一個智能的城市到底長什么樣?是交通零擁堵、速度快,還是空氣質(zhì)量好、無污染?盡管,目前距離實現(xiàn)真正的智能城市還有很多問題需要攻克,但這些”城市病“并非頑固不可消解。前沿的科技力量正在強(qiáng)勢登上城市舞臺,人工智能和大數(shù)據(jù)席卷各行各業(yè)的同時,人們的生活也在不斷發(fā)生改變。
近期,微軟亞洲研究院的資深研究員鄭宇博士亮相由創(chuàng)客星球主辦的節(jié)目《未來簡說》,為大家講述人工智能和大數(shù)據(jù)的城市應(yīng)用,看城市計算如何幫助我們理清城市的前世、今生和未來。本文轉(zhuǎn)載自公眾號“創(chuàng)客星球”。
眾所周知,我們城市化的進(jìn)展給我們帶來了現(xiàn)代化的生活,但是也帶來很多的問題:交通的擁堵,環(huán)境的惡化,能耗的增加。要解決這樣的問題,在很多年前看似幾乎不可能,因為這個城市的設(shè)置非常復(fù)雜,牽一發(fā)而動全身。現(xiàn)在,我們有了各種各樣的大數(shù)據(jù):從社交媒體到交通流量,從氣象信息到地理信息;另外一方面,我們也有了強(qiáng)大的計算平臺和智能算法。基于這樣一個挑戰(zhàn)和機(jī)遇,我們在2008年提出了城市計算這樣一個愿景:用大數(shù)據(jù)和人工智能把我們每一個階段都理清楚:通過理解、洞察歷史,來合理地配置資源;通過掌控現(xiàn)狀,來高效穩(wěn)定地運(yùn)營城市;通過預(yù)測未來,來幫助我們?nèi)Q策,指導(dǎo)未來的規(guī)劃,來解決城市里面的交通擁堵、環(huán)境惡化、規(guī)劃落后等問題。
城市的前世:規(guī)劃問題
首先我們來看一下城市的前世,也就是它的規(guī)劃問題。當(dāng)我們堵在路上的時候,很多同學(xué)們都會想,這個城市的道路是不是規(guī)劃的有問題,能不能有更合理的規(guī)劃,帶來更通暢的交通?第二,我們修了一些道路和地鐵站之后,這對我們的交通到底有幫助嗎? 兩個區(qū)域之間可以有很多道路聯(lián)通,某一條道路上的擁堵只是一個表征現(xiàn)象,而真正的原因是因為人們有巨大的出行需求,從區(qū)域A到區(qū)域B去完成某些任務(wù),比如看病、買東西、娛樂等,而這兩個區(qū)域之間的道路的聯(lián)通和承載能力,不足以支撐這樣一個需求。 因此我們不能說,如果一個地方擁堵我們就去拓寬那個道路,這是“頭痛醫(yī)頭,腳痛醫(yī)腳”,沒有抓住問題的本質(zhì)。進(jìn)一步我們也不能僅僅根據(jù)一天的數(shù)據(jù)就去下斷言,因為很可能某一條道路在某一天的擁堵,只是因為偶爾的交通事故帶來的,并不是真正的規(guī)劃原因。但是,如果一個問題頻繁地在數(shù)據(jù)中多次出現(xiàn),那很可能就是規(guī)劃帶來的問題。我們再來看一看自行車道的規(guī)劃。自行車道在很多年前似乎漸漸已經(jīng)被人遺忘,但是現(xiàn)在隨著共享單車的出現(xiàn),我們對自行車的騎行需求又重新回來了。首先,我們的空間是有限的,每條道路一旦規(guī)劃了一條自行車道,就會少一條機(jī)動車道;第二,我們希望修建的自行車道能夠為更多的人提供服務(wù),而不是只為一個人提供服務(wù);第三,我們希望自行車道路在修建的過程中局部是連接的,可以讓我連續(xù)地騎行。這三個約束讓自行車道的規(guī)劃是個很難的問題。
幸好共享單車不光給我們帶來的騎行的需求,也給我們帶來了用戶真實騎行的數(shù)據(jù)。利用大數(shù)據(jù)和人工智能的技術(shù),政府只需要告訴我們在多少個區(qū)域修建總長度為多少公里的自行車道,我們就可以自動地規(guī)劃和設(shè)計這個道路,而最終發(fā)現(xiàn)這些自行車道都是圍繞與地鐵站為核心而展開的規(guī)劃,證明了它有一定的合理性。
城市的今生:掌握現(xiàn)狀
