無論(lun)從人(ren)口規模、土(tu)地面積還是(shi)城市(shi)功能來(lai)看(kan),北上廣已(yi)位列當之無愧的(de)三座世界級特大型城市(shi)。單上海地鐵突破1000萬次(ci)的(de)日均客流(liu)量,就足(zu)以(yi)令人(ren)咋(za)舌(she)。
城(cheng)市(shi)(shi)化(hua)進程(cheng)構建了(le)高聳(song)入云的建筑(zhu)和隨(sui)處可見的商場,也帶(dai)來了(le)如織的人流和擁擠的交通。隨(sui)著(zhu)大(da)數據、云計算和人工智(zhi)能的綜合運用,市(shi)(shi)場規模千億元級的智(zhi)慧(hui)交通成為(wei)智(zhi)慧(hui)城(cheng)市(shi)(shi)的一(yi)項核心板(ban)塊,而(er)一(yi)座(zuo)城(cheng)市(shi)(shi)的毛細血管——道路(lu)交通正在(zai)以(yi)新的方式被不斷(duan)激(ji)活。如何更智(zhi)能化(hua)、精細化(hua)地規劃(hua)與管理一(yi)座(zuo)城(cheng)市(shi)(shi)?
突破經驗主義
對于(yu)管理者而(er)言,城(cheng)(cheng)市(shi)規劃及管理是一(yi)項多學科交叉的(de)高難(nan)度工(gong)作。而(er)對于(yu)居(ju)住者來說,城(cheng)(cheng)市(shi)系統或(huo)許比想象的(de)還要更復雜(za)。
微軟亞洲研究院(yuan)城市計算(suan)負(fu)責人鄭(zheng)宇博士給《21CBR》記者打了個比方。
圍棋棋盤(pan)由縱橫各19道線形成(cheng),共有(you)361個交叉(cha)點,每(mei)個點有(you)黑(hei)子、白子和空著(zhu)不擺子三(san)種狀態,就能(neng)衍生出(chu)千萬(wan)(wan)種棋局。和情況(kuang)更為復(fu)雜的城市交通比(bi)起來,AlphaGo 面對(dui)的問題可(ke)能(neng)是“小巫(wu)見大巫(wu)”了。因為,國內中大型城市的道路數以(yi)(yi)千計,如果將城市中的每(mei)個十字(zi)路口都比(bi)作一個點,“城市棋盤(pan)”的點數足可(ke)達(da)到十萬(wan)(wan)級(ji)別以(yi)(yi)上。
對于每日穿梭在各個點(dian)之間的都(dou)市人群,最(zui)關(guan)心的出行問題(ti)是堵車。智慧(hui)交通需要從城市運轉的中心大腦一路(lu)延伸至神經末(mo)端,才能讓一座(zuo)城市流動起來。
將宏大的(de)智能交通(tong)項(xiang)目落實到一座城市的(de)某個十字路口(kou),具(ju)體包(bao)含哪些要素?
