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融合多源數據
譜寫宜居未來

左起:中大未來城市研究所的吳恩融教授、梁怡教授、任超教授、徐勇博士

城市普遍邁向高密度發展。聯合國指出,現時全球過半人口居於城市,估計到了2050年,城市人口將佔全球三分之二。能源需求急升、建築密集是大規模城市化的特色,隨之而來的是更迫切的熱島效應和霧霾等問題,搜集城市形態和功能的數據,尋求可持續的解決方案是當務之急。中大與西安交通大學的研究團隊研發出嶄新的數據蒐集及融合方法,有效整合多源數據,製作二維甚至三維城市數據地圖,讓政府和學術界掌握更全面及精準的數據,制訂周全、長遠的城市規劃和發展政策。

三維數據涵蓋範圍更廣

研究團隊成員包括中大未來城市研究所所長梁怡教授、研究員任超教授和研究員徐勇博士,以及西安交通大學的馬凡博士及孟德宇教授。徐博士表示:「我們研發的新技術採用數據融合和影像處理方式,可結合來自美國太空總署、歐洲太空總署、Google Earth Engine等衞星影像,製作二維甚至三維城市數據地圖。」任教授說:「這些資料能精準反映城市地表覆蓋與形態資訊,用於氣象、氣候變化、能源評估等預測模型,應對城市熱島效應、空氣污染等環境問題,亦有助提升收集城市形態資料的效率與準確度,省卻大量制訂城市氣候規劃所需的人力,對規劃智慧城市、訂立公共衞生措施和應對氣候變化有莫大幫助。」

未來城市研究所副所長吳恩融教授補充:「以往二維圖像只能提供天氣預測及空氣污染,但三維數據範圍更大,能反映建築物高度、用途、窗戶大小、能源消耗量、人口密度、空氣通風狀況等,準確度達七成,相比起八成準確度的二維數據來說,三維數據的準確度實屬理想。為了讓城市數據庫的資料更全面,我們希望將三維技術套用至其他地方,特別是發展中國家。」

中大繪製的九龍三維數據圖,樓房高度按顏色標示,紅色為高樓

新技術採集的二維及三維數據已廣泛應用於本地以至國際的城市發展項目,包括《香港2030+》、「粵港澳大灣區」,以及歐盟委員會轄下的地球觀測組織和世界氣象組織等,協助建設宜居的高密度城市,未來將參與中國牽頭的「數字一帶一路」國際科學計劃,為沿線二十個國家共八十個城市製作城市資料數據庫,以及開展相關應用研究。同時,團隊亦將參與由世界銀行與聯合國支持的「拉美國家健康城市評估項目」,提供有關城市數據庫及氣候規劃評估的培訓。任教授說:「一般人對『一帶一路』沿線城市,以及對偏遠落後的地區認識不多,設立資料數據庫有助外界認識這些地區,協助推動相關城市的可持續發展。」

研究團隊在2017年數據融合大賽中,從全球超過八百支參賽隊伍中躋身四強。比賽由電機及電子工程師學會與地球科學與遙感學會主辦,旨在促進多源遙感數據的融合與分析方法的進展。2017年度大賽主題是以不同城市環境的土地用途分類,製作城市氣候區劃圖(Local Climate Zone Map)。團隊提出的分類算法具應用價值,準確度高,獲國際評審團的肯定。他們將於本年7月赴美國領獎,並會在國際遙感大會上介紹其研究方法及成果。

世界城市數據庫 規劃理想市區環境

獲獎項目為世界城市數據庫(WUDAPT)計劃的一部分。這個免費、公開的數據庫把城市分割成不同區域,透過簡單、統一的氣候區劃分類,在地圖上顯示該區的建築形態和土地用途,建立市區氣候區劃圖。世界城市數據庫已為全球一百二十個城市製作地圖,包括五十七個中國城市和部分一帶一路城市。中大是WUDAPT的亞洲代表,以任超教授為首,負責統籌區內城市氣候區劃圖的製作及拓展資料庫的應用,為用戶提供氣候與天氣模型、能源平衡研究和規劃實施的基礎城市資訊。

吳恩融教授說:「這是我們首次建立的完整數據庫,能協助有關可持續發展的研究和推廣。數據庫尤其對於香港和內地的房屋供應規劃、可持續及均衡發展、發展智能城市,以及潔淨環境方面的需求,有很大裨益。」現時有幾個國際合作項目均積極探討在中國可持續城市發展方面使用WUDAPT資料的可行性,例如京津冀地區的生態城市表現評估及規劃、長江三角洲區域的氣候變化及氣候災害應對機制研究,以及在珠江三角洲地區的城市熱島效應和極端高溫研究。

珠江三角洲的市區氣候圖,揭示二十年來的城市發展

共建宜居之城

《香港2030+》的公眾諮詢於4月結束,不少市民期望能落實可提升宜居度和生活空間的具體措施。企劃宜居的未來城市,正需要大量數據的支持。中大將繼續提升多源數據蒐集與融合技術,豐富城市數據庫資料,為香港以至全球未來的可持續發展掀新章。

本文出自《中大通訊》第499期(2017年6月)

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城市規劃 大數據 吳恩融 任超 梁怡 徐勇 未來城市研究所 所長 可持續發展