اطلس جدید دانشمندان، ۲٫۷ میلیارد ساختمان دنیا را بهصورت سهبعدی نمایش میدهد
گروهی از پژوهشگران دانشگاه فنی مونیخ آلمان اطلس آنلاین تازهای ساختهاند که میتواند بسیاری از نقشههای شناختهشده را به چالش بکشد. اطلس جدید، موقعیت و شکل ۲ میلیارد و ۷۵۰ میلیون ساختمان را در سراسر جهان، آن هم بهصورت سهبعدی نمایش میدهد؛ رقمی که تاکنون در هیچ نقشه جهانی دیگری دیده نشده است.
ساخت چنین نقشهای، از نظر فنی دستاوردی بزرگ به حساب میآید. پژوهشگران برای این کار از حجم عظیمی از تصاویر ماهوارهای استفاده و آنها را با الگوریتمهای یادگیری ماشین ترکیب کردهاند. ایده اصلی ساده اما اجرای آن بسیار پیچیده بوده بود: ابتدا ارتفاع و ابعاد ساختمانهایی که اطلاعات دقیقی از آنها وجود دارد به الگوریتم داده شد و سپس سیستم با یادگیری از این دادهها، اندازه و ارتفاع ساختمانهایی را که مستقیماً اندازهگیری نشدهاند، تخمین زد.
نتیجه این تلاش، نقشهای با نام GlobalBuildingAtlas است که نسبت به پایگاههای داده قبلی، مانند پایگاه معروف «ردپای ساختمانهای مایکروسافت»، جهشی بزرگ محسوب میشود. به گزارش ساینس آلرت، اطلس جدید بیش از یک میلیارد ساختمان بیشتر را پوشش میدهد و برای تقریباً همه آنها مدلهای سهبعدی با وضوح نسبتاً بالا ارائه میکند.
هدف این پروژه فقط نمایش ساختمانها نیست. اکنون که اطلس تکمیل شده و بهصورت عمومی منتشر شده، پژوهشگران امیدوارند از آن برای تصمیمگیری در موضوعاتی بسیار مهمتر، از مقابله با تغییرات اقلیمی گرفته تا برنامهریزی شهری، مدیریت زیرساختها و آمادگی در برابر بلایای طبیعی استفاده شود. هر جا که رشد شهرها و تمرکز جمعیت نقش دارد، چنین دادهای میتواند بسیار تعیینکننده باشد.
اطلس جدید با استفاده از تصاویر ماهوارهای و الگوریتمهای یادگیری ماشین، نهفقط سطح زمین، بلکه حجم واقعی ساختمانها را نشان میدهد
به گفته شیاوشیانگ ژو، دانشمند داده در دانشگاه فنی مونیخ، نقشههای سهبعدی تصویر دقیقتری از واقعیت شهرها ارائه میدهند. او توضیح میدهد که نقشههای دوبعدی فقط نشان میدهند یک ساختمان چه مساحتی از زمین را اشغال کرده، اما مدلهای سهبعدی چیزی فراتر از آن را آشکار میکنند: حجم واقعی ساختمان. این تفاوت مهم است؛ زیرا حجم ساختمانها اطلاعات دقیقتری درباره شرایط زندگی، میزان فقر یا تراکم جمعیت در یک منطقه در اختیار ما میگذارد.
اطلس GlobalBuildingAtlas از وضوحی معادل بلوکهای ۳ در ۳ متر استفاده میکند. این یعنی نمیتوان پنجرهها یا جزئیات ظریف نماها را دید، اما اندازه کلی، ارتفاع تقریبی و شکل عمومی هر ساختمان بهخوبی مشخص است. جالب اینجاست که این وضوح، حدود ۳۰ برابر دقیقتر از پایگاههای داده قبلیِ ردپای ساختمانها است.
داشتن اطلاعات حجمی باعث میشود محاسبه تراکم جمعیت بسیار دقیقتر انجام شود. برای مثال، دو محله ممکن است از نظر مساحت زمینی مشابه باشند، اما اگر یکی پر از ساختمانهای بلند و دیگری دارای خانههای کوتاه باشد، تعداد ساکنان آنها تفاوت زیادی خواهد داشت. دادههای سهبعدی دقیقاً همین تفاوتها را آشکار میکنند و به برنامهریزان شهری نشان میدهند شهرها واقعاً چگونه ساخته شدهاند.
این موضوع در شرایطی اهمیت بیشتری پیدا میکند که بخش بزرگی از جمعیت جهان در حال مهاجرت به شهرها است. سازمان ملل متحد توسعه شهرهایی «فراگیر، ایمن، تابآور و پایدار» را بهعنوان یکی از اهداف اصلی خود در چارچوب برنامه ۲۰۳۰ تعیین کرده است. نقشهای مانند GlobalBuildingAtlas میتواند ابزاری عملی برای نزدیکتر شدن به این هدف باشد.
یکی دیگر از کاربردهای مهم اطلس، تغییر شیوه تحلیل مناطق شهری است. پژوهشگران پیشنهاد میکنند بهجای اندازهگیری مناطق ساختهشده بر اساس مساحت دوبعدی، از حجم سهبعدی ساختمانها استفاده شود. این روش میتواند برآورد دقیقتری از تعداد ساکنان یک منطقه ارائه دهد و به مسئولان کمک کند دریابند چه تعداد مدرسه، بیمارستان، شبکه حملونقل یا خدمات عمومی دیگر لازم است.
داشتن اطلاعات حجمی باعث میشود محاسبه تراکم جمعیت بسیار دقیقتر انجام شود
در همین راستا، پژوهشگران شاخص جهانی جدیدی معرفی کردهاند با عنوان «حجم ساختمان به ازای هر نفر». این شاخص نشان میدهد در یک منطقه، چه مقدار فضای ساختمانی نسبت به جمعیت وجود دارد. چنین معیاری میتواند نابرابریهای اجتماعی و اقتصادی را بهتر آشکار کند و نشان دهد کدام شهرها یا محلهها از نظر مسکن و زیرساخت دچار کمبود هستند.
پژوهشگران بر این موضوع نیز تأکید میکنند که نقشه بینقص نیست. از آنجایی که بخش بزرگی از دادهها با کمک یادگیری ماشین تولید شده، در برخی مناطق دقت کمتر است. برای نمونه، در بخشهایی از آفریقا دادههای آموزشی کافی وجود ندارد و به بررسی و اعتبارسنجی بیشتر نیاز احساس میشود. همچنین ارتفاع ساختمانهای بسیار بلند معمولاً کمتر از مقدار واقعی برآورد شده است.
با وجود محدودیتها، GlobalBuildingAtlas دقیقترین و جامعترین نقشه سهبعدی ساختمانها محسوب میشود که تاکنون در سطح جهان ساخته شده است. افزون بر این، تیم پژوهشی برنامههایی برای بهبود مداوم کیفیت دادهها دارد؛ اقدامی که باعث خواهد شد این اطلس در آینده کاربردیتر و مطمئنتر شود.
پژوهش در ژورنال Earth System Science Data منتشر شده است.