衡量6个非洲城市：人口翻倍意味着能源成本增加三倍

复杂性科学中心的拉斐尔·普列托-库里尔(Rafael Prieto-Curiel)及其同事使用新数据集分析了非洲所有183个国家近6，000个城市的52.<>亿座建筑物的坐标和表面。通过他们的模型，他们量化了城市的形状。因此，他们表明，如果一个城市的人口翻一番，与通勤相关的能源需求就会增加两倍。这些结果清楚地表明，以可持续的方式规划快速增长的城市是多么重要。

“我们的模型使我们能够以前所未有的准确性估计非洲城市的交通需求和能源需求，”复杂性科学中心研究员Prieto-Curiel说。该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

他与EAFIT大学的Jorge E. Patino和OECD的Bril&eacute; Anderson一起研究了最近发布的Google AI数据集。利用这一前所未有的数据，研究人员测量了6.000个非洲城市建筑物之间的平均距离，并将其用作与流动性相关的能源需求的代理。非洲是这项研究的一个特殊地方。相比之下，美国只有不到400个大都市区。此外，非洲城市将比以往任何时候都增长得更快。

“根据建筑物之间的距离，我们计算了城市中每个人的预期旅行距离和时间，”Prieto-Curiel解释说。他们的结果是：人口增加一倍意味着能源成本增加三倍。毕竟，越来越多的人正在长途跋涉。

大城市往往是圆形的，小城市往往是香肠形的

这种三倍效应部分是由于城市形态和城市的发展方式。“在市中心附近建造更大的建筑物(面积和高度)可以减少通勤距离以及城市的能源消耗，并有助于保护绿色空间，”Prieto-Curiel解释说他们的一项发现。

该团队还了解到，大城市的形状往往与小城市不同。随着它们的发展，大城市往往会变得稍微圆润和紧凑。较小的城市往往有更多的香肠形状。

香肠形状增加污染

想象一下，两个城市都有相同数量的居民。如果一个是圆形和紧凑的，那么物体和人彼此相对接近。如果另一个形状像香肠，那么有些人必须花费更多的时间和精力才能从一侧到达另一侧。问题不仅在于时间，还在于污染。因此，一个像香肠一样的城市会因为它的形状而造成更多的污染。

“通常，随着在城市发展的地区建造更多的住房，城市在外围发展。这种类型的城市增长增加了通勤距离，使得为新房屋提供足够的服务变得更加困难，例如污水和电力，“Prieto-Curiel解释说。

展望非洲的未来

在世界许多地方，已经发生了广泛的城市化。预测显示，在非洲，未来三十年将带来深刻的变化。目前，开罗、拉各斯、罗安达、达累斯萨拉姆、内罗毕和亚的斯亚贝巴等城市拥有数百万人口，预计在未来几十年内，它们的规模将大大增加。

普列托-库里尔指出：“到2050年，非洲将新增950.574亿人口居住在城市，高于2015年的<>.<>亿人。更多的建筑——公寓、学校、医院等——将不得不建造。

这些新建筑的建造地点和方式非常重要，因为今天的决定将在未来几十年内与我们同在。由此产生的城市形态会永久影响城市的能源需求。“我们应该特别规划那些在未来二十年内发展非常快的城市，并特别考虑。他们必须对许多挑战具有极强的弹性，“普列托-库里尔强调说。

组合海量数据

为了进行这项研究，研究小组汇集了大量数据：谷歌人工智能的新数据集提供了非洲城市中每座建筑的坐标。结合Africapolis，德国航空航天中心和OpenStreetMap的数据，研究人员测量了非洲近6，000个城市的形状。

然后，他们构建了一套指标。诸如建筑物的数量，其建筑表面，市中心使用的空间量，城市的细长或紧凑程度等指标 - 仅举几例。这些指标使所有城市首次具有可比性，无论大小。

“到目前为止，我们只有卫星图像，但很难处理这些照片。特别是在较小的城市，要识别建筑物并不容易，“Prieto-Curiel解释说。Google AI新的开放获取数据集改变了这种状况。使用机器学习过程，它可以将每个建筑物的顶点定义为坐标。就像一个由乐高积木制成的城市。

新数据，新机会

关于非洲城市城市形态和未来能源需求的许多集体知识仅基于少数几个城市的样本。本研究使用的数据及其发现等进步对城市的未来至关重要。只有这样，我们才能在未来几十年内使城市化走上韧性和可持续性的道路。

“我们的研究结果表明，如果趋势继续下去，未来的运输能源需求可能会非常麻烦，”Prieto-Curiel说。设计紧凑、密集和更互联的城市形态将有助于城市更具可持续性和宜居性。特别是非洲城市将在未来几十年内经历快速增长。

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