Elements: Data: U-Cube: A Cyberinfrastructure for Unified and Ubiquitous Urban Canopy Parameterization

元素:数据:U-Cube:统一且无处不在的城市冠层参数化的网络基础设施

基本信息

  • 批准号:
    1835739
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2024-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Urban canopy parameters (UCPs) can be used in model simulations to study the health and behavior of a city, determine the ability to sustain a growing population, and study potential impacts of extreme weather events. The ability to identify and compute urban canopy parameters has been a missing element in city models; this project develops that capability for use in city design and analysis, integrating weather models and remote sensing data to infer a 3D model of cities of various sizes. The project deploys innovative science-based analysis tools within an extensible, broadly-available cyberinfrastructure portal, allowing users to ingest satellite imagery and other geographic information system (GIS) data to calculate urban canopy parameters. The cyberinfrastructure would improve urban modeling and planning, particularly for extreme weather events. The tools and high-performance computing and storage resources would be usable by other researchers through a portal. Potential beneficiaries include smaller and disadvantaged cities and countries without the resources for urban characterization and modeling necessary for such urban planning. There are also plans to transfer the results of this research to communities beyond college students -- to local teachers and secondary students and museums, and to the GIS urban planning user communities at local, state, and international levels.The project develops cyberinfrastructure which would use a novel inverse modeling approach incorporating satellite images, social science and urban zonal data, to infer a 3D model of a city from which urban canopy parameters could be derived for use in simulation models. The focus is on weather modeling, urban parameterization and a desire to better understand sustainable urbanization. The main cyberinfrastructure products will be 3D urban models and UCP values for urban locations. These UCP parameters will be used for fine-scale urban weather modeling, and evaluation of various classification techniques and simulation models in an integrated portal. The approach differs from prior work that relied on simple urban canopy models, either tuned for a large metropolis or assuming that all cities are the same. The team uses a cyberinfrastructure platform at Purdue (HubZERO) and the Geospatial Data Analysis Building Blocks (GABBs), a suite of software modules developed during a previously funded NSF Data Infrastructure project. The resulting platform can be deployed using Amazon Web Services, extending built-in geospatial data capabilities and providing a scalable CI solution. This platform can be used by researchers to test predictive models or deploy applications that have been developed. The team has cultivated relationships with the research communities and stakeholders relevant to the proposed research. Through the World Urban Database and Access Portal Tools (WUDAPT) project -- a community-based project to gather a census of cities around the world -- the team is already connected to the urban planning community globally. The project will improve urban weather modeling accuracy and increase availability of and access to the new techniques, capabilities and dedicated cyberinfrastructure. The results have the potential to support city officials and urban planners, especially in regions with the fastest rate of urbanization and/or those in developing countries, where access to computational resources is likely to be limited. This award by the NSF Office of Advanced Cyberinfrastructure will be jointly supported by the Division of Chemical, Bioengineering, Environmental, and Transport Systems, within the NSF Directorate for Engineering; and the Division of Atmospheric and Geospace Sciences and the Integrative and Collaborative Education and Research (ICER) Program, within the NSF Directorate for Geosciences.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
城市冠层参数 (UCP) 可用于模型模拟,以研究城市的健康和行为、确定维持不断增长的人口的能力以及研究极端天气事件的潜在影响。 识别和计算城市冠层参数的能力一直是城市模型中缺失的要素;该项目开发了用于城市设计和分析的功能,集成天气模型和遥感数据来推断各种规模城市的 3D 模型。 该项目在可扩展、广泛可用的网络基础设施门户中部署基于科学的创新分析工具,允许用户获取卫星图像和其他地理信息系统(GIS)数据来计算城市冠层参数。 网络基础设施将改善城市建模和规划,特别是针对极端天气事件。 其他研究人员可以通过门户使用这些工具以及高性能计算和存储资源。 潜在受益者包括规模较小、处境不利的城市和国家,这些城市和国家没有此类城市规划所需的城市特征和建模资源。 还计划将这项研究成果转移到大学生以外的社区——当地教师、中学生和博物馆,以及地方、州和国际层面的 GIS 城市规划用户社区。该项目开发的网络基础设施将使用一种新颖的逆向建模方法,结合卫星图像、社会科学和城市分区数据来推断城市的 3D 模型,从中可以导出城市冠层参数以用于模拟模型。 重点是天气建模、城市参数化以及更好地了解可持续城市化的愿望。 主要的网络基础设施产品将是 3D 城市模型和城市位置的 UCP 值。 这些 UCP 参数将用于精细城市天气建模,以及在集成门户中评估各种分类技术和模拟模型。 该方法不同于以前依赖简单城市冠层模型的工作,要么针对大都市进行调整,要么假设所有城市都是相同的。 该团队使用普渡大学的网络基础设施平台 (HubZERO) 和地理空间数据分析构建块 (GABB),这是在先前资助的 NSF 数据基础设施项目期间开发的一套软件模块。 由此产生的平台可以使用 Amazon Web Services 进行部署,扩展内置的地理空间数据功能并提供可扩展的 CI 解决方案。 研究人员可以使用该平台来测试预测模型或部署已开发的应用程序。 该团队与与拟议研究相关的研究团体和利益相关者建立了关系。 通过世界城市数据库和访问门户工具 (WUDAPT) 项目(一个收集世界各地城市人口普查的社区项目),该团队已经与全球城市规划社区建立了联系。 该项目将提高城市天气建模的准确性,并提高新技术、功能和专用网络基础设施的可用性和访问性。 研究结果有可能为城市官员和城市规划者提供支持,特别是在城市化速度最快的地区和/或发展中国家,这些地区获得计算资源的机会可能有限。 该奖项由 NSF 高级网络基础设施办公室颁发,并将得到 NSF 工程理事会化学、生物工程、环境和运输系统部门的共同支持;该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过利用基金会的智力优势和更广泛的评估进行评估,被认为值得支持。影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Impact of urban parameterization and integration of WUDAPT on the severe convection
城市参数化和WUDAPT集成对强对流的影响
  • DOI:
    10.1007/s43762-022-00071-w
  • 发表时间:
    2022-11-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    R. Nadimpalli;Pratiman Patel;U. Mohanty;S. D. Attri;D. Niyogi
  • 通讯作者:
    D. Niyogi
Design and Deployment of Photo2Building: A Cloud-based Procedural Modeling Tool as a Service
Photo2Building 的设计和部署:基于云的程序建模工具即服务
Resilience of human settlements to climate change needs the convergence of urban planning and urban climate science
人类住区对气候变化的抵御能力需要城市规划和城市气候科学的融合
  • DOI:
    10.1007/s43762-022-00035-0
  • 发表时间:
    2022-02-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Xinyue Ye;D. Niyogi
  • 通讯作者:
    D. Niyogi
Tree Instance Segmentation with Temporal Contour Graph
使用时间轮廓图进行树实例分割
Human heat health index (H3I) for holistic assessment of heat hazard and mitigation strategies beyond urban heat islands
人体热健康指数 (H3I),用于全面评估城市热岛以外的热危害和缓解策略
  • DOI:
    10.1016/j.uclim.2023.101675
  • 发表时间:
    2023-11-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    H. Kamath;A. Martilli;Manmeet Singh;Trevor Brooks;Kevin Lanza;R. P. Bixler;M. Coudert;Zong;D. Niyogi
  • 通讯作者:
    D. Niyogi
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知道了