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用大數(shù)據(jù)城市規(guī)劃可以變得更好

2016-05-27

用大數(shù)據(jù)城市規(guī)劃可以變得更好

全球城市迅速發(fā)展，這種快速增長帶來了諸多涉及不同城市層面的挑戰(zhàn)。在人口統(tǒng)計學(xué)方面，我們正面臨著許多跟人口遷徙和老齡有關(guān)的問題。在土地利用方面，我們面臨著一個巨大的挑戰(zhàn)：如何在高密度人口和肆意擴張的城市解決擁擠問題，以及我們?nèi)绾谓鉀Q隔離，從而能夠減少不平等和剝削。資源的有效性方面的是我們?nèi)绾胃咝页掷m(xù)地使用能源。交通運輸部門在所有出行方式的基礎(chǔ)設(shè)施中、污染、噪音和事故的增長水平中，面臨著巨大考驗。加上剛剛提到的挑戰(zhàn)的復(fù)雜度，他們也跨越了不同時空尺度。

城市規(guī)劃者需要通過各種工具，以某種方式處理這些問題。這些工具之一就是所謂的土地使用傳輸交互(LUTi)模型。這是一個真正的系列模式，旨在評估城市通過相互作用的三個主要因素：人口、土地使用和運輸服務(wù)，如何在長期的基礎(chǔ)上(通常是30-50年的階段)發(fā)展。在LUTi模型所處理的許多過程中，最主要的是土地利用系統(tǒng)對交通系統(tǒng)信息的反饋和相互作用，反之亦然。這一方面反映了土地利用方式對移動模式和運輸基礎(chǔ)設(shè)施演變的影響，另一方面揭示了交通系統(tǒng)是如何影響城市形式的發(fā)展和人們?nèi)绾螐氖赂鞣N土地利用活動。典型的評估和規(guī)劃使用這個系列的模型;其中包括周圍交通基礎(chǔ)設(shè)施改變帶來影響的評估，比如，兩個地區(qū)之間的一條新鐵路;或在該區(qū)域建立一個新的開發(fā)，比如，一個新的工業(yè)園。這將包括通常由工業(yè)分支的經(jīng)濟影響(區(qū)域和/或國家)，以及家庭、人口(按類型)和額外的工作對每個建模領(lǐng)域數(shù)量上形形色色的數(shù)據(jù)預(yù)測。

為了更好地了解城市的模型在不久的將來可能走向何方，我們將首先看一看它們從何而來以及他們?nèi)绾谓?jīng)過多年的演變(韋格納，2010)。

歷史背景

LUTi模型的第一次浪涌出現(xiàn)在20世紀60年代的美國，一直持續(xù)到20世紀70年代中期。伴隨著第一系列城市模型的主要困難是由李先生1973年在他的《安魂曲》中的文章《大規(guī)模模型》中提出的。他列出這個時期模式的“七宗罪”：高綜合性、粗劣、荒漠、固執(zhí)、復(fù)雜性、機械性和高價。這是那個時代的修辭，由于數(shù)據(jù)和計算機資源的限制，本質(zhì)上這些模型與知識分子和有效預(yù)測的政策需要不匹配，并且難以實施。難怪這類城市模型或多或少在20世紀70年代和20世紀80年代期間被遺棄。然而，20世紀90年代，計算的發(fā)展、地理信息系統(tǒng)(GIS)的出現(xiàn)和更優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)，激起第二輪城市模型的涌動。通過進一步分類分區(qū)組成部分和人口以及就業(yè)群體使用社會經(jīng)濟的屬性，新模型得以發(fā)展。新的建模技術(shù)探討了例如離散選擇理論和基于代理的建模。另一個重要因素是可視化，它可以使結(jié)果被更廣泛的觀眾理解，也因此更加清晰。特別地，規(guī)劃支持系統(tǒng)(PSS)對于規(guī)劃工作者而言提供更好的可用性。在美國和歐盟，通過倡導(dǎo)這些改進的具體措施獲得進一步支持，這意味著許多模型最終會被應(yīng)用于越來越多的城市。

近幾年也許是最重要的進展是已采用新的建模方法——其中基于活動的建模和微觀交通模型尤其令人興奮。同時我們圍繞模型發(fā)展而不斷發(fā)展的知識，繼續(xù)挑戰(zhàn)著模型計算的極限，這意味著在并行處理運行模型上，我們也找到了一個上升的趨勢。簡而言之，將這種模型中的純粹計算量，與子模型到其他子模型的不斷反饋循環(huán)相結(jié)合，多模型以新的方式集成在一起。

大數(shù)據(jù)和城市模型-EUNOIA項目

可以理解的是，從非常規(guī)資源中獲得與城市規(guī)劃相關(guān)信息的大數(shù)據(jù)時代開始，城市綜合模型已來到聚光燈下?；诒姲臄?shù)據(jù)、遙感、在線社交網(wǎng)絡(luò)、智能交通票務(wù)、手機使用情況和信用卡交易有一個共同點：它們都包含地理定位信息。因此，我們正從結(jié)構(gòu)化的、靜態(tài)的、人口和經(jīng)濟活動數(shù)據(jù)(例如，普查數(shù)據(jù))轉(zhuǎn)移到非結(jié)構(gòu)化的、能夠為城市動態(tài)提供新見解的動態(tài)數(shù)據(jù)。

圖1. 典型的倫敦公共交通服務(wù)工作日早上8:30的一個快照。顏色編碼的旅行風(fēng)格：綠色的鐵路服務(wù)，紅色的巴士服務(wù)，黃色的巴士服務(wù)(更大區(qū)間的巴士服務(wù))，紫色的地鐵服務(wù)和藍色的渡輪服務(wù)