視(shi)頻監控產品及解決方(fang)案供應商宇視(shi)科技的首席架構師(shi)姚華告訴《21CBR》記(ji)者,相關部(bu)門出臺了在業內被稱為“19項(xiang)標準”的部(bu)署(shu)細則,比如通常正反方(fang)向(xiang)各需要一(yi)臺攝(she)像機(ji),補光燈和爆(bao)閃燈則是標配。此外,所有路(lu)口都設有網絡機(ji)箱、信號控制機(ji)和流(liu)量傳感器,部(bu)分路(lu)口甚(shen)至需要不間斷電源。
2016年4月,福州(zhou)啟用了宇視科技的(de)(de)智能交(jiao)通整(zheng)體解決方案,對(dui)全市(shi)309個路口(kou)實(shi)行覆蓋前中后端的(de)(de)一(yi)體化(hua)管理。以核心的(de)(de)監控攝像(xiang)頭(tou)為例,從早期的(de)(de)200萬(wan)像(xiang)素到(dao)常用的(de)(de)300萬(wan)-700萬(wan)像(xiang)素,具體部署(shu)時(shi)如(ru)何選(xuan)擇(ze)型號,大有講究。
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圖:緊鄰紅燈的就是球形攝像機,部署于8米高的燈桿上,行車或行走路過抬頭很容易觀察到它的身影
比如,對于路(lu)面較寬(kuan)的單(dan)向4-6車道,往往需要在前端(duan)配(pei)備(bei)兩(liang)臺900萬(wan)像素的高清設(she)備(bei),數(shu)據源源不斷地傳(chuan)輸至后端(duan),再通過在指揮中(zhong)心建立大數(shu)據平臺和(he)相(xiang)應的傳(chuan)輸、存(cun)儲和(he)顯示配(pei)置,實(shi)現交通業務的外部呈現和(he)表達。
實際(ji)運作起(qi)來,這套(tao)系統每日產生700萬條過車數據,福州(zhou)交警(jing)一(yi)(yi)個月(yue)內處理了3950輛涉及闖(chuang)紅燈、超速等(deng)違(wei)法行(xing)為的車輛。前(qian)端攝像(xiang)頭智能(neng)識別、自(zi)動抓拍并一(yi)(yi)路(lu)追蹤(zong)違(wei)法車輛的軌跡,后臺則在比對復合(he)后自(zi)動開出罰單。對于套(tao)牌等(deng)行(xing)為,系統還會進入車牌庫(ku)進行(xing)二次比對。一(yi)(yi)線交管(guan)的力量則集中用于酒駕等(deng)突發事件,取證更嚴謹了,大量的人力卻因此可以解放(fang)出來。
智(zhi)能化(hua)出現以前,各地交管的治(zhi)理方(fang)式可(ke)以被歸結為“經驗主義”。得益(yi)于2002年全(quan)國交通信息化(hua)工作的啟動開展,一線(xian)交警通過(guo)大(da)屏指揮中心等(deng)方(fang)式監控到城市(shi)擁(yong)堵(du)情(qing)況,就會立即加大(da)一線(xian)人手派出,強化(hua)車輛疏(shu)導,同(tong)時對(dui)特定擁(yong)堵(du)路段進行(xing)紅綠(lv)燈次控制,比如,將綠(lv)燈間(jian)隔的長度延長1分(fen)鐘。
這(zhe)樣的(de)做法常(chang)常(chang)是(shi)(shi)有(you)效、可控的(de),因為在大部分時間段(duan)里,每(mei)座城市的(de)交通流量“其實是(shi)(shi)相(xiang)對固定的(de)”,姚華介紹,“每(mei)個交警都有(you)自(zi)己的(de)現實管理經驗。”
但是,經驗在(zai)某(mou)些(xie)時刻(ke)未必能發揮作用(yong),比如,向來(lai)缺少(shao)降雨(yu)的北京市(shi),在(zai)2016年7月(yue)遇到(dao)降水量(liang)達200毫(hao)米以(yi)上(shang)的特大暴雨(yu),哪些(xie)地方會在(zai)什么時間點(dian)出現道路積水,影(ying)響交通(tong)正常運(yun)作?這些(xie)問(wen)題(ti)足(zu)以(yi)問(wen)倒任何一個城市(shi)管(guan)理者。
又如,周(zhou)(zhou)杰(jie)倫(lun)在(zai)廣州舉辦演(yan)唱會(hui)(hui),會(hui)(hui)對體育館(guan)周(zhou)(zhou)邊的交(jiao)通造成什么影響(xiang)?姚華(hua)表示,業內太(tai)缺(que)少這樣(yang)的特殊樣(yang)本積累,理論(lun)上,需(xu)要周(zhou)(zhou)杰(jie)倫(lun)連續來(lai)三(san)年(nian),才能(neng)在(zai)第(di)四年(nian)提前做出(chu)預測(ce)。“因為周(zhou)(zhou)杰(jie)倫(lun)與(yu)李宗盛(演(yan)唱會(hui)(hui))對交(jiao)通的影響(xiang),又是(shi)不盡相同的。”
