures telles que les Grands Lacs, où l'interaction complexe entre l'atmosphère, mer, léger, reflets, et les particules de l'air ont rendu l'analyse difficile.

« Il est essentiel d'étudier les zones côtières et les eaux intérieures, " dit Stamnes, un expert du transfert radiatif dont les travaux paraissent dans le numéro de décembre 2020 de Télédétection de l'environnement . "Même si ces zones ne représentent qu'une petite fraction du monde en termes de masse, c'est là où nous vivons et où se déroule toute l'activité biologique."

La plateforme OC-SMART, ou Ocean Color-Simultaneous Marine and Aerosol Retrieval Tool, ajoute aux capacités de SeaDAS en prenant des données d'images satellitaires et en les traitant à l'aide d'algorithmes spéciaux, qui sont construits sur de puissantes techniques d'apprentissage automatique et des simulations étendues de transfert radiatif. Dans ce projet, Le transfert radiatif est défini comme le flux complexe d'énergie électromagnétique entre l'océan et l'atmosphère. Ce processus a un impact sur la façon dont la couleur de l'océan est perçue et analysée par SeaDAS, la première plate-forme mondiale pour le traitement de la couleur des océans à partir d'images satellites depuis des décennies.

Le logiciel OC-SMART sera désormais intégré à la plate-forme SeaDAS de la NASA. Les produits finaux du logiciel incluent des données utiles sur les concentrations de chlorophylle et la présence de phytoplancton et de pollution, autant d'indicateurs utiles de l'état de l'océan. Notamment, Stamnes a dit, OC-SMART sera adapté à la prochaine mission PACE de la NASA dont le lancement est prévu en 2023. Plancton, Aérosol, Nuage, écosystème océanique, ou PACE, est une mission satellite d'observation de la Terre de la NASA qui poursuivra et fera progresser les observations de la couleur de l'océan mondial, biogéochimie, et l'écologie, ainsi que le cycle du carbone, aérosols et nuages.

"OC-SMART est un généraliste, tout usage, plate-forme facile à utiliser, " dit Wei Li, un physicien de Stevens qui a travaillé sur le projet et a été contacté par plusieurs chercheurs dans d'autres pays depuis que le logiciel est devenu public.

L'Agence spatiale européenne dispose d'une plateforme similaire à OC-SMART, mais il se concentre principalement sur les zones côtières européennes et non mondiales. Un outil capable de traiter les régions côtières ainsi que les régions océaniques ouvertes à l'échelle mondiale était nécessaire, dit Nan Chen, un physicien à Stevens qui a également été impliqué dans le projet.

"Pendant des années, les scientifiques avaient des difficultés à traiter la couleur des océans dans les régions côtières et les endroits qui subissent une forte pollution ou d'autres particules atmosphériques telles que les tempêtes de sable, " Ventilateur, l'auteur principal, ajoutée. "C'est pourquoi nous avons développé OC-SMART afin de résoudre ces problèmes."

L'OC-SMART arrive à un moment où l'on s'intéresse de plus en plus à l'analyse de la couleur des océans dans les zones côtières, dit Stamnes. OC-SMART est également l'un des premiers outils d'analyse de la couleur des océans à utiliser le machine learning, qui a seulement commencé à faire des percées dans l'océanographie.

"Il y a maintenant des satellites en orbite qui nous donnent plus d'informations sur ce qui se passe autour des côtes et dans des endroits comme les grands lacs, " dit Stamnes. " Alors, cela ouvre de nouveaux domaines de recherche. Et avec l'apprentissage automatique, c'est un tout nouveau jeu."