智慧城市大数据与城市管理

智慧城市大数据与城市管理中国的智慧城市2013•

2013年，中国住房和城乡建设部公布了193个国家智慧试点项目•

2013年11月，中欧正式启动中欧智慧城市合作，新增15个试点城市。截

至2014年9月，中国已有超过200个智慧城市试点在建•

2013年，800亿人民币

(145亿美元)基金•截至2015年4月，中国已有超过285个智慧城市试点

智慧、可持续、低碳、绿色城市

智慧城市的定义

“

智慧城市的六个特征”根据报告

Smart

Cities–Ranking

of

European

Medium-Sized

Cities

(Giffinger

et

al.

2007)智慧市民l

更多知识

l

更方便l

更有效率l

更好的决策l

更可持续的发展(环境)l

更美好的生活Smart

CitySmartLivingSmartSmartSmartGovernance智慧城市SmartEconomySmartMobility智能交通智慧经济智慧环境智慧政府智慧生活EnvironmentPeople智慧城市

v?5G

，

IoT,Web

3.0

AI

人工智能AV自动汽车智慧城市政府，企业和群众无时无处不在智慧城市的骨干–(GIS+传感器

+

ICT+Wifi)ICT信息和通信

技术的使用1986香港土地信息中心LIC1987广州市城市规划自动化中心带有传感器的智慧手机和WiFi政府和企业和群众网络和传感器电脑和局域网AiE万应人工智能1995

-

20101985

-

1995数字城市智能城市2010

-城市是3D–GIS

必须是3D建筑信息模型

Building

Information

Modeling

(BIM)and

Manage

操作和管理建筑信息模型Building

Information

Model(BIM

Model)Design

设计Build

建造OperateBIMtechnology

is

evolvingfromto

District

Information

Modeling

(DIM)

and

City

Information

Modeling

(CIM)

.

DIM

and

CIM

are

similar

to

how

we

modeling

buildingsand

infrastructure.DIM

is

the

3D

modeling

at

the

District

level;

while

CIM

aims

to

model

thesmartcity

atthe

City

level.A

CIM

model

could

enable

city-wide

simulation

(for

architects

and

planners)of

various

aspects

such

as

traffic,

congestion,

energy,

impact

of

naturaldisasterssuchasearthquakesor

hurricanes,flood

control,

etc.从

BIM

到

DIM

到

CIMFrom

BIM

Modelto

DIM

ModelandCIM

ModelBIM

DIMCIMl

旧和现有建筑的BIMl

BIM

的实景更生3D

GIS3D数字地图开发的三步骤实景3D地图

室内应用3D地图

城市建模3D地图3DGIS

和

BIM

集成(虚拟现实Virtual

Reality&增强现实Augmented

Reality)3D智慧城市地理空间数据的建设比以前的2D需要更多的工作和时间建设刚刚开始，同志还须努力BIM3D

GIS传感器,信息和相关信息技术与应用是智慧城市的核心传感器定位传感器运动传感器摄像机生物传感器其它传感器智慧导航智能交通智慧环境

智慧健康智慧建筑应用智慧交通的传感器Global

NavigationSatelliteSystems

(GNSS)Source:

/item/5g-acceleration-smart-street-lights-promising/智慧路灯行车纪录器自动汽车2030共享汽车机器人智慧出行中的传感器自动汽车•

5G蜂窝网络+

移动电话•

基站密度•

精度:厘米cm

到

米m5G

定位Source:智慧环境空气污染和水质监测促进绿色生活和可持续发展，减少建筑物的能源消耗智慧家居生活智慧绿色建筑智慧健康手机二维码付款面部识别付款智慧购物网上购物智慧商贸无现金智能卡数据和智能支付手机数据无人零售店用户提供的眾包

(crowd

sourcing)

交通数据

(高德地图/GoogleMap)Public

政府

(标准

+

基建)Private

企业

(运营

+

基建)People

用户Partnership

伙伴智慧城市管理：众包数据支持下的智慧城市管理•

曝光地点：xx市xx区xx街道xx路xx号•

曝光情况：下水管堵塞，垃圾堆砌，

气味难闻•

整改说明：前山街道办事处已督促

责任单位将该处的垃圾清理干净。整改前整改后.

遥感

–土地利用,土地利用变化.

普查数据

–社会区域分析,人口迁居,市场营销.电话簿

–位置和空间分布,

公司成立与关闭.

