Det här inlägget är skrivet tillsammans med Richard Alexander och Mark Hallows från Arup.
Arup är ett globalt kollektiv av designers, konsulter och experter dedikerade till hållbar utveckling. Data stöder Arups konsultverksamhet för kunder med insamling och analys i världsklass som ger insikt för att påverka.
Lösningen som presenteras här är att styra beslutsprocesser för resilient stadsdesign. Att informera designbeslut mot mer hållbara val minskar den totala effekten av urbana värmeöar (UHI) och förbättrar livskvalitetsmått för luftkvalitet, vattenkvalitet, urban akustik, biologisk mångfald och termisk komfort. Genom att identifiera nyckelområden inom en stadsmiljö för ingripande kan Arup ge den bästa vägledningen i branschen och skapa bättre livskvalitet för medborgare runt om på planeten.
Urban värmeöar beskriver den effekt stadsområden har på temperaturen jämfört med omgivande landsbygdsmiljöer. Att förstå hur UHI påverkar våra städer leder till förbättrad design som minskar inverkan av stadsvärme på invånarna. UHI-effekten påverkar människors hälsa, utsläpp av växthusgaser och vattenkvalitet och leder till ökad energianvändning. För stadens myndigheter, tillgångsägare och utvecklare är förståelsen för påverkan på befolkningen nyckeln till att förbättra livskvaliteten och naturliga ekosystem. Att modellera UHI korrekt är en komplex utmaning, som Arup nu löser med jordobservationsdata och Amazon SageMaker.
Det här inlägget visar hur Arup samarbetade med AWS för att utföra jordobservationsanalyser med Amazon SageMaker geospatiala funktioner för att låsa upp UHI-insikter från satellitbilder. SageMakers geospatiala funktioner gör det enkelt för datavetare och maskininlärningsingenjörer (ML) att bygga, träna och distribuera modeller med hjälp av geospatial data. SageMakers geospatiala funktioner låter dig effektivt transformera och berika storskaliga geospatiala datauppsättningar, accelerera produktutveckling och tid till insikt med förutbildade ML-modeller och utforska modellförutsägelser och geospatial data på en interaktiv karta med hjälp av 3D-accelererad grafik och inbyggd visualisering verktyg.
Översikt över lösningen
Den initiala lösningen fokuserar på London, där under en värmebölja sommaren 2022, UK Health Security Agency uppskattningsvis 2,803 XNUMX dödsfall orsakades på grund av värme. Att identifiera områden inom en stadsmiljö där människor kan vara mer sårbara för UHI-effekten gör att offentliga tjänster kan rikta assistansen dit den har störst påverkan. Detta kan till och med förutses före händelser med höga temperaturer, vilket minskar påverkan av extremt väder och ger ett positivt resultat för stadsbor.
Jordobservationsdata (EO) användes för att utföra analysen i stadsskala. Den totala storleken innebär dock utmaningar med traditionella sätt att lagra, organisera och söka efter data för stora geografiska områden. Arup tog sig an denna utmaning genom att samarbeta med AWS och använda SageMakers geospatiala kapaciteter för att möjliggöra analys i stadsskala och utanför. När det geografiska området växer till större storstadsområden som Los Angeles eller Tokyo, desto mer lagring och beräkning krävs för analys. Elasticiteten hos AWS-infrastruktur är idealisk för UHI-analyser av stadsmiljöer av alla storlekar.
Lösningen: UHeat
Arup använde SageMaker för att utveckla UHeat, en digital lösning som analyserar stora områden i städer för att identifiera särskilda byggnader, strukturer och material som får temperaturen att stiga. UHeat använder en kombination av satellitbilder och klimatdata med öppen källkod för att utföra analysen.
Ett litet team på Arup genomförde den inledande analysen, under vilken ytterligare datavetare behövde utbildas i SageMakers verktyg och arbetsflöden. Introduktion av datavetare till ett nytt projekt brukade ta veckor med hjälp av interna verktyg. Detta tar nu några timmar med SageMaker.
