基于人工智能视觉技术的城市绿色屋顶碳封存潜力评估——以西班牙瓦伦西亚为例

本研究针对城市气候治理需求，开发了结合MATLAB和QGIS的自动化评估方法，通过LiDAR数据与人工视觉技术识别适宜绿色屋顶(GRs)安装的建筑物。结果显示瓦伦西亚34%屋顶面积(620万m2)可安装GRs，年碳封存潜力达19,507吨CO2，为城市碳中和规划提供量化工具。

　　

随着全球城市化进程加速，城市热岛效应和碳排放问题日益严峻。传统混凝土建筑密集的城区缺乏绿色空间，不仅加剧能源消耗，更削弱了城市应对气候变化的能力。在此背景下，自然解决方案(Nature-based Solutions, NBS)成为国际研究热点，其中绿色屋顶(Green Roofs, GRs)因其可直接改造既有建筑的特性备受关注。然而，现有GRs潜力评估方法存在两大瓶颈：一是依赖人工勘测导致效率低下，二是缺乏对碳封存能力的系统量化。这些问题严重制约了GRs在城市气候行动规划中的应用。

针对上述挑战，来自国内研究机构（需根据原文补充具体机构名称）的科研团队在《Sustainable Cities and Society》发表创新研究。该团队开发了一套融合人工视觉与地理信息系统的自动化评估体系，首次实现了城市尺度GRs碳封存潜力的精准测算。研究以地中海典型城市瓦伦西亚为案例，证实该市34%屋顶面积具备GRs安装条件，年碳封存量相当于19,507吨CO₂，为同类城市提供了可复制的技术范式。

研究方法突破体现在三个关键技术环节：首先采用MATLAB开发的"屋顶检测器"算法，通过RGB/HSV色彩空间分析自动识别适宜屋顶；其次利用LiDAR点云数据计算屋顶坡度，排除超过10°的倾斜表面；最后整合QGIS平台处理地理空间数据，结合地籍信息建立GRs潜力数据库。研究特别选用0.25米分辨率航拍影像和0.5点/平方米LiDAR数据确保精度，并通过k-means聚类算法优化建筑特征提取。

【屋顶适宜性分析】
通过处理18.4 km²屋顶数据，研究发现瓦伦西亚71%的GRs潜力集中在住宅建筑，其中Poblats Marítims区以9.25%的适宜面积成为最佳实施区域。斜率分析显示，采用10°阈值可平衡结构安全与实施范围，较传统20°标准增加17%可用面积。

【碳封存量化】
研究创新性地采用CSB10-S基质（由堆肥、土壤和砖块按1:1:3配比）与多年生植物Silene vulgaris组合，测得3.16 kg CO₂/m²·年的封存率。据此推算，全市GRs年碳封存潜力相当于4,800辆汽车的年排放量，其中文教医疗建筑虽仅占3.16%的数量，却贡献12.22%的碳封存效能。

【方法学验证】
通过双重验证体系确认结果可靠性：与既有研究对比显示21.15%的面积差异源于更精细的50m²最小面积阈值；10栋样本建筑的手工测量验证中，算法误差控制在8.56%以内，满足15%的预设容错标准。

该研究的重要意义在于建立了首个融合人工视觉与LiDAR的GRs评估标准化流程，其自动化特性使大规模城市应用成为可能。特别值得注意的是，提出的"斜率-面积-碳汇"三维评估模型，突破了传统研究仅关注节能效益的局限。对于正在实施"欧洲绿色之都"计划的瓦伦西亚，该成果直接支撑了其2030气候中和路线图的制定。从更广维度看，这套方法学框架可适配不同气候区城市，为全球城市应对气候变化提供了兼具科学性与可操作性的技术工具。未来研究可进一步耦合能源节约与碳封存的双重效益模型，并开展全生命周期成本效益分析。