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圖 海口長堤路愛力大廈下午和夜間拍攝實景,實現路口實況查看和交通疏導,由宇視30倍高清監控球機抓拍
目前,宇視(shi)科(ke)技的兩個主要交(jiao)通(tong)業(ye)務模塊(kuai)——違法違章處理和(he)(he)流(liu)量(liang)控制管(guan)理,在(zai)收入端呈(cheng)現7:3左右的比例。鑒于深度學習和(he)(he)機(ji)器視(shi)覺近年來的爆(bao)發(fa)式突破和(he)(he)增(zeng)長,國內智慧交(jiao)通(tong)在(zai)車(che)輛及行人(ren)管(guan)理上成(cheng)效顯著,形成(cheng)了實時監控、全面取證、智慧研判等一整套常規作業(ye)流(liu)程。不過,姚華(hua)也坦(tan)言,現階段仍有(you)交(jiao)通(tong)流(liu)量(liang)的預測管(guan)理等諸多難題尚未(wei)被解決。
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圖 福州市大規模部署宇視設備,實現大數據落地和實戰應用,左上為8米高的桿位上部署的卡口攝像機(室外前端),右上為數據中心內的大數據服務器(室內后端)
開放公共數據
2008年,微軟亞洲研究(jiu)院設立(li)城市(shi)計算研究(jiu)方向,由鄭宇博(bo)士擔任負責人。團(tuan)隊的主要工作是(shi)通過對城市(shi)大數據(ju)的融合(he)與分析,解(jie)決城市(shi)交(jiao)通、市(shi)政(zheng)規劃、能源環境中面臨的問題,并為環保部(bu)和上海、貴陽、福州、成都等地(di)方政(zheng)府部(bu)門提供咨(zi)詢(xun)服務。
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圖:平安城市和智能交通中建設中的卡口和非現場執法設備,它們已經不僅僅是普通的監控攝像機,而是大數據和人工智能 的前端采集。采集信息包括人車物的各種數據化特征,甚至還包含溫濕度、噪音和PM值。
鄭宇表示,微軟的方向很明確,不是花(hua)時間討論(lun)智慧城市的概念和(he)標準,而(er)是用計算(suan)機知識和(he)人工智能(neng)技術,解決(jue)城市里實際面臨(lin)的各(ge)種(zhong)問題。
城市計(ji)算是(shi)(shi)一(yi)(yi)(yi)門(men)融合(he)計(ji)算機與城市規(gui)劃(hua)等專業的(de)(de)新(xin)興交(jiao)叉(cha)學(xue)科,與純圖像、語(yu)言處理相比,屬(shu)于(yu)典(dian)型(xing)的(de)(de)“多(duo)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)多(duo)任(ren)務”。面對大到(dao)全市生產總值(zhi),小到(dao)一(yi)(yi)(yi)間雜貨鋪每日用(yong)電量(liang)的(de)(de)海量(liang)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju),研究(jiu)者(zhe)一(yi)(yi)(yi)開(kai)始(shi)就容易陷入一(yi)(yi)(yi)個巨大的(de)(de)疑問:如何(he)知道(dao)哪些數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)能為我所用(yong)?鄭(zheng)宇(yu)坦(tan)言:“很多(duo)學(xue)生做完了項(xiang)(xiang)目A,到(dao)了項(xiang)(xiang)目B 還是(shi)(shi)不知道(dao)怎么開(kai)始(shi),需(xu)要(yao)具備很強的(de)(de)演化推理能力(li)。”獲得這一(yi)(yi)(yi)能力(li)的(de)(de)門(men)檻不低,既要(yao)懂得機器學(xue)習、數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)挖(wa)掘和(he)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)可視(shi)化等技術,又要(yao)掌握一(yi)(yi)(yi)定的(de)(de)交(jiao)通、環境等領域(yu)知識。