Jembatan Digital Hutan Quebec: 115.000 Orthophoto

Fondasi sebelum segala sesuatu

Quebec menerbitkan lebih dari 115.000 tile orthophoto dengan resolusi 20 hingga 30 cm per piksel, berukuran beberapa ratus gigabita, dan kami menempatkan semuanya pada satu medan 3D yang berkesinambungan. Hampir tidak ada bagian dari pekerjaan itu yang merupakan 3D. Pekerjaannya adalah menggabungkan tile yang tidak menggunakan proyeksi yang sama, mengisi celah di antaranya, dan mencocokkan warna antar sensor serta tahun pengambilan gambar.

Inilah bagian yang tidak pernah ditampilkan siapa pun, dan bagian inilah yang menentukan apakah semua yang berada di atasnya akan berfungsi. Hingga data di bawahnya berkesinambungan, tampilan 3D, zoom dari provinsi ke parcel, dan setiap perhitungan teritorial berdiri di atas fondasi yang rapuh. Tulisan ini adalah laporan kemajuan fase tersebut, yang diterapkan pada Quebec.

Pipeline TerraLab: satu scene, setiap sumber

TerraLab-Twin adalah globe virtual planet. Tugasnya adalah memadukan sumber geospasial heterogen secara real-time (orthophoto publik, ortho drone beresolusi tinggi, model medan digital, vector layer, citra satelit) ke satu medan 3D yang dapat dinavigasi, dari skala planet hingga tingkat parcel.

Tiga karakteristik mendefinisikan state of the art yang kami tuju:

• Kontinuitas skala: dari seluruh Quebec (diagonal 10.000 km) hingga parcel berukuran 50 m, tanpa jeda, tanpa perubahan CRS, dan tanpa sambungan pada batas administratif.
• Fusi multi-sumber dinamis: berbagai sumber dengan kualitas dan resolusi berbeda hidup berdampingan pada medan yang sama dan dipilih secara langsung berdasarkan area, resolusi yang diminta, serta ketersediaan data.
• Abstraksi upstream penuh: pengguna akhir tidak pernah melihat format file, kode EPSG, atau zona MTM. Mereka cukup bernavigasi.

Semua pekerjaan yang dijelaskan di bawah ini berkaitan dengan penerapan ketiga karakteristik tersebut pada kasus konkret: wilayah Quebec.

Tile MRNF yang digabungkan oleh TerraLab WorldMapServer. Medan berkesinambungan, tanpa sambungan yang terlihat di antara lembar asli.

Hal yang membuat data Quebec unik

Quebec menyediakan salah satu dataset publik terkaya di Amerika Utara untuk jenis pekerjaan ini. Kementerian Sumber Daya Alam dan Kehutanan Quebec (MRNF, sebelumnya MERN) menerbitkan lebih dari 115.000 tile orthophoto, dengan total data beberapa ratus gigabita, pada resolusi asli 20 hingga 30 cm per piksel. Itu kira-kira tiga puluh kali lebih detail daripada citra satelit Sentinel-2 yang digunakan sebagai pelengkap.

Orthophoto MRNF pada resolusi asli 20-30 cm di atas sektor hutan Quebec.

Kekayaan ini hadir bersama tantangannya sendiri: keluarga proyeksi peta yang heterogen, berbagai format file, citra yang diambil selama beberapa tahun dan musim. Inilah jenis dataset yang dirancang untuk ditangani oleh globe virtual, ketika alat GIS tradisional akan meminta pengguna memilih proyeksi, musim, format, lalu menerima konsekuensinya.

Dan kami tahu cara menangani skala ini. 115.000 tile, ratusan gigabita, format campuran, data dari berbagai periode: arsitektur TerraLab-Twin dirancang untuk menyerap volume ini secara native, pada workstation developer, tanpa memerlukan infrastruktur khusus.

Tile MRNF asli pada 20 cm. Pohon, jalan, dan parcel terlihat jelas sebelum pemrosesan apa pun.

Bagian yang menyulitkan: proyeksi peta

Saya ingin berhenti sejenak pada poin ini, karena bagi siapa pun yang pernah bekerja di bidang geospasial, ini adalah mimpi buruk operasional.

Data publik Quebec tidak hadir dalam satu proyeksi. Data tersebut hadir sebagai keluarga varian NAD83: varian Quebec Lambert (EPSG:32198), varian berbasis CSRS yang lebih modern, dan sepuluh zona MTM (Modified Transverse Mercator) yang membagi wilayah karena alasan kartografi historis. Dalam praktiknya, setiap tile dapat hadir dalam sistem referensi koordinat yang berbeda.

Alat-alatnya adalah separuh masalah berikutnya. Setiap datum memiliki jebakannya sendiri, dan setiap alat dalam rantai geospasial membawa perilaku lama masing-masing terkait library PROJ. Sangat umum dalam produksi melihat pipeline gagal secara diam-diam karena instalasi lama mengembalikan transformasi yang meleset sepuluh meter atau lebih.

