用于绘制全球可持续屋顶地图的人工智能工具

随着世界各地的城市继续城市化,扩大和优化现有空间的需求越来越大。城市已加速研究未充分利用的屋顶空间如何促进气候行动、粮食生产和其他目的。可持续屋顶,例如带有绿色植物和光伏板的屋顶,可以为减少城市碳足迹的路线图做出贡献,但尽管已经进行了评估其潜力的研究,但很少有人跟踪城市的实际表现。

为了解决这个问题,新加坡国立大学 (NUS) 设计与环境学院建筑系青年校长教授 Filip Biljecki 博士和新加坡国立大学建筑硕士毕业生 Abraham Noah Wu 先生开发了一种使用卫星图像的自动化工具跟踪世界各地的屋顶如何采用太阳能电池板和/或植被。它被称为Roofpedia,它使用完全卷积神经网络(深度学习),使研究人员和政策制定者能够研究世界各地的城市如何绿化屋顶并将其用于光伏装置。

这是新加坡国立大学设计与环境学院多学科研究小组新加坡国立大学城市分析实验室的研究项目。他们的研究发表在国际期刊《景观与城市规划》上。

跟踪 17 个城市的太阳能和绿色屋顶采用情况

研究人员通过 Roofpedia 创建了一个开放式屋顶登记处,其中包含来自欧洲、北美、澳大利亚和亚洲 17 个形态和地理城市的 100 万个屋顶的数据。这些城市是:柏林、哥本哈根、拉斯维加斯、洛杉矶、卢森堡市、墨尔本、纽约、巴黎、凤凰城、波特兰、圣地亚哥、旧金山、圣何塞、西雅图、新加坡、温哥华和苏黎世。

使用这些数据,研究人员开发了屋顶百科指数,以太阳能和绿色屋顶渗透方面的可持续屋顶景观范围来衡量城市。这是通过考虑区域覆盖率和城市中配备太阳能和绿色屋顶的建筑物数量作为整个区域的百分比值得出的。

苏黎世的指数得分为 100,因为它在绿色屋顶的面积覆盖率和建筑物数量方面得分很高。高绿色屋顶覆盖率是苏黎世市政府自 1991 年以来努力强制所有新建筑必须使用绿色屋顶的结果。拉斯维加斯在指数中的太阳能屋顶采用率最高,得分为 86。这可能是由于地理区域的高太阳能潜力。

“通过收集这些数据,Roofpedia 可以衡量城市如何进一步利用其屋顶来减少碳排放,以及它们的屋顶景观有多少未开发的潜力。例如,用户可以用其他数据来源补充 Roofpedia,以研究政府补贴的有效性和其他人的气候承诺是否得到遵守。此外,通过卫星图像收集当前数据,用户也可以更准确地确定城市目前的碳抵消能力,“Biljecki博士分享道。

Roofpedia 在太阳能屋顶覆盖率方面将新加坡列为第三

根据屋顶百科指数,新加坡在屋顶太阳能采用方面以 75 分在 17 个城市中排名第三,落后于拉斯维加斯(86 分)和苏黎世(81 分)。指数中的分数是标准化的,虽然新加坡在总面积覆盖方面得分很高,但它落后于其他一些城市,因为配备太阳能电池板的建筑物相对较少。

吴先生说:“虽然作为新加坡绿色计划的一部分,新加坡制定了到 2030 年大幅扩大太阳能部署的雄心勃勃的计划,但屋顶太阳能的部署主要是由政府推动的。因此,屋顶百科表明太阳能建筑更加集中在伍德兰、裕廊或宏茂桥等中心地带,与巴西班让等其他地区相比,新加坡在配备太阳能电池板的建筑数量方面得分相对较低,这表明私人住宅和商业建筑有潜力进一步最大化利用新加坡的屋顶。”

吴先生详细阐述了评分系统同时考虑了建筑数量和总建筑面积,从而让用户可以研究个人业主的采用程度以及其他城市屋顶太阳能和植被覆盖的整体广泛性。

研究人员强调,每个城市都有其独特的特点,屋顶绿化或太阳能电池板的确切好处在很大程度上取决于城市形态和设计。城市的地理位置和大气候也计划了一部分。例如,在较干燥的地区,绿色屋顶更难维护,而在多雨和黑暗的地区,太阳能屋顶可能没有经济意义。考虑到这些限制,如果没有可持续的屋顶景观,城市仍然可以实现环境进步。

Biljecki 博士解释说:“温哥华在该指数中的得分可能不高,但一直被评为世界上最可持续的城市之一,拥有充足的水电,仅提供了该市 25% 的能源需求,并且有计划2050 年之前 100% 使用的能源来自可再生能源。屋顶百科指数的作用是通过在评估城市的整体可持续性时增加一个新的考虑维度来补充现有的可持续性指数。”

Roofpedia的未来

该研究团队已将 Roofpedia 的 100 万个屋顶数据公开,并希望鼓励船上的其他学者与他们合作,通过跟踪更多城市或包括其他环境指标来扩展数据库。

Biljecki 博士分享说,Roofpedia 结果的准确性将取决于所提供卫星图像的质量和周期,以及该方法是否能将其他人造特征(如天窗)与太阳能电池板区分开来。然而,当在城市范围内汇总数据时,Roofpedia 通常可以表明一个城市屋顶的可持续性,从而实现跨城市比较分析。

“我们的项目旨在开放,因为当今的城市充满活力并迅速采用可持续工具。此外,它的设计是模块化的,这意味着可以添加新的地理、屋顶类型和功能。因此,我们的研究小组计划添加时间特征,以便用户可以研究可持续屋顶措施随时间的演变以及有多少城市可以增加其屋顶景观。我们希望我们的工作可以帮助研究人员、地方政府和公众了解和促进进一步使用为碳中和世界实现可持续城市发展的屋顶,”Biljecki 博士说。

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