Det första steget i en EO-analys är insamling och förberedelse av data. Med SageMaker kan Arup komma åt data från en katalog över geospatiala dataleverantörer, inklusive Sentinel-2 data, som användes för London-analysen. Inbyggd geospatial datauppsättningsåtkomst sparar veckor av ansträngning som annars går förlorad för att samla in och förbereda data från olika dataleverantörer och leverantörer. EO-bilder består ofta av små brickor som, för att täcka ett område lika stort som London, måste kombineras. Detta är känt som en geomosaisk, som kan skapas automatiskt med de hanterade geospatiala operationerna i en SageMaker Geomosaic Earth Observation jobb.
Efter att EO-data för intresseområdet har sammanställts kan de viktigaste påverkande parametrarna för analysen extraheras. För UHI behövde Arup kunna härleda data om parametrar för byggnadsgeometri, byggmaterial, antropogena värmekällor och täckning av befintliga och planerade grönytor. Med hjälp av optiska bilder som Sentinel-2 kan marktäckningsklasser inklusive byggnader, vägar, vatten, vegetationstäcke, barmark och albedo (mått på reflektionsförmåga) för var och en av dessa ytor beräknas.
Genom att beräkna värdena från de olika banden i satellitbilderna kan de användas som indata i STÄMMA modell, som ger ett rigoröst sätt att beräkna UHI-effekten. Resultaten av SUEWS visualiseras sedan, i detta fall med Arups befintliga geospatiala dataplattform. Genom att justera värden som albedo för en specifik plats kan Arup testa effekten av begränsningsstrategier. Albedos prestanda kan förfinas ytterligare i simuleringar genom att modellera olika byggmaterial, beklädnad eller tak. Arup fann att i ett område i London kan en ökning av albedo från 0.1 till 0.9 sänka omgivningstemperaturen med 1.1°C under toppförhållanden. Över större områden av intresse kan denna modellering också användas för att prognostisera UHI-effekten tillsammans med klimatprognoser för att kvantifiera omfattningen av UHI-effekten.
Med historiska data från källor som Sentinel-2 kan tidsstudier slutföras. Detta gör det möjligt för Arup att visualisera UHI-effekten under perioder av intresse, såsom värmeböljan i London sommaren 2022. De Urban Heat Snapshot forskning som Arup har genomfört avslöjar hur UHI-effekten driver upp temperaturerna i städer som London, Madrid, Mumbai och Los Angeles.
Samla in data för ett intresseområde
SageMaker eliminerar komplexiteten i att manuellt samla in data för jordobservationsjobb (EOJs) genom att tillhandahålla en katalog över geospatiala dataleverantörer. När detta skrivs, USGS Landsat, Sentinel-1, Copernicus DEM, NAIP: National Agriculture Imagery Programoch Sentinel-2 data är tillgänglig direkt från katalogen. Du kan också ta med din egen Planet Labs-data när bilder med högre upplösning och frekvens krävs. Inbyggd geospatial datauppsättningsåtkomst sparar veckor av ansträngning som annars går förlorad för att samla in data från olika dataleverantörer och leverantörer. Koordinater för polygonområdet av intresse måste tillhandahållas liksom tidsintervallet för när EO-bilder samlades in.
Arups nästa steg var att kombinera dessa bilder till ett större enda raster som täcker hela intresseområdet. Detta är känt som mosaik och stöds av passerande GeoMosaicConfig till SageMaker StartEarthObservationJob API.
Vi har tillhandahållit några kodexempel som är representativa för de steg Arup tog:
Detta kan ta ett tag att slutföra. Du kan kontrollera statusen för dina jobb så här:
omsampling
Därefter samplas rastret om för att normalisera pixelstorleken över de insamlade bilderna. Du kan använda ResamplingConfig för att uppnå detta genom att ange värdet på längden på en sida av pixeln:
Bestämma täckning
Att bestämma marktäckning såsom vegetation är möjligt genom att tillämpa ett normaliserat differensvegetationsindex (NDVI). I praktiken kan detta beräknas från intensiteten av reflekterat rött och nära-infrarött ljus. För att tillämpa en sådan beräkning på EO-data inom SageMaker, måste BandMathConfig kan levereras till StartEarthObservationJob API:
Vi kan visualisera resultatet av bandmattejobbet i SageMakers visualiseringsverktyg för geospatiala funktioner. SageMakers geospatiala funktioner kan hjälpa dig att lägga över modellförutsägelser på en baskarta och tillhandahålla visualisering i lager för att göra samarbetet enklare. Den GPU-drivna interaktiva visualizern och Python-datorer ger ett sömlöst sätt att utforska miljontals datapunkter i ett enda fönster samt samarbeta kring insikterna och resultaten.