Inilah yang diabstraksikan oleh globe virtual. TerraLab-Twin hanya mengenal satu proyeksi akhir: WGS84 pada ellipsoid planet. Semua kompleksitas proyeksi diserap upstream, di dalam pipeline ingestion. Pengguna akhir tidak pernah melihat kode EPSG. Mereka melihat wilayah 3D yang berkesinambungan dan dapat dinavigasi, dari seluruh Quebec hingga satu parcel hutan, tanpa ada yang rusak di batas zona.

Setelah masalah sulit ini terselesaikan, semua hal lain menjadi mungkin: fusi multi-sumber, navigasi berkesinambungan, 3D real-time.

Alat tiling internal: setiap sumber diproyeksikan ulang ke WGS84, lalu dikompositkan ke dalam scene 3D.

Mengapa WGS84 dalam globe virtual, dan mengapa ini penting

Pilihan WGS84 pada ellipsoid bukanlah keputusan yang sembarangan. Proyeksi peta klasik pada dasarnya adalah kompromi: proyeksi tersebut meratakan objek 3D (ellipsoid Bumi) ke bidang 2D, yang selalu menimbulkan distorsi (pada sudut, area, jarak, atau ketiganya). Dapat diterima pada skala kecil, tetapi tidak dapat ditoleransi pada skala benua.

Globe virtual menghindari masalah tersebut dengan mempertahankan semuanya dalam 3D sepenuhnya. Engine bekerja pada ellipsoid nyata, bukan pada proyeksi planar. Konsekuensi langsung bagi pengguna: Anda dapat melakukan zoom dengan bebas dari seluruh Quebec hingga parcel berukuran 50 m, tanpa mengganti CRS, tanpa sambungan pada batas zona MTM, tanpa peregangan kutub, dan tanpa artefak penyelarasan tepi. Inilah yang membuat navigasi berkesinambungan, dan sesuatu yang tidak dapat ditawarkan oleh alat GIS 2D tradisional.

Kalibrasi warna dan fusi: tantangan visual

Setelah proyeksi ditangani, tantangan berikutnya bersifat visual. Digital twin 3D Quebec tidak memadukan satu, melainkan tiga sumber citra yang saling melengkapi:

1. Orthophoto udara MRNF: prioritas 1, 20-30 cm, detail utama
2. Citra satelit Sentinel-2: prioritas 2, 10 m, mengisi area tanpa cakupan udara (biasanya wilayah pesisir)
3. Basemap planet Blue Marble: cadangan terakhir, memastikan tidak ada area yang kosong

Masing-masing dari ketiga sumber ini memiliki ciri kolorimetriknya sendiri: sensor berbeda, kondisi akuisisi berbeda, tanggal pengambilan berbeda, dan pemrosesan upstream yang berbeda. Tantangannya bukan sekadar menampilkannya bersama, tetapi memastikan bahwa batas tetap tidak terlihat oleh mata dan tile yang bersebelahan memiliki rentang warna yang sama.

Beberapa tile MRNF juga tidak lengkap: di tepi kampanye penerbangan, cakupan udara berhenti di tengah tile sehingga meninggalkan zona nodata. Tanpa pemrosesan, celah ini muncul sebagai pita hitam pada medan 3D. Ini adalah alasan lain mengapa pipeline harus memadukan beberapa sumber: mengisi celah tersebut dengan Sentinel-2 di mana orthophoto udara tidak mencukupi.

Tile MRNF dengan cakupan parsial. Pipeline mengisi celah dengan Sentinel-2 secara otomatis.

Di sisi Sentinel-2, kami membuat komposit menggunakan median multi-tanggal di atas rentang reflektansi tetap: ini menghilangkan outlier (awan, bayangan, hari yang tidak biasa) dan memastikan semua tile memiliki kalibrasi yang sama.

Warna biru pada kampanye tahun 2015

Di sisi Quebec, beberapa kampanye penerbangan lama (terutama 2015) menunjukkan warna biru yang sistematis. Asal pasti cacat ini tidak didokumentasikan oleh penyedia data, tetapi rasio biru-terhadap-merah yang terlalu tinggi (B/R ~1.30 dibandingkan ~0.88 untuk kampanye normal) memengaruhi sebagian besar tile dari tahun tersebut. Pipeline memfilter berdasarkan musim (akuisisi musim panas untuk rona hijau yang konsisten), tetapi masalah tetap ada pada area yang hanya memiliki tile tahun 2015.

Beberapa pendekatan dapat digunakan untuk area-area ini: koreksi warna otomatis (pencocokan histogram antar tile yang bersebelahan), atau penggantian dengan citra satelit (Sentinel-2 sebagai pilihan pertama, gratis pada 10 m, atau sumber komersial seperti Airbus Pleiades dan Maxar untuk resolusi yang lebih tinggi, tetapi dengan biaya besar). Tidak satu pun pilihan ini ideal jika digunakan sendiri. Kombinasi yang paling mungkin adalah pemfilteran berdasarkan periode, ditambah fallback Sentinel-2 untuk area tanpa alternatif.

