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2100 年的世界会怎样?用遥感数据预测未来城市


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八十年后,你在城市的哪里?

编者按:本文来自微信公众号“HyperAI超神经”(ID:HyperAI),作者:神经小兮。


内容提要:你有想象过 2100 年,这个世界是什么样子的吗?我们所在的城市,会以怎样的方式发展呢?最近,两位数据科学家用数据科学和机器学习,预测了 2100 年全球城市扩张趋势。


关键词:城市化 预测 机器学习 数据科学


前段时间,一段利用 AI 修复民国北京街景的视频火遍全网,全民穿越回 100 年前,感受了一下当年的京城生活。


‍看着画面里的砖瓦房、马车、集市上摆摊的商贩,大家纷纷感慨,100 年的‍变化是‍如此之大‍。


的确,一个世纪的时间里,很多城市都经历了翻天覆地的变化。建筑越来越高、交通越来越便捷、城市面积越来越大……


研究人员利用卫星图像绘制了 1985 年至 2015 年间城市增长的地图。研究表明,过去 30 年里,全球城市面积扩张了 80%,城市人口增长率远远高于全球人口增长率。


而 100 年后,甚至更久之后,世界各地的城市将会发展成什么样子?


现在,利用数据科学与模拟模型,就能够根据历史数据与国情、社会,预测出城市的发展模式。


学习历史,预测未来

近期,美国特拉华大学数据科学家 Jing Gao与丹佛大学的校友兼教授 Brian O'Neill,发布了一个全球模拟模型,利用数据科学和机器学习,观察城市将如何变化。


Jing Gao 表示,她对城镇发展的方式格外着迷。放眼全球,从印度新德里到法国巴黎,全球范围内的城市发展都不尽相同。


以芝加哥,洛杉矶和纽约为例,这些城市就其土地面积的扩展而言,增长方式就各不相同。


于是,为了解释城市化在未来长期的不确定性,Jing Gao 和 O'Neill 使用建模框架结合蒙特卡罗方法,开发了符合共享社会经济路径 (SSPs)的五个场景。


模型利用数据科学和机器学习技术,对城市化的发展趋势,进行了每十年一次的长期观察,可预测在不同的社会和经济条件下,城市土地在未来 100 年将如何变化。


为了了解这种变化是如何发生的,Jing Gao 和 O'Neill 使用数据科学分析了 15 组全球卫星遥感数据集,了解过去 40 年来的城市土地变化。


这些遥感数据集的精度大约 125 英尺(38 米)左右,这一精度能够展现出城市每一区域的大致外观。


Jing Gao 说:「通过挖掘历史数据,显示出三种不同的城市化风格:城市化,稳定城市化和快速城市化。」随着时间的推移,各国会从快速城市化向稳定城市化、再到城市化发展。


众所周知,美国和大多数西欧已经实现了城市化,印度和中国之前经历了快速发展,现在已经过渡到稳定城市化。目前包括许多非洲还正处于快速城市化阶段。


城市总面积将超过 2.25 亿个足球场

但是,仅通过遥感数据了解宽泛的区域发展,还不足以从全球角度了解城市化是如何在地方进行的。


为此,研究人员将世界划分为 375 个小区域,并针对每个区域同时运行一个定制的发展模型,然后将所有模型结果拼凑在一起,以绘制一张全球地图。


比如,美国大陆被建模为 28 个独立的区域,中国被建模为 26 个区域。不同区域的模型,使用不同的发展模型参数来进行估计。


研究小组的预测显示,到 2100 年,地球上城市总面积将增长 1.8 倍到 5.9 倍。


根据预测结果,本世纪全球将新建约 618,000 平方英里(160 万平方公里)的城区。这个面积大约是 4.5 倍个德国,或者说,它超过 2.25 亿个足球场的面积。


这是根据过去几十年的城市发展规律,总结评估而来,假设如果不发生大规模的战争、疾病、革命等变革性事件。


另外,如果这一百年间,我们有幸见证外星文明等重大事件,也会影响模型结果。


环保意识越强,城市扩张速度越慢

但是,城市扩张的方式,在很大程度上取决于未来几年的社会趋势。这包括经济增长、人口变化和生活方式习惯的趋势,以及我们对人类环保的态度。


在五种共享的社会经济路径下21 世纪全球城市土地总量变化曲线


浅蓝色:可持续发展;深蓝色:道路中部


黄色:区域竞争;橙色:不平等;红色:化石燃料开发


在美国,如果人们关注可持续发展,例如绿色发展和环保意识,那么城市扩张的可能性最少。


在这种情况下,到 2100 年,城市土地预计将增长 1.3 倍。


但是,如果人们在同一时间范围内倾向于高度物质主义发展,大量消耗化石燃料。比如,预测中亚洲各国,城市的扩张速度会非常高,甚至比本世纪初美国城市扩张速度还要高四倍。


美国东北部在不同发展模式下的城市扩张趋势预测


颜色越深表示城市化程度更高


大多数人没有意识到诸如建筑物和道路之类的景观变化,可能会影响他们的生活。


比如,在特拉华州,在海岸附近建造的房屋通常以牺牲农田为代价。


虽然这些开发项目可能会帮助地区的经济繁荣,但它们也可能会带来其他意想不到的后果,比如增加沿海洪灾和海平面上升的可能性。


如果真的发生了这些极小概率的事件,别说城市继续发展,可能某些城市还会不可避免成为历史。


而且,无论选择哪种社会经济模型,模拟结果都表明,到本世纪末,全球的大多数都将实现城市化。


那么问题来了,你觉得八十年后,你在哪个城市?又在城市的哪里?