Förbereder för visualisering
Som ett sista steg förbereder Arup de olika banden och beräknade banden för visualisering genom att kombinera dem till ett enda GeoTIFF. För bandstapling kan SageMaker EOJs passeras StackConfig objekt, där utdataupplösningen kan ställas in baserat på upplösningarna för ingångsbilderna:
Slutligen kan utdata GeoTIFF lagras för senare användning i Amazon enkel lagringstjänst (Amazon S3) eller visualiseras med SageMakers geospatiala funktioner. Genom att lagra utdata i Amazon S3 kan Arup använda analysen i nya projekt och infoga data i nya slutledningsjobb. I Arups fall använde de den bearbetade GeoTIFF i deras befintliga visualiseringsverktyg för geografiska informationssystem för att producera visualiseringar som överensstämmer med deras produktdesignteman.
Slutsats
Genom att använda SageMakers inbyggda funktionalitet kunde Arup genomföra en analys av UHI-effekten i stadsskala, som tidigare tog veckor, på några timmar. Detta hjälper Arup att göra det möjligt för sina egna kunder att nå sina hållbarhetsmål snabbare och begränsar fokusområdena där strategier för UHI-effektreducering ska tillämpas, vilket sparar värdefulla resurser och optimerar begränsningstaktik. Analysen kan även integreras i framtida jordobservationsverktyg som en del av större riskanalysprojekt och hjälper Arups kunder att förutse effekten av UHI i olika scenarier.
Företag som Arup låser upp hållbarhet genom molnet med jordobservationsdata. Lås upp möjligheterna med jordobservationsdata i dina hållbarhetsprojekt genom att utforska SageMakers geospatiala funktioner på SageMaker-konsolen idag. För att ta reda på mer, se Amazon SageMaker geospatiala funktioner, eller komma igång med en vägledningslösning.
Om författarna
Richard Alexander är en Associate Geospatial Data Scientist på Arup, baserad i Bristol. Han har en dokumenterad meritlista av att bygga framgångsrika team och leda och leverera jordobservations- och datavetenskapsrelaterade projekt inom flera miljösektorer.
Mark Hallows är en fjärranalysspecialist på Arup, baserad i London. Mark tillhandahåller expertis inom jordobservation och geospatial dataanalys till ett brett spektrum av kunder och levererar insikter och tankeledarskap med hjälp av både traditionell maskininlärning och tekniker för djupinlärning.
Thomas Attree är Senior Solutions Architect på Amazon Web Services baserad i London. Thomas hjälper för närvarande kunder inom kraft- och elbranschen och använder sin passion för hållbarhet för att hjälpa kunder att bygga applikationer för energieffektivitet, samt ge råd om hur man använder molnteknik för att stärka hållbarhetsprojekt.
Tamara Herbert är en senior applikationsutvecklare med AWS Professional Services i Storbritannien. Hon är specialiserad på att bygga moderna och skalbara applikationer för en mängd olika kunder, för närvarande med fokus på dem inom den offentliga sektorn. Hon är aktivt delaktig i att bygga lösningar och driva samtal som gör att organisationer kan uppfylla sina hållbarhetsmål både i och genom molnet.