Waktu berpihak kepada kami di sini. MRNF terus menerbitkan kampanye udara baru secara berkala, dan orthophoto 2023 dan 2024 sudah tersedia sebagai data terbuka untuk wilayah tertentu. Area yang hanya tercakup oleh tile tahun 2015 yang cacat kemungkinan akan digantikan oleh akuisisi yang lebih baru dan terkalibrasi lebih baik.

Atas: tile MRNF 2015 dengan warna biru (B/R ~1.30). Bawah: 2016 dengan warna normal (B/R ~0.88).

Tile 2015 bernuansa biru di samping tile yang terkalibrasi normal: patchwork terlihat jelas dan merusak homogenitas medan.

Tempat orthophoto Quebec bertemu Sentinel-2

Pada batas antara kedua sumber, transisi geometris tidak terlihat. Namun, transisi kolorimetrik masih terlihat di beberapa wilayah pesisir.

Sambungan warna tersebut adalah kompromi yang disengaja. Blending tingkat piksel di sepanjang ratusan kilometer garis pantai akan membutuhkan pemrosesan yang lebih besar daripada manfaat visualnya, terutama pada skala navigasi yang umum digunakan dalam digital twin. Pipeline memprioritaskan cakupan dan kontinuitas dibandingkan kesempurnaan kosmetik di bagian tepi.

Atas: Sentinel-2 saja. Bawah: komposit Quebec + Sentinel-2. Zona blending terlihat di sepanjang garis pantai.

Pipeline mencakup langkah pencocokan warna yang memperhalus transisi ini. Contoh di bawah dari area Riviere-du-Loup menunjukkan perbedaannya: tanpa pencocokan warna, batas antara orthophoto Quebec dan Sentinel-2 terlihat jelas. Dengan pencocokan warna, transisinya menjadi jauh lebih halus.

Riviere-du-Loup. Atas: tanpa pencocokan warna. Bawah: dengan pencocokan warna.

Semenanjung Gaspe, tampilan luas. Zona cyan (kiri) = tile 2015 bernuansa biru, daratan utama = orthophoto Quebec, laut = Sentinel-2.

Kondisi saat ini

Per 7 April 2026, kami berada di jalur yang tepat. Keluarga NAD83 telah diserap upstream, dan pipeline ingestion secara bertahap memproses sekitar 115.000 tile MRNF.

Cakupan wilayah masih parsial pada tahap ini. Area yang telah diproses (misalnya Semenanjung Gaspe) dapat dinavigasi dengan orthophoto Quebec, sementara area lain untuk sementara diisi dengan Sentinel-2. Komposit tiga layer telah divalidasi di pesisir Gaspe, dan volume data berjalan dengan nyaman pada workstation developer standar.

Resolusi saat ini

Engine saat ini menghasilkan 10 m per piksel. Ini adalah pilihan yang disengaja untuk iterasi pertama: bekerja pada skala global terlebih dahulu memungkinkan kami memvalidasi seluruh pipeline (proyeksi, fusi, kalibrasi warna, volume data) sebelum meningkatkan resolusi zona demi zona. Data MRNF sumber pada 20-30 cm tersedia. Penyempurnaan hingga 30 cm akan dilakukan berdasarkan kasus per kasus, sesuai kebutuhan.

Elevasi

Untuk elevasi, medan 3D bergantung pada SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) Digital Elevation Model. Ini bukan sumber paling detail yang tersedia, tetapi mencakup seluruh wilayah dan memungkinkan kami memvalidasi keseluruhan rantai. Peralihan ke DTM Quebec yang lebih presisi dapat dilakukan untuk area prioritas.

Berikut hasil saat ini: orthophoto Quebec pada 10 m yang diproyeksikan di atas relief SRTM, tanpa vegetasi 3D dan tanpa data vector. Inilah fondasi medan mentah yang akan menjadi dasar bagi semua hal lainnya.

Tampilan 3D pertama Quebec. Ortho 10 m + relief SRTM. Dari atas ke bawah: hamburan atmosfer, pencahayaan langsung, tanpa pencahayaan.

Hal penting yang perlu diingat: kualitas rendering tidak dapat melampaui kualitas data sumber. Di tempat data MRNF bersih dan terkalibrasi dengan baik (kampanye setelah 2015), hasilnya sangat baik. Di tempat data mengalami cacat (kampanye 2015 bernuansa biru), pipeline tidak dapat menciptakan kalibrasi warna yang benar.

Yang aktif saat ini:

• Orthophoto udara Quebec (MRNF) yang digabungkan dengan Sentinel-2
• Relief 3D melalui SRTM
• Pipeline lengkap yang divalidasi di pesisir Gaspe

Berikutnya:

• Resolusi 20-30 cm pada zoom dekat
• Data vector OSM Quebec
• Pohon 3D di seluruh wilayah Quebec