看完前世后再看看城市的今生,也就是要掌控現(xiàn)狀,才能保證城市的高效穩(wěn)定的運(yùn)行和維護(hù)。說到交通就不得不說出租車,你們可能也覺得在某一個時間段總希望車能夠更多一點,但是一個出租車在被使用的過程當(dāng)中經(jīng)常有2-3的空位,于是乎大家就會想到拼車。在保證大家能夠準(zhǔn)時到達(dá)目的地的前提下,用戶拼的程度越多,付的費用越少,而司機(jī)賺的利潤更高,同時也更環(huán)保。這里面有諸多約束是非常非常難的問題,而且有巨大迸發(fā)量。
我們不要求不同用戶的起點和終點一致,也不要求一個用戶下車之后另一個用戶才能上車。通過仿真環(huán)境的測試,如果北京用這樣的一個系統(tǒng)一年可節(jié)約1.5億升的油,大概夠一百萬輛車跑一個半月,同時能夠減排2400萬噸二氧化碳,還能讓整個出租車的運(yùn)營效率提高三倍,而且司機(jī)的收益更高,乘客的費用要更低。這也是一個能夠為政府、乘客和司機(jī)帶來三贏的一個城市計算案例。
中國正經(jīng)歷空氣污染帶來的陣痛
我再講一個跟每個人都息息相關(guān)的案例,中國正在經(jīng)歷著空氣污染帶來的陣痛,這個跟很多發(fā)展中國家是一樣的,政府已經(jīng)意識到這個問題的嚴(yán)重性,因此在很多的城市里面,布局了空氣質(zhì)量監(jiān)測站點。但檢測站點價格非常昂貴,一個國產(chǎn)站點將近要人民幣一百萬,進(jìn)口站點大概要兩百萬,一個超級子站監(jiān)控12種污染物大概要1200萬,所以這樣的站點不可能在城市每個角落都去建。但城市里面的空氣是極度不均勻的,在同一時刻,不同站點的空氣質(zhì)量讀數(shù)差異可以非常之大,因為空氣質(zhì)量受很多復(fù)雜因素的影響。
我們就用大數(shù)據(jù)和人工智能的方法,把空氣質(zhì)量、交通信息、氣象條件、地理條件等信息用到一個細(xì)粒度模型計算里面。一旦把這個模型學(xué)習(xí)好就可以用到別的空地,即便那個地方?jīng)]有空氣質(zhì)量站點,也可以用剛剛的模型把整個城市的空氣質(zhì)量給算出來。
這樣不僅為城市節(jié)約了很多的資源,還可以通過分析空氣質(zhì)量變壞的過程,得知污染源從哪傳向哪,幫助政府去鎖定污染源的傳播路線。所以這個工作不僅僅只是節(jié)約了一個成本的問題,也是幫助我們?nèi)プ匪菸廴驹础?/p>
城市預(yù)測讓生活更加安全
講完了前世和今生,自然要說說未來。首先說一個整個城市的人流量預(yù)測,也就是不同區(qū)域中有多少人進(jìn)出,我們很自豪地在貴陽市落地了第一個城市人流的預(yù)測系統(tǒng)。
我們把貴陽市分成一公里乘一公里的格子,去預(yù)測每一個格子里面未來會有多少出租車進(jìn)、出。并不是說出租車可以代表人流,但可以用這種數(shù)據(jù)來證明方法的有效性。如果把這個數(shù)據(jù)換成手機(jī)信號數(shù)據(jù),就能知道有多少人進(jìn)、出這個區(qū)域。
因此它是一個非常通用的人工智能模型,能夠?qū)ξ覀兊某鞘邪踩芸赜懈玫膸椭?。你在上地鐵的時候,我告訴你那邊可能會很危險,你可能會改變你的行程。所以我們知道不同地域人之間的轉(zhuǎn)移,以及人從哪里來、去哪里。這就是對城市未來幾個小時的短期的預(yù)測,跟我們的公共安全和物流息息相關(guān)。
我們今天從大數(shù)據(jù)和人工智能的角度,看城市計算如何幫助我們理清城市的前世、今生和未來。最后,城市計算還需要管理者跟數(shù)據(jù)科學(xué)家的對接,形成一個環(huán)路來推動整個城市螺旋式地上升。城市計算讓我們擁有更合理的規(guī)劃,更通暢的交通,更高效的物流,更清新的空氣,最后帶來更智能的城市。
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