信用卡数据

–消费者行为、市场营销、消费者

分析、人员流动智慧城市

-新数据来源传统大数据来源新大数据•时空数据:GPS轨迹、手机数据、智能交通卡数

据等•智能电网和传感器数据:车载传感器、管道传感器、物联网（IoT）•

社交媒体数据:微信,WhatsApp,

Facebook

，Twitter,

Instagram等•网页数据:浏览内容、搜索内容、购买记录等•

文字数据:

邮件、新闻等城市信息学Urban

Informatics

城市分析学

UrbanAnalytics城市信息学Urban

Informatics

城市分析学

UrbanAnalytics人工智能ArtificialIntelligence(AI)智能随机优化过程

Intelligent

Stochastic

OptimizationProcess基于知识的智能系统KnowledgeBasedIntelligenceSystem人工生命ArtificialLife(AL)机器学习MachineLearning(ML)模糊逻辑FuzzyLogic专家系统ExpertSystems元胞自动机Cellular

Automata智能体基模型AgentBasedModel群体智能SwarmIntelligence遗传算法Geneticalgorithm模拟退火Simulated

Annealing强化学习ReinforcementLearning非监督Unsupervised监督/训练Supervised其他Others启发式搜索HeuristicsSearch推理系统ReasoningSystem2021https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-15-8983-6城市分析硕士课程https://www.arch.hku.hk/programmes/upad/master-of-

science-in-urban-analytics/香港大学城市规划及设计系时空大数据l

高精度

Resolution(空间)l

稿粒度

Granularity(时间)l

实时

Real

Time时空棱镜Space-Time

PrismSwedish

Torsten

Hagerstrand's

Time

Geography(1970)2011年深圳24小时内活动强度手机位置数据

–大数据建筑和设施感知及预测数字孪生城市-Digital

Twins

City基于人工智能的数字孪生城市智能运维系统数字孪生城市建模

(GIS-BIM)交通和环境感知及预测城市运营管理维养管理实体城市数字城市数字孪生城市智能运维管理仿真

可视化传感器让城市更加高效和可持续MakingCities

More

EfficientandSustainable交通规划

-大数据

出行生成

出行分布

手机信令数据OD出行估计交通卡数据出租车数据按出行方式分类

出行分配

智慧停车智慧垃圾管理智慧能源系统智慧防洪大数据城市分析的问题智慧科技和智慧城市感應層Public

政府

(標準

+

基建)Private

企業

(運營

+

基建)People

用戶Partnership

夥伴数据可获取性数据隐私数据偏差数据可靠性Source:

Liu,

Puand

Peng

(2014),“China’sSmartCity

Pilots:A

Progress

Report”,

Computer,Vol.47,

pp.

72-81SensingLayer感知系統傳感器PriceProfitsPolitics(Privacy)价格

收益

政治

隐私應用層傳輸層處理層XDisp

t

+

b1x

−

b2x2Xayyay

=

a

+

bxY曲线CurvilinearY线性Linearyi

)2误差Error=∑

(yi

−区域差异RegionalWilliamson,JeffreyG.(1965),

"RegionalInequalityand

the

Process

of

National

Development:

A

Description

ofthe

Patterns",EconomicDevelopmentandCulturalChange,Vol.

13

(July),

pp.

345.区域不平等的倒U型曲线区域不平等人均GDPXDisp

t

+

b1x

−

b2x2Xayyay

=

a

+

bxy

=

a

+b1x

+

b2x2+b3x3+

b4x4

+b5x5+

b6x6k-1turnsY曲线Curvilinearyi

)2误差Error=∑

(yi

−Y线性Linear区域差异RegionalGDPYX广义加性模型

(Generalized

Additive

Model,GAM)Figure2

.Comparisonof

predictionsurfacesbetween

regressionmodelsandneuralnetworks神经网络Neural

NetworkFigure

1

.Basicstructureof

artificialneuralnetworkRegressionPrediction

SurfaceNeuralNetworkPredictionSurfaceOutput

LayerHidden

LayerInput

Layer用过去和现在去预测和规划未来McHarg,

Ian

L.