培養出這樣一(yi)(yi)(yi)個行業稀(xi)缺的(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)科學(xue)家,在(zai)鄭(zheng)宇(yu)看來(lai)至(zhi)少需(xu)要(yao)7-10年,與微軟合(he)作的(de)(de)紐約(yue)(yue)大學(xue)于(yu)2013年8月專門(men)開(kai)設了城市信息(xi)學(xue)的(de)(de)碩士專業,時(shi)任(ren)紐約(yue)(yue)市長的(de)(de)布隆(long)伯格親自揭(jie)牌歡迎(ying)新(xin)生入學(xue)。要(yao)用(yong)好(hao)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju),首先必須懂得數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)。比如,一(yi)(yi)(yi)間本(ben)地商(shang)場屬(shu)于(yu)時(shi)空(kong)不變的(de)(de)靜態點(dian)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju),城市路網則(ze)是(shi)(shi)靜態網絡結(jie)構數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju),單車騎(qi)行軌跡(ji)則(ze)是(shi)(shi)最復(fu)雜卻(que)最有價值(zhi)的(de)(de)動(dong)態點(dian)數(shu)(shu)據(ju)(ju)(ju)(ju)——時(shi)間和(he)空(kong)間都有變化,且點(dian)和(he)點(dian)之間關系連續。
城市(shi)問題的(de)(de)數(shu)據(ju)特征屬(shu)于(yu)典(dian)型的(de)(de)“多源異構”,大量跨領(ling)域(yu)、跨特征、結(jie)構不統(tong)一的(de)(de)時空數(shu)據(ju),在(zai)政府系統(tong)內通(tong)常涉及(ji)多個部(bu)門(men),對數(shu)據(ju)的(de)(de)質量要(yao)求(qiu)又(you)高(gao),獲(huo)取難度可(ke)想而知。美國紐約(yue)曾(ceng)為此頒(ban)布了《紐約(yue)市(shi)開放(fang)數(shu)據(ju)法(fa)案(an)》,要(yao)求(qiu)各部(bu)門(men)打破壁(bi)壘(lei),建(jian)立公共(gong)數(shu)據(ju)開放(fang)平(ping)臺。
貴陽在國內率先(xian)提出城市大數(shu)(shu)據(ju)(ju)開(kai)放平(ping)臺的計劃。2016年(nian),鄭(zheng)宇主持了該數(shu)(shu)據(ju)(ju)平(ping)臺的設(she)計和實(shi)施(shi)。2017年(nian)1月,上(shang)述平(ping)臺開(kai)始試運(yun)行。截至(zhi)目前,平(ping)臺上(shang)可以瀏覽、下載到535萬條數(shu)(shu)據(ju)(ju),涉及51個部門的1180個數(shu)(shu)據(ju)(ju)資源。比如,市交管局提供闖(chuang)紅(hong)燈(deng)設(she)備路口點位(wei)表,市交通委則發布市區(qu)加油站(zhan)的分布情況(kuang)。城市計算組(zu)后來(lai)還開(kai)發出一款(kuan)基于出租(zu)車數(shu)(shu)據(ju)(ju)的實(shi)時大人流(liu)預測系統。
同時(shi),各地也(ye)紛(fen)紛(fen)開(kai)始行(xing)動。2016年下半年,摩(mo)拜單(dan)車的公司注(zhu)冊地——上海徐匯區(qu)(qu)政府(fu)牽頭微(wei)軟和(he)摩(mo)拜,開(kai)展基(ji)于(yu)大(da)數(shu)據的自行(xing)車道(dao)規劃工(gong)作,并(bing)給出(chu)了(le)實際場景及問題:為轄區(qu)(qu)內的5個片區(qu)(qu)建(jian)設30公里(li)的自行(xing)車道(dao)。建(jian)設經費和(he)土地資源(yuan)是有(you)限的,同時(shi),自行(xing)車道(dao)作為一項公共資源(yuan),必(bi)須盡可能服(fu)務更多的人,并(bing)在有(you)限區(qu)(qu)域內相連分布,便于(yu)施工(gong)和(he)后(hou)續管理。
