智慧城市大數(shù)據(jù)與城市管理

智慧城市大數(shù)據(jù)與城市管理中國的智慧城市2013?

2013年，中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公布了193個國家智慧試點項目?

2013年11月，中歐正式啟動中歐智慧城市合作，新增15個試點城市。截

至2014年9月，中國已有超過200個智慧城市試點在建?

2013年，800億人民幣

(145億美元)基金?截至2015年4月，中國已有超過285個智慧城市試點

智慧、可持續(xù)、低碳、綠色城市

智慧城市的定義

“

智慧城市的六個特征”根據(jù)報告

Smart

Cities–Ranking

of

European

Medium-Sized

Cities

(Giffinger

et

al.

2007)智慧市民l

更多知識

l

更方便l

更有效率l

更好的決策l

更可持續(xù)的發(fā)展(環(huán)境)l

更美好的生活Smart

CitySmartLivingSmartSmartSmartGovernance智慧城市SmartEconomySmartMobility智能交通智慧經(jīng)濟智慧環(huán)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自動汽車智慧城市政府，企業(yè)和群眾無時無處不在智慧城市的骨干–(GIS+傳感器

+

ICT+Wifi)ICT信息和通信

技術(shù)的使用1986香港土地信息中心LIC1987廣州市城市規(guī)劃自動化中心帶有傳感器的智慧手機和WiFi政府和企業(yè)和群眾網(wǎng)絡(luò)和傳感器電腦和局域網(wǎng)AiE萬應(yīng)人工智能1995

-

20101985

-

1995數(shù)字城市智能城市2010

-城市是3D–GIS

必須是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

設(shè)計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.從

BIM

到

DIM

到

CIMFrom

BIM

Modelto

DIM

ModelandCIM

ModelBIM

DIMCIMl

舊和現(xiàn)有建筑的BIMl

BIM

的實景更生3D

GIS3D數(shù)字地圖開發(fā)的三步驟實景3D地圖

室內(nèi)應(yīng)用3D地圖

城市建模3D地圖3DGIS

和

BIM

集成(虛擬現(xiàn)實Virtual

Reality&增強現(xiàn)實Augmented

Reality)3D智慧城市地理空間數(shù)據(jù)的建設(shè)比以前的2D需要更多的工作和時間建設(shè)剛剛開始，同志還須努力BIM3D

GIS傳感器,信息和相關(guān)信息技術(shù)與應(yīng)用是智慧城市的核心傳感器定位傳感器運動傳感器攝像機生物傳感器其它傳感器智慧導(dǎo)航智能交通智慧環(huán)境

智慧健康智慧建筑應(yīng)用智慧交通的傳感器Global

NavigationSatelliteSystems

(GNSS)Source:

/item/5g-acceleration-smart-street-lights-promising/智慧路燈行車紀錄器自動汽車2030共享汽車機器人智慧出行中的傳感器自動汽車?

5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)+

移動電話?

基站密度?

精度:厘米cm

到

米m5G

定位Source:智慧環(huán)境空氣污染和水質(zhì)監(jiān)測促進綠色生活和可持續(xù)發(fā)展，減少建筑物的能源消耗智慧家居生活智慧綠色建筑智慧健康手機二維碼付款面部識別付款智慧購物網(wǎng)上購物智慧商貿(mào)無現(xiàn)金智能卡數(shù)據(jù)和智能支付手機數(shù)據(jù)無人零售店用戶提供的眾包

(crowd

sourcing)

交通數(shù)據(jù)

(高德地圖/GoogleMap)Public

政府

(標準

+

基建)Private

企業(yè)

(運營

+

基建)People

用戶Partnership

伙伴智慧城市管理：眾包數(shù)據(jù)支持下的智慧城市管理?

曝光地點：xx市xx區(qū)xx街道xx路xx號?

曝光情況：下水管堵塞，垃圾堆砌，

氣味難聞?

整改說明：前山街道辦事處已督促

責(zé)任單位將該處的垃圾清理干凈。整改前整改后.

遙感

–土地利用,土地利用變化.

普查數(shù)據(jù)

–社會區(qū)域分析,人口遷居,市場營銷.電話簿

–位置和空間分布,

公司成立與關(guān)閉.