(

1969),Design

withNature《与自然共容的设计》,Natural

History

Press手绘地图叠加Hand

DrawnOverlay

Analysis1969监测GIS非GIS数据库/数据目标和目的数据收集与调查分析和预测规划方案制定规划方案评估规划方案实施规划方案选择GIS和规划流程从科学系统规划

1960s

-1970s公众参与规划监测GIS非GIS数据库/数据优化方案评估Projection

Evaluation

投影评估规划方案评估规划方案实施公众选择公众参与土地利用、交通

环境影响评估EIA

CPM规划评估目标和目的数据收集与调查分析和预测规划方案制定规划方案选择人口经济土地利用

交通环境GIS和规划流程规划支持系统Planning

Support

SystemMichael

Batty

1995GIS

andPlanningSupportSystems20062003约束性元胞自动机(CA)

可持续发展城市规划模型系列

-

模型根据不同环境因素(ENV)

、

城市形态(FORM)和密度(DEN)，应用约束性元胞自动机(CA)模型，

考虑城市土地分配1995-2005ΔG

y

=

x

δxy

(FORM

)

x

δxy

(ENV)xtx

exp(一

)

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wi

(1

一

ENVixy

)kΣ

DenxyxyeΩN=

Denmaxπ

ξ2ΔG

yxtΔG

yxt约束性元胞自动机(CA)

可持续发展城市规划模型系列

-

应用(b)

评估(a)

通过规划模拟1993-2005

基线增长(c)

规划替代方案测试(What-If?)决策自学习的人工智能（机器学习）学习知识观察知识信息

数据

Case

Based

Reasoning

(CBR)

Cycle

基于案例推理的专家系统RE

U

S

E重用ConfirmedSolution决定采用的解决办法ProposedSolution建议的解决办法RETRIEVE索取

Case-BaseLibrary案例库RETAIN保存Problem新问题REVISE修订Resultoftheapplication案例库Case

LibraryYeh,A.G.O.andX.Shi

(1999),

"ApplyingCase-Based

Reasoning(CBR)

to

Urban

Planning

-

A

New

PSSTool",EnvironmentandPlanningB:Planningand

Design,

Vol.

26,

No.

1,

pp.

101-116索取RETRIEVEAdjustment

by

the

ExpertsOperationsof

CBR

Engine修订

REVISE保存

RETAINSimilarCase1重用

REUSEApplicationDocumentsDeliberationofTown

Planning

BoardProposedApprovalScoreofthenew

applicationProposedApprovalScoreofthenew

applicationModified

ApprovalScore

ofthe

newapplicationNew

CaseEvaluation

DocumentsSimilarCase2(ApprovalScore2)SimilarCase1(ApprovalScore1)SimilarCasen(ApprovalScoren)Featuresofthe

newapplicationInformationformatchingDataofthe

newcase

-

5...

...Evaluation

Result

评估结果生成式人工智能(Generative

AI)在规划的应用恢复草图生成器AutoCAD设计输入文件

(左)和MasterplanGAN生

成的输出文件

(右).Source:Ye,X.,

Du,J.,&Ye,Y.

(2022).

MasterplanGAN:Facilitatingthesmart

renderingof

urban

master

plansviagenerativeadversarial

networks.

Environmentand

PlanningB:

Urban

Analytics

and

City

Science,49(3),

794-814.渲染结果鉴别器MasterplanGAN:促进城市

总体规划的智能渲染原始草图目标结果生成器鉴别器公众参与的自然語言處理Natural

language

processingforpublic

participationSentimentAnalysishttps://towardsdatascience.com/sentiment-analysis-simplified-ac30720a5827Comment1:

Build

more

public

housingfor

HK

people.Comment2:Wewilllosethesurroundinggreeneries.Haklay,

M.,Jankowski,

P.,&Zwoliński,Z.

(2018).Selected

modern

methodsandtoolsfor

public

participation

in

urban

planning–a

review.

Quaestiones

Geographicae,

37(3).Representations&Comments

inPlan-making

Process1987规划师对专家系统的介绍1989专家系统能辅助规划吗专家系统：城市规划中的应用环境规划中的

专家系统人工智能

地理学智能规划1993199719891990专家系统在城市规则中的前景1991•

城市规划的多准则问题难以为专家系统的运行定义•

规划师对城市规划问题有不同的解决方案•

城市规划是针对特定任务的，某些城市规划任务被了解的很少•

人工智能系统不支持城市规划中的“跳出框框的创新思维

”•人工智能系统解决城市规划问题的众多“规则

”仍然不清楚或存在冲突1989