基于1萬多名摩拜用戶一(yi)個月的(de)20多萬條騎行(xing)軌跡,鄭宇團隊開發設計了一(yi)套軟(ruan)件系統(tong)(tong),輸(shu)入修路預算和對(dui)應(ying)的(de)修建(jian)里程數(shu),系統(tong)(tong)就會自(zi)動(dong)生成(cheng)在徐(xu)匯區(qu)內(nei)的(de)車(che)道規劃路線建(jian)議。徐(xu)匯區(qu)一(yi)方面(mian)聯合上海(hai)市規劃院(yuan),試圖在全(quan)市范圍內(nei)推廣,另一(yi)面(mian)與微(wei)軟(ruan)方面(mian)的(de)第二(er)階(jie)段合作也已悄然啟動(dong)。
市民或許更想了解的是,系統生成的路線規劃是否切實符合實際使用需要,車道建成后,會因為大量流量涌入而產生新的擁堵嗎?鄭宇解釋,整體業務邏輯并非地圖類App 通常給出的“推薦行車路線”,而是聚合多人的實際騎行數據,找出覆蓋最多行駛人數的線路。試想一下,對于一條特定路線,隨著騎行長度的持續增加,走同樣路線的人數通常會相應減少。因此,對于每一個都市通勤的個體,規劃路線或許都不意味著“家到單位”之間的兩端最短線路。但對群體而言,道路的實際效用將獲得最大化的滿足。
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圖 杭州白馬湖動漫節的安保,實現3D實況貼圖(上)和高空全景漫游(下)
試驗人流預測
也有(you)業(ye)內人士認為,相比城(cheng)市管理(li)(li)者掌管的(de)(de)海(hai)量(liang)數據,中國(guo)互聯網界的(de)(de)BAT 和(he)獨角獸們在(zai)數據優勢方面漸(jian)漸(jian)后來(lai)居上。這(zhe)些公司手中握有(you)大量(liang)的(de)(de)定位、消費、支付等(deng)數據,在(zai)城(cheng)市管理(li)(li)領域的(de)(de)商業(ye)價(jia)值(zhi)尚未明晰,但應用潛力巨大。
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圖:上圖的前端卡口攝像機將高清照片結構化打上人車物的標簽信息,下圖為能實現數據多維碰撞的智能分析服務器
抓住用戶,就(jiu)抓住了數(shu)據。歸根結底(di),城市的核心仍在(zai)于人(ren)。
大人(ren)流監測的(de)實現也基于車(che)輛違章、智(zhi)能(neng)識(shi)別等場景的(de)機(ji)器視(shi)覺技(ji)術,業(ye)內(nei)俗稱“數人(ren)頭”。2017年1月,廣(guang)州(zhou)(zhou)火車(che)站(zhan)上線國內(nei)首個春(chun)(chun)運(yun)大數據(ju)實戰應用項目(mu),宇視(shi)科技(ji)為其部署具備(bei)人(ren)數統計功能(neng)的(de)智(zhi)能(neng)高(gao)(gao)清IP 攝像機(ji),后臺安裝CPU+GPU 混插的(de)“昆侖(lun)”高(gao)(gao)性能(neng)計算平臺,最多(duo)可并發處理2.4億大庫智(zhi)能(neng)搜(sou)索。廣(guang)州(zhou)(zhou)火車(che)站(zhan)是全國春(chun)(chun)運(yun)歷(li)年發送旅客(ke)最多(duo)的(de)車(che)站(zhan),宇視(shi)科技(ji)的(de)方案覆蓋了滯留(liu)人(ren)數最多(duo)的(de)站(zhan)前(qian)廣(guang)場區域。
廣州地區春運指揮部實時(shi)關(guan)注(zhu)著整(zheng)個火車(che)站區域(yu)的(de)(de)滯留(liu)情況,并對接廣州市教(jiao)委(wei)的(de)(de)大數(shu)據(ju)分(fen)析平臺進行比對,從而快速調整(zheng)指揮工作(zuo),防(fang)止嚴(yan)重聚集和踩踏(ta)事件(jian)的(de)(de)發生。比如(ru),當人數(shu)達到(dao)5萬時(shi),火車(che)站會(hui)啟(qi)動五級響應,并通過高鐵轉普鐵來緩解(jie)火車(che)站壓(ya)力。當人數(shu)超過10萬,則會(hui)全面組織(zhi)旅客退票。