Anirudh Viswanathan – är Sr Product Manager, Technical – External Services med SageMakers geospatiala ML-team. Han har en Masters in Robotics från Carnegie Mellon University och en MBA från Wharton School of Business, och är utsedd till uppfinnare av över 50 patent. Han tycker om långdistanslöpning, att besöka konstgallerier och utställningar på Broadway.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
- Källa: https://aws.amazon.com/blogs/machine-learning/designing-resilient-cities-at-arup-using-amazon-sagemaker-geospatial-capabilities/
- : har
- :är
- :var
- $UPP
- 1
- 100
- 12
- 15%
- 16
- 19
- 20
- 2022
- 3d
- 50
- 51
- 7
- 9
- a
- Able
- accelerera
- accelererad
- tillgång
- Konto
- exakt
- Uppnå
- tvärs
- aktivt
- Annat
- adresserad
- råda
- byrå
- jordbruket
- LUFT
- Alexander
- Alla
- tillåter
- tillåter
- vid sidan av
- också
- amason
- Amazon SageMaker
- Amazon SageMaker geospatial
- Amazon Web Services
- Omgivande
- an
- analyser
- analys
- analyser
- och
- Angeles
- vilken som helst
- api
- Ansökan
- tillämpningar
- tillämpas
- applicerar
- Ansök
- Tillämpa
- ÄR
- OMRÅDE
- områden
- runt
- Konst
- Konstgallerier
- AS
- tillgång
- Bistånd
- Associate
- At
- Myndigheter
- automatiskt
- tillgänglig
- tillgänglig direkt
- AWS
- AWS professionella tjänster
- bakgrund
- BAND
- bas
- baserat
- BE
- BÄST
- Bättre
- Bortom
- Blå
- båda
- föra
- bristol
- bred
- SLUTRESULTAT
- Byggnad
- inbyggd
- företag
- by
- beräknat
- beräkning
- beräkning
- KAN
- kapacitet
- Carnegie Mellon
- Vid
- katalog
- orsakas
- orsakar
- centrala
- utmanar
- utmaningar
- ta
- val
- Städer
- medborgare
- Stad
- klasser
- klienter
- Klimat
- cloud
- MOLNTEKNIK
- koda
- samarbeta
- samverkan
- Samla
- samling
- Kollektiv
- kombination
- kombinera
- kombinerad
- kombinera
- bekvämlighet
- jämfört
- fullborda
- Avslutade
- komplex
- komplexiteter
- Compute
- villkor
- Genomför
- konsekvent
- Konsol
- konstruktion
- konsult
- konsulter
- konversationer
- kunde
- täcka
- täckning
- beläggning
- skapa
- skapas
- För närvarande
- Kunder
- datum
- dataanalys
- Dataplattform
- datapunkter
- datavetare
- datauppsättningar
- Beslutsfattande
- beslut
- minskning
- dedicerad
- djup
- djupt lärande
- leverera
- levererar
- distribuera
- beskriva
- Designa
- konstruktörer
- design
- mönster
- utveckla
- Utvecklare
- utvecklare
- Utveckling
- Skillnaden
- olika
- digital
- rikta
- direkt
- drivande
- grund
- under
- varje
- jord
- lättare
- lätt
- ekosystem
- effekt
- effektivitet
- effektivt
- ansträngning
- eliminerar
- utsläpp
- ge
- möjliggöra
- möjliggör
- energi
- Ingenjörer
- berika
- Hela
- Miljö
- miljömässigt
- miljöer
- ESA
- Även
- händelser
- överskott
- befintliga
- expertis
- experter
- utforska
- Utforska
- extern
- extrem
- snabbare
- få
- slutlig
- hitta
- Förnamn
- Fokus
- fokuserar
- fokusering
- För
- Prognos
- hittade
- Frekvens
- ofta
- från
- funktionalitet
- ytterligare
- framtida
- gallerier
- GAS
- geografisk
- geografisk
- Geospatial ML
- skaffa sig
- Välgörenhet
- Mål
- grafik
- störst
- Grön
- Marken
- Växer
- vägleda
- händer
- Har
- he
- Hälsa
- hjälpa
- hjälper
- här.
- Hög
- högre
- högsta
- hans
- historisk
- innehar
- ÖPPETTIDER
- Hur ser din drömresa ut
- Men
- html
- HTTPS
- stor
- humant
- idealisk
- identifiera
- identifiera
- if
- bilder
- Inverkan
- Konsekvenser
- förbättras
- förbättrar
- förbättra
- in
- Inklusive
- införliva
- ökat
- ökande
- index
- industrin
- påverka
- informationen
- Infrastruktur
- inledande
- ingång
- ingångar
- insikt
- insikter
- integrerade
- interaktiva
- intresse
- ingripande
- in
- involverade
- Öar
- IT
- Jobb
- Lediga jobb
- jpg
- Nyckel
- Nyckelområden
- känd
- Labs
- land
- Large
- storskalig
- större
- senare
- skiktad
- Ledarskap
- ledande
- Leads
- inlärning
- Längd
- livet
- ljus
- tycka om
- Lista
- läge
- london
- den
- Los Angeles
- förlorat
- Maskinen
- maskininlärning
- gjord
- göra
- förvaltade
- chef
- manuellt
- karta
- markera
- material
- matte
- Materia
- Maj..