信用卡數(shù)據(jù)

–消費者行為、市場營銷、消費者

分析、人員流動智慧城市

-新數(shù)據(jù)來源傳統(tǒng)大數(shù)據(jù)來源新大數(shù)據(jù)?時空數(shù)據(jù):GPS軌跡、手機數(shù)據(jù)、智能交通卡數(shù)

據(jù)等?智能電網(wǎng)和傳感器數(shù)據(jù):車載傳感器、管道傳感器、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）?

社交媒體數(shù)據(jù):微信,WhatsApp,

Facebook

，Twitter,

Instagram等?網(wǎng)頁數(shù)據(jù):瀏覽內(nèi)容、搜索內(nèi)容、購買記錄等?

文字數(shù)據(jù):

郵件、新聞等城市信息學(xué)Urban

Informatics

城市分析學(xué)

UrbanAnalytics城市信息學(xué)Urban

Informatics

城市分析學(xué)

UrbanAnalytics人工智能ArtificialIntelligence(AI)智能隨機優(yōu)化過程

Intelligent

Stochastic

OptimizationProcess基于知識的智能系統(tǒng)KnowledgeBasedIntelligenceSystem人工生命ArtificialLife(AL)機器學(xué)習(xí)MachineLearning(ML)模糊邏輯FuzzyLogic專家系統(tǒng)ExpertSystems元胞自動機Cellular

Automata智能體基模型AgentBasedModel群體智能SwarmIntelligence遺傳算法Geneticalgorithm模擬退火Simulated

Annealing強化學(xué)習(xí)ReinforcementLearning非監(jiān)督Unsupervised監(jiān)督/訓(xùn)練Supervised其他Others啟發(fā)式搜索HeuristicsSearch推理系統(tǒng)ReasoningSystem2021https://link.springer.com/book/10.1007/978-981-15-8983-6城市分析碩士課程https://www.arch.hku.hk/programmes/upad/master-of-

science-in-urban-analytics/香港大學(xué)城市規(guī)劃及設(shè)計系時空大數(shù)據(jù)l

高精度

Resolution(空間)l

稿粒度

Granularity(時間)l

實時

Real

Time時空棱鏡Space-Time

PrismSwedish

Torsten

Hagerstrand's

Time

Geography(1970)2011年深圳24小時內(nèi)活動強度手機位置數(shù)據(jù)

–大數(shù)據(jù)建筑和設(shè)施感知及預(yù)測數(shù)字孿生城市-Digital

Twins

City基于人工智能的數(shù)字孿生城市智能運維系統(tǒng)數(shù)字孿生城市建模

(GIS-BIM)交通和環(huán)境感知及預(yù)測城市運營管理維養(yǎng)管理實體城市數(shù)字城市數(shù)字孿生城市智能運維管理仿真

可視化傳感器讓城市更加高效和可持續(xù)MakingCities

More

EfficientandSustainable交通規(guī)劃

-大數(shù)據(jù)

出行生成

出行分布

手機信令數(shù)據(jù)OD出行估計交通卡數(shù)據(jù)出租車數(shù)據(jù)按出行方式分類

出行分配

智慧停車智慧垃圾管理智慧能源系統(tǒng)智慧防洪大數(shù)據(jù)城市分析的問題智慧科技和智慧城市感應(yīng)層Public

政府

(標準

+

基建)Private

企業(yè)

(運營

+

基建)People

用戶Partnership

夥伴數(shù)據(jù)可獲取性數(shù)據(jù)隱私數(shù)據(jù)偏差數(shù)據(jù)可靠性Source:

Liu,

Puand

Peng

(2014),“China’sSmartCity

Pilots:A

Progress

Report”,

Computer,Vol.47,

pp.

72-81SensingLayer感知系統(tǒng)傳感器PriceProfitsPolitics(Privacy)價格

收益

政治

隱私應(yīng)用層傳輸層處理層XDisp

t

+

b1x

?

b2x2Xayyay

=

a

+

bxY曲線CurvilinearY線性Linearyi

)2誤差Error=∑

(yi

?區(qū)域差異RegionalWilliamson,JeffreyG.(1965),

"RegionalInequalityand

the

Process

of

National

Development:

A

Description

ofthe

Patterns",EconomicDevelopmentandCulturalChange,Vol.

13

(July),

pp.