上海外灘踩踏事件發生后,鄭宇第一時(shi)間發布微(wei)博,表示(shi)可以采用大(da)數(shu)據和(he)人工智能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方式做出預測分析。有(you)(you)網友對(dui)此(ci)不解:“都知道(dao)會(hui)有(you)(you)很多人去,還需(xu)(xu)要預測嗎(ma)?”在清(qing)華大(da)學的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)數(shu)據講座上,鄭宇進(jin)一步說明(ming),“政府(fu)需(xu)(xu)要知道(dao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)‘多’的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程(cheng)度(du)、人數(shu)達到峰(feng)值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)具體(ti)時(shi)間,甚至是(shi)每個單位時(shi)間的(de)(de)(de)(de)(de)(de)人員進(jin)出數(shu)量,才能做出決策,50萬(wan)人和(he)100萬(wan)人對(dui)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)安(an)全等級和(he)措施是(shi)完全不一樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。”
微軟方面因此提(ti)出(chu)了“城市黑洞(dong)”和“城市火山”的(de)(de)概(gai)念(nian)。“城市黑洞(dong)”是指一段時間內進入(ru)一處(chu)區域的(de)(de)人群數(shu)量遠遠大于(yu)流出(chu)數(shu)量,而“城市火山”則恰恰相反。
還是以周(zhou)杰倫開演(yan)唱(chang)會為(wei)例,演(yan)唱(chang)會開始前體育館和周(zhou)邊會形(xing)成一(yi)(yi)個(ge)黑洞,演(yan)唱(chang)會結束后,大量歌迷涌出則像(xiang)是“火山噴(pen)發”。鄭宇團(tuan)隊的研究發現,黑洞和火山的大小呈(cheng)動態變化,邊界(jie)則不固(gu)定,形(xing)成一(yi)(yi)段時(shi)間內,范(fan)圍還會逐步擴大。
2016年(nian)底,微(wei)軟亞(ya)洲(zhou)研究(jiu)院的(de)人流(liu)預(yu)(yu)測系(xi)統在貴陽市落地試驗(yan)。系(xi)統將(jiang)城市地圖(tu)分為1公里(li)×1公里(li)的(de)均勻網格(ge)(ge),再把貴陽出(chu)租車的(de)實(shi)時(shi)GPS 軌跡信息投射到網格(ge)(ge)里(li),通過預(yu)(yu)測每(mei)個(ge)格(ge)(ge)子未(wei)來有多少出(chu)租車進和出(chu),得出(chu)3-5個(ge)小時(shi)內貴陽市內以及相應每(mei)個(ge)格(ge)(ge)子所屬區(qu)域的(de)人流(liu)估計情況。系(xi)統在視(shi)覺呈現上是一個(ge)二維(wei)熱力圖(tu),顏色越紅的(de)地方代(dai)表人越多。
和交(jiao)通流(liu)量(liang)(liang)預(yu)(yu)(yu)測一樣(yang)(yang),人(ren)流(liu)預(yu)(yu)(yu)測同樣(yang)(yang)十分困難,天氣、時間都是影響因素,甚(shen)至相(xiang)隔很遠(yuan)地方(fang)的人(ren)流(liu)進(jin)出也要納入(ru)考慮。多(duo)名業內(nei)人(ren)士告訴《21CBR》記者,北(bei)京市交(jiao)管也在采用類(lei)似的方(fang)法積極探(tan)索。以公(gong)交(jiao)車、出租車的流(liu)量(liang)(liang)狀(zhuang)態來輔助預(yu)(yu)(yu)測整個城市的交(jiao)通、人(ren)流(liu)情況,成為當前這一領域的熱門(men)研究方(fang)向。中國正在建設智慧城市的道路上拼命(ming)追(zhui)趕。
姚(yao)華(hua)眼中的智慧交通(tong)與一(yi)座城市(shi)的經濟繁(fan)榮密切關聯(lian),“上(shang)了部分業務(wu)后,一(yi)些城市(shi)的交通(tong)改善了,但隨著買車(che)的人增多,擁堵情況又會出現”。
這樣的(de)螺旋(xuan)式上升在微軟(ruan)看來,貫穿城市的(de)前(qian)世、今生(sheng)和(he)(he)未來:用大數據和(he)(he)人工智能洞(dong)察歷(li)史、高效(xiao)運營和(he)(he)合理規劃,形成一個環(huan)路,最(zui)終將帶來更美好的(de)城市。