数字孪生技术在缓解城市热岛效应中的应用
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康奈尔大学团队如何开发数字孪生网络工具来跟踪和模拟纽约市每棵树的遮荫效应。
今年夏天，气候变化的影响尤为明显，根据国家海洋和大气管理局（NOAA）的数据，上个七月成为过去174年来最炎热的七月，全球海表温度连续四个月创下历史纪录。此外，世界银行估计全球约56%的人口居住在城市，预计到2050年这一比例将达到约70%。
这两个事实的结合导致了全球各地地方政府面临的最大挑战之一。极端高温本就严重，而在主要由沥青和混凝土构成的城市环境中，即“城市热岛”，情况只会更加恶化。这也是全球各城市积极拥抱绿色空间的原因之一，提供既不像人造建筑那样保留热量又提供更多遮荫的空间。随着升温和人口进一步集中的趋势不断融合，这种强调将在全球各地的城市中变得更加重要。
在康奈尔大学，一组研究人员一直致力于解决纽约市的这些问题。该团队创建了一个名为Tree Folio的数字孪生，展示了城市中所有的树木，并允许用户模拟每棵树冠的遮荫效应，考虑附近的建筑物。最近，Geo Week News采访了康奈尔大学建筑、艺术和规划学院Design Across Scales Lab的副主任Alexander Kobald。
创建Tree Folio
Kobald和团队成员在过去几年里一直在“不断地”开展这个项目。他告诉Geo Week News：“我们加入这个项目是因为与纽约市公园和娱乐部门的一些对话，涉及到他们的311树木报告和维护系统。”
尽管这最终成为康奈尔大学的另一个项目，但在初期的对话中，Kobald对他们的树木管理产生了兴趣。他说：“当我们进行早期对话时，我们询问的是他们如何评估街道树木的当前分布以及这些好处是否可获得，基本上是在询问这是否影响了他们在运营中的决策。”
在引发了这种兴趣后，他们开始研究了测量这些因素的现有工具，包括i-Tree。考虑到他和团队关注建筑和建筑世界与环境的互动，Kobald开始思考：“我们是否可以将这个工具特别针对纽约市？如果我们从这些高度本地化的个体化互动中派生出大城市数据集，这意味着什么？”
他们创造了什么
因此，他们着手制作了这个Tree Folio工具。他们首先制作了一些用于解析来自纽约市的公开可用激光雷达数据的定制工具。Kobald说：“我们构建了一个工作流程，识别树冠，然后将它们提取为独立的三维模型。然后，我们还建立了一个模拟程序，将这些模型加载到距离内的所有建筑物中，这些建筑物可以被树木遮挡，或者树木可以遮挡它们。”
他表示，结果是“一个网络应用程序，重新创建了许多这些过程，以向公众、政策制定者以及我们在过去一年中会见的一些市政组织和非政府组织传达这种研究视角，以及他们如何看待城市树冠以及他们能在这些视角中看到的价值。”
“总而言之，我们试图建立对纽约市遮荫的整体理解，从个体树木在其个体环境中的所有这些个体样本点构建起来，这与许多行业标准工具的做法相反。”
接下来是什么？
虽然Tree Folio网络应用程序目前已对公众开放，但Kobald明确指出这并不是一个成品。展望未来，他表示他首先想要更全面和准确地统计纽约市的树木。目前，他们主要依赖于2015年的树木普查数据，但使用激光雷达数据，他们已经在公园、小巷和私人财产等地方检测到了其他树木。他表示，他们希望在未来一个月内进行更新，以更好地了解城市中目前的遮荫情况。
比这更长远的展望是，Kobald希望地方利益相关者能够更多地利用这个工具。他说：“我们希望将这个工具建设成帮助决策的工具。”这可能包括模拟在特定位置添加新树木的效果，以及更普遍地查看城市的不同部分受到不同影响的情况。
“从这项研究中我们学到的一件事是，城市的不同地区可能以不同的方式体验到高温。我们只关注物理互动，但除此之外，还有所有的社会经济条件，也会影响个人在城市中体验极端高温的方式。因此，我们正在考虑的一件事是：我们如何利用对遮荫效益所在位置的更好理解，以及本地环境如何影响这些效益，来制定更好的资源使用和发展策略以及设计理念？”
Kobald还谈到，尽管这个具体项目直接涉及纽约市，但这是一种可以潜在地扩展到其他城市的东西。他承认，并已收到来自其他地方的反馈，不是每个城市都是纽约，但有确切的信念，数字追踪和模拟关键遮荫效应的这种想法在其他地方也能够产生益处。
在被问及其他地方要采取哪些步骤来建立类似的系统时，Kobald首先表示，他理想情况下能够与相关城市建立关系并获得他们的本地激光雷达数据，尽管获得这些数据的便捷程度因州而异。他继续说：“与政策制定者进行对话，获取他们对当前决策、在哪里投资新树木以及预防性维护的看法，也会非常有帮助，以了解他们是否愿意采用一些新的方式。”
鉴于当前的趋势，积极减轻城市热岛效应的想法对全球各地的城市和美国各地的城市都至关重要。以这种方式跟踪树木不容易，但Tree Folio这样的数字工具正是我们应该朝着的方向。
