图形抽象。来源:DOI: 10.1016 / j.landurbplan.2021.104167
随着世界各地的城市不断城市化，扩大和优化现有空间的需求越来越大。城市已经加快研究未充分利用的屋顶空间如何有助于气候行动、粮食生产和其他目的。可持续性屋顶，如那些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的年轻校长菲利普比列奇博士，新加坡国立大学建筑硕士研究生亚伯拉罕 诺亚 吴(Apaham Noah Wu)开发了一种自动化工具，利用卫星图像追踪世界各地的屋顶是如何采用太阳能电池板和/或植被的。它被称为屋顶百科，它使用了一个完全卷积神经网络(深度学习)，使研究人员和政策制定者可以研究世界各地的城市是如何绿化屋顶并将其用于光伏装置的。
这是新加坡国立大学城市分析实验室的一个研究项目，该实验室是新加坡国立大学设计与环境学院的一个多学科研究小组。他们的研究发表在国际期刊《景观与城市规划》上。
跟踪17个城市太阳能和绿色屋顶的使用情况
通过使用屋顶百科，研究人员创建了一个开放的屋顶登记处，数据来自欧洲、北美、澳大利亚和亚洲17个形态和地理上的城市的100万个屋顶。这些城市是:柏林、哥本哈根、拉斯维加斯、洛杉矶、卢森堡城、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。
利用这些数据，研究人员开发了屋顶百科指数，以太阳能和绿色屋顶渗透的可持续性屋顶景观的程度为基准。这是通过考虑城市的面积和配备太阳能和绿色屋顶的建筑数量占整个区域的百分比得出的。
苏黎世的指数得分为100分，因为它在面积和绿色屋顶建筑数量方面得分很高。自1991年以来，苏黎世市政府强制要求所有新建筑都必须使用绿色屋顶。在该指数中，拉斯维加斯的太阳能屋顶使用率最高，得分为86分。这可能是由于该地理区域的高太阳能潜力。
通过收集这些数据，屋顶百科可以评估城市如何进一步利用屋顶来减少碳排放，以及屋顶景观有多少未开发的潜力。例如，用户可以使用其他数据来源来补充屋顶百科，以研究政府补贴的有效性，以及是否遵守了其他国家的气候承诺。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。
屋顶百科将新加坡的太阳能屋顶覆盖面积排名第三
根据屋顶百科指数，新加坡以75分的屋顶太阳能普及率在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)。该指数的得分是标准化的，虽然新加坡在总面积上得分很高，但它落后于其他一些城市，因为安装太阳能电池板的建筑相对较少。
吴志刚表示:“尽管作为新加坡绿色计划的一部分，新加坡有到2030年大幅扩大太阳能部署的雄心勃勃的计划，但屋顶太阳能部署在很大程度上是由政府驱动的。因此，与Pasir Panjang等其他地区相比，屋顶百科指出，在伍德兰(Woodlands)、裕廊(Jurong)或宏茂桥(Ang mokio)等中心地区，太阳能建筑的密集度更高。新加坡在安装太阳能电池板的建筑数量上得分相对较低，这表明私人住宅和商业建筑有潜力进一步最大化新加坡的屋顶。”
吴先生解释说，评分系统考虑了建筑数量和建筑总面积，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广性。
研究人员强调，每个城市都有其独特的特点，绿化或屋顶太阳能电池板的确切效益在很大程度上取决于城市的形式和设计。城市的地理位置和宏观气候也是计划的一部分。例如，在干旱地区，绿色屋顶更难维护，而在多雨和黑暗地区，太阳能屋顶可能没有经济意义。考虑到这些限制，即使没有可持续的屋顶景观，一个城市仍然可以实现环境进步。
Biljecki博士解释说,“温哥华可能索引中成绩不好但却始终列为世界上最可持续的城市提供充足的水电、提供城市25%的能源需求,并计划100%的能量来自可再生能源在2050年之前。屋顶百科指数的作用是，通过在评估一个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。”
这是屋顶百科的未来
研究小组已经公开了100万个屋顶的数据，并希望鼓励其他学者与他们合作，通过跟踪更多的城市或包括其他环境指标来扩大数据库。
Biljecki博士分享说，屋顶百科的结果的准确性将取决于所提供的卫星图像的质量和时间，以及该方法是否能区分其他人造特征(如天窗)和太阳能电池板。然而，当在城市规模上汇总数据时，屋顶百科通常可以显示一个城市的屋顶的可持续性，从而实现跨城市的比较分析。
“我们的项目是开放的，因为今天的城市是动态的，并迅速采用可持续的手段。此外，它的设计是模块化的，这意味着可以添加新的地理位置、屋顶类型和功能。因此，我们的研究小组计划添加一个时间特性，以便用户可以研究可持续屋顶措施随时间的演变，以及更多城市可能增加多少屋顶景观。我们希望我们的工作可以帮助研究人员、地方政府和公众理解并促进屋顶的进一步使用，以实现可持续的城市发展，实现碳中和世界，”比尔杰茨基博士说。