雖然數(shù)據(jù)的潛力巨大，但它也伴隨著許多障礙。我們有更多的數(shù)據(jù)，但通常對美國的決策和城市用戶的行為解釋力低。另一個與作為城市模范的我們非常相關(guān)，且與這些數(shù)據(jù)類型相關(guān)的重要問題是其在我們案例研究領(lǐng)域中的“代表性”。在這個意義上，我們剛剛開始學(xué)習(xí)如何應(yīng)對這個巨大的模型轉(zhuǎn)變。在過去，城市模型中使用的人口數(shù)據(jù)中的行為模式，由1%的人口抽樣調(diào)查(或類似的值)推斷而出。從這些新數(shù)據(jù)集，我們現(xiàn)在有更高的覆蓋率，達到40%或50%的人口，但此示例的大小往往是以素質(zhì)低、有噪音的或帶有偏見的數(shù)據(jù)為代價。數(shù)據(jù)挖掘和混合多源數(shù)據(jù)的能力正在偏見和不一致的識別中變得越來越重要，這些不一致的可以是非常龐大的數(shù)據(jù)集，其中數(shù)以億計的記錄是家常便飯。計算科學(xué)使我們能夠更快地處理數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)挖掘的新統(tǒng)計學(xué)因其統(tǒng)計分析變得至關(guān)重要。

為了讓事情更復(fù)雜，我們可以收集并使用所有這些數(shù)據(jù)的類似技術(shù)有一個更重要的影響：研究表明，ICT(信息和通信技術(shù))正在改變著我們的生活方式?；蛘?，換句話說，我們各種目的(工作、購物、休閑或教育等等)的日?；顒佣际艿搅薎CT與環(huán)境交互方式的影響，不僅在我們規(guī)劃它們的方式上，而且也在我們與它們進行互動和體驗的形式上。城市模型在捕捉這些行為的變化中面臨著一大挑戰(zhàn)。

EUNOIA是一個歐洲科研項目，探討如何可以整合、分析和可視化來自大數(shù)據(jù)和智能城市運動的大環(huán)境中可行的多源數(shù)據(jù)(包括來自智能卡、手機的使用痕跡、在線社交網(wǎng)絡(luò)或信用卡，以及其他的數(shù)據(jù))，從而理解城市中的流動和位置模式。新的數(shù)據(jù)源不僅可以用來取代或增強傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集方法，還可以了解和促進新建模方法的發(fā)展。這些反過來又可以支持研究人員和專業(yè)從業(yè)人員對于城市用戶如何在城市中居住和遷移有新的洞悉。手機數(shù)據(jù)可用于獲取比傳統(tǒng)家庭旅行調(diào)查更低的成本的起始點出行分布矩陣，也可以用于配合調(diào)查，提供豐富的數(shù)據(jù)池。信用卡使用中的數(shù)據(jù)提供了非常豐富的遍及整個城市支出流動的信息，可以用來制定、校準和驗證零售地點模型。在線社交網(wǎng)絡(luò)可以用來研究社會互動在移動性中的作用。這份名單是無止境的，它的探索仍然是一個大范圍的未知領(lǐng)域。

EUNOIA項目正在考察這些事務(wù)和其他問題，并且開發(fā)以改進模型為目的并將其一體化為大規(guī)模的、最先進藝術(shù)的城市仿真工具，如基于代理的運輸仿真框架材料模擬或更多聚合LUTi框架擬像。該項目還旨在開發(fā)用戶友好型的視覺界面和數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式，使分析推理和仿真結(jié)果的解釋成為可能。在規(guī)劃部門和來自三個城市(巴塞羅那、倫敦和蘇黎世)參與該項目的移動利益攸關(guān)方合作中定義的若干案例研究，旨在評估新開發(fā)的工具解決有關(guān)政策問題的潛力，比如在倫敦和巴塞羅那規(guī)劃和運營自行車分享系統(tǒng)。

總結(jié)語

城市規(guī)劃模型，已經(jīng)成為規(guī)劃師解決各地城市諸多發(fā)展問題的一個有用工具。這些模型現(xiàn)在都已經(jīng)使用了40多年，也就是說它們經(jīng)歷了多次重新評估來提高其精確度。即使如此，城市模型仍然面臨許多挑戰(zhàn)。在這里我們強調(diào)其中的四點：第一，城市模型需要更多的計算機處理能力，特別是運輸模型。讓各種模型在短時間內(nèi)實現(xiàn)快速而有效的運行。第二，可視化界面表明，LUTi模型的結(jié)果仍有很多上升空間。需要更具互動性和全面的工具來理解這些要執(zhí)行的結(jié)果，從而幫助醫(yī)生和其他利益有關(guān)者。第三，在動態(tài)與靜態(tài)模型實現(xiàn)概念有關(guān)的建模社區(qū)中，已經(jīng)存在著一些討論。就如Ying和Wegener討論，這是一個極具挑戰(zhàn)性的課題，因為它指出了模型設(shè)計的核心，那就是更好地捕捉這個平衡最有可能不斷變化的世界。最后，與我們目前研究的EUNOIA項目現(xiàn)狀也許最相關(guān)的是，我們需要找出是否有更多的代表性樣本，比如來自大數(shù)據(jù)的樣本，在城市建模發(fā)展中發(fā)揮潛在作用。我們相信任何領(lǐng)域的重要突破，將使城市規(guī)劃者能從更好的立場出發(fā)，以應(yīng)對城市目前正面臨的許多挑戰(zhàn)。

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