345.區(qū)域不平等的倒U型曲線區(qū)域不平等人均GDPXDisp

t

+

b1x

?

b2x2Xayyay

=

a

+

bxy

=

a

+b1x

+

b2x2+b3x3+

b4x4

+b5x5+

b6x6k-1turnsY曲線Curvilinearyi

)2誤差Error=∑

(yi

?Y線性Linear區(qū)域差異RegionalGDPYX廣義加性模型

(Generalized

Additive

Model,GAM)Figure2

.Comparisonof

predictionsurfacesbetween

regressionmodelsandneuralnetworks神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Neural

NetworkFigure

1

.Basicstructureof

artificialneuralnetworkRegressionPrediction

SurfaceNeuralNetworkPredictionSurfaceOutput

LayerHidden

LayerInput

Layer用過去和現(xiàn)在去預(yù)測和規(guī)劃未來McHarg,

Ian

L.

(

1969),Design

withNature《與自然共容的設(shè)計》,Natural

History

Press手繪地圖疊加Hand

DrawnOverlay

Analysis1969監(jiān)測GIS非GIS數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)目標和目的數(shù)據(jù)收集與調(diào)查分析和預(yù)測規(guī)劃方案制定規(guī)劃方案評估規(guī)劃方案實施規(guī)劃方案選擇GIS和規(guī)劃流程從科學(xué)系統(tǒng)規(guī)劃

1960s

-1970s公眾參與規(guī)劃監(jiān)測GIS非GIS數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)優(yōu)化方案評估Projection

Evaluation

投影評估規(guī)劃方案評估規(guī)劃方案實施公眾選擇公眾參與土地利用、交通

環(huán)境影響評估EIA

CPM規(guī)劃評估目標和目的數(shù)據(jù)收集與調(diào)查分析和預(yù)測規(guī)劃方案制定規(guī)劃方案選擇人口經(jīng)濟土地利用

交通環(huán)境GIS和規(guī)劃流程規(guī)劃支持系統(tǒng)Planning

Support

SystemMichael

Batty

1995GIS

andPlanningSupportSystems20062003約束性元胞自動機(CA)

可持續(xù)發(fā)展城市規(guī)劃模型系列

-

模型根據(jù)不同環(huán)境因素(ENV)

、

城市形態(tài)(FORM)和密度(DEN)，應(yīng)用約束性元胞自動機(CA)模型，

考慮城市土地分配1995-2005ΔG

y

=

x

δxy

(FORM

)

x

δxy

(ENV)xtx

exp(一

)

x

wi

(1

一

ENVixy

)kΣ

DenxyxyeΩN=

Denmaxπ

ξ2ΔG

yxtΔG

yxt約束性元胞自動機(CA)

可持續(xù)發(fā)展城市規(guī)劃模型系列

-

應(yīng)用(b)

評估(a)

通過規(guī)劃模擬1993-2005

基線增長(c)

規(guī)劃替代方案測試(What-If?)決策自學(xué)習(xí)的人工智能（機器學(xué)習(xí)）學(xué)習(xí)知識觀察知識信息

數(shù)據(jù)

Case

Based

Reasoning

(CBR)

Cycle

基于案例推理的專家系統(tǒng)RE

U

S

E重用ConfirmedSolution決定采用的解決辦法ProposedSolution建議的解決辦法RETRIEVE索取

Case-BaseLibrary案例庫RETAIN保存Problem新問題REVISE修訂Resultoftheapplication案例庫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修訂

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

評估結(jié)果生成式人工智能(Generative

AI)在規(guī)劃的應(yīng)用恢復(fù)草圖生成器AutoCAD設(shè)計輸入文件

(左)和MasterplanGAN生

成的輸出文件

(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.渲染結(jié)果鑒別器MasterplanGAN:促進城市

總體規(guī)劃的智能渲染原始草圖目標結(jié)果生成器鑒別器公眾參與的自然語言處理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規(guī)劃師對專家系統(tǒng)的介紹1989專家系統(tǒng)能輔助規(guī)劃嗎專家系統(tǒng)：城市規(guī)劃中的應(yīng)用環(huán)境規(guī)劃中的

專家系統(tǒng)人工智能

地理學(xué)智能規(guī)劃1993199719891990專家系統(tǒng)在城市規(guī)則中的前景1991?

城市規(guī)劃的多準則問題難以為專家系統(tǒng)的運行定義?

規(guī)劃師對城市規(guī)劃問題有不同的解決方案?

城市規(guī)劃是針對特定任務(wù)的，某些城市規(guī)劃任務(wù)被了解的很少?

人工智能系統(tǒng)不支持城市規(guī)劃中的“跳出框框的創(chuàng)新思維

”?人工智能系統(tǒng)解決城市規(guī)劃問題的眾多“規(guī)則

”仍然不清楚或存在沖突1989