- mäta
- Möt
- mellon
- Metrics
- miljoner
- minuter
- begränsning
- ML
- modell
- modellering
- modeller
- Modern Konst
- mer
- multipel
- Mumbai
- namn
- Som heter
- Nasa
- nationell
- nativ
- Natural
- Nära
- Behöver
- behövs
- Nya
- Nästa
- nu
- objektet
- of
- on
- Onboarding
- ONE
- öppen källkod
- Verksamhet
- optimera
- or
- organisationer
- organisering
- annat
- vår
- ut
- Resultat
- produktion
- över
- övergripande
- egen
- ägare
- parametrar
- del
- särskilt
- samarbetar
- partnering
- Godkänd
- Förbi
- brinner
- Patent
- Topp
- Personer
- Utföra
- prestanda
- perioder
- pixel
- planet
- planeras
- plattform
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- poäng
- Polygon
- befolkning
- porträtt
- utgör
- positiv
- Möjligheterna
- möjlig
- Inlägg
- kraft
- praktiken
- Dyrbar
- Förutsägelser
- beredning
- förbereder
- förbereda
- presenteras
- tidigare
- Innan
- Bearbetad
- processer
- producera
- Produkt
- produktdesign
- produktutveckling
- produktchef
- professionell
- projektet
- utsprång
- projekt
- egenskaper
- egenskapen
- beprövade
- ge
- förutsatt
- leverantörer
- ger
- tillhandahålla
- allmän
- Tryckande
- Python
- kvalitet
- område
- post
- Red
- minska
- minskar
- reducerande
- hänvisa
- raffinerade
- reflekterad
- avlägsen
- representativ
- Obligatorisk
- forskning
- invånare
- elastisk
- Upplösning
- Resurser
- resultera
- Resultat
- avslöjar
- Richard
- rigorös
- Rise
- Risk
- robotik
- Körning
- rinnande
- Landsbygd
- s
- sagemaker
- satellit
- sparande
- skalbar
- Skala
- scenarier
- Skola
- Forskare
- vetenskapsmän
- sömlös
- sektor
- Sektorer
- säkerhet
- senior
- Tjänster
- in
- flera
- hon
- skall
- Visar
- sida
- Enkelt
- enda
- Storlek
- Small
- So
- lösning
- Lösningar
- Lösa
- några
- Källor
- utrymmen
- specialist
- specialiserat
- specifik
- stapel
- stapling
- igång
- status
- Steg
- Steg
- förvaring
- lagras
- misslyckande
- strategier
- strukturer
- studier
- framgångsrik
- sådana
- sommar
- levereras
- Som stöds
- kring
- Hållbarhet
- hållbart
- Hållbar utveckling
- system
- taktik
- Ta
- tar
- Tamara
- mål
- grupp
- lag
- Teknisk
- tekniker
- Teknologi
- testa
- den där
- Smakämnen
- Området
- Storbritannien
- deras
- Dem
- teman
- sedan
- termisk
- Dessa
- de
- detta
- de
- trodde
- tanke ledarskap
- Genom
- tid
- till
- i dag
- Tokyo
- tog
- verktyg
- verktyg
- Totalt
- mot
- spår
- track record
- traditionell
- Tåg
- tränad
- Förvandla
- Uk
- förståelse
- enhet
- universitet
- låsa
- upplåsning
- urbana
- Användning
- användning
- Begagnade
- användningar
- med hjälp av
- verktyg
- Använda
- värde
- Värden
- mängd
- olika
- försäljare
- visualisering
- visualisera
- Sårbara
- var
- Vatten
- Sätt..
- sätt
- Väder
- webb
- webbservice
- veckor
- VÄL
- były
- Wharton
- när
- som
- medan
- bred
- kommer
- fönster
- med
- inom
- arbetsflöden
- världsklass
- skrivning
- Om er
- Din
- zephyrnet