城市大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用實(shí)踐 - 從監(jiān)測到評估

1、城市大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用實(shí)踐：從監(jiān)測到評估林文棋 博士，清華大學(xué)建筑學(xué)院 副教授北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院總規(guī)劃師、技術(shù)創(chuàng)新中心主任李棟 博士，北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院技術(shù)創(chuàng)新中心常務(wù)副主任吳夢荷/蔡玉蘅/陳清凝，北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院技術(shù)創(chuàng)新中心 城市規(guī)劃師當(dāng)我們談?wù)摮鞘袝r(shí)，我們在談?wù)撌裁闯鞘兄邪l(fā)生的不確定的往往是瞬時(shí)的、突發(fā)的、上海外灘件后，多地取消了元宵燈會等各類公眾活動(dòng)，但城市的管理不能因噎廢食，通過更精細(xì)的監(jiān)測 手段，事故可以得到有效預(yù)防和控制。*圖片來源于互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)我們談?wù)摮鞘袝r(shí)，我們在談?wù)撌裁闯鞘泄δ芘渲玫氖Ш馔鶐砜臻g的結(jié)構(gòu)化不足/過剩城市功能活動(dòng)的節(jié)律性帶來空間使用的節(jié)律性，

2、空間功 能的劃分保證了有序性，但功能過度單一則放大了空間 使用的不均勻性，降低了空間資源的使用效率。通過有 效的監(jiān)測和管理手段，我們可以找到其中的平衡點(diǎn)。*圖片來源于互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)我們談?wù)摮鞘袝r(shí)，我們在談?wù)撌裁催@是許多人的早飯、午飯、晚餐、和宵夜流動(dòng)攤販的背后實(shí)則生活設(shè)施配置的缺失，城市以自發(fā) 的方式適應(yīng)著人的需求。尊重城市演化的形態(tài)，通過智 慧分析找到其中的原因并進(jìn)行管理和優(yōu)化，是推動(dòng)城市 進(jìn)步的有效手段。*圖片來源于互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)我們談?wù)摮鞘袝r(shí)，我們在談?wù)撌裁匆磺€(gè)人心中就有一千個(gè)屬于他們的城市城市居民的多樣性決定了需求的多樣性、空間的多樣性， 我們無法一次性滿足所有居民的需求，卻可以通過常態(tài)的監(jiān)測和

3、調(diào)控，找到滿足各類人群需求的最佳平衡。*圖片來源于互聯(lián)網(wǎng)既有城市發(fā)展方式已經(jīng)問題重重，我們需要城市發(fā)展范式的變革新時(shí)代、新技術(shù)、新機(jī)遇城市管理的范式轉(zhuǎn)變長期城市精細(xì)化監(jiān)測評估和管理的缺失， 使大量城市問題發(fā)酵p 過去30年的快速增量式發(fā)展使我們“重規(guī)劃建設(shè)、輕管理”；p 現(xiàn)有城市問題積重難返，忽視管理閉環(huán)的城市發(fā)展方式難以為繼；p 城市發(fā)展的環(huán)境時(shí)刻變動(dòng)，規(guī)劃建設(shè)無法一勞永逸；以有效的監(jiān)測評估管理形成城市發(fā)展的全周期閉環(huán)，塑造可“進(jìn)化”的城市城市需要迭代式發(fā)展，需要全生命周期的閉環(huán)式管理；有效的監(jiān)測和管理手段是實(shí)現(xiàn)迭代發(fā)展的重要環(huán)節(jié)， 及時(shí)解決問題、引導(dǎo)發(fā)展；pp規(guī)劃建設(shè)規(guī)劃規(guī)劃規(guī)劃運(yùn)營管理建

4、設(shè)建設(shè)建設(shè)未來過去我們需要什么樣的城市管理城市管理工作的需要現(xiàn)有城市管理手段的特點(diǎn)不匹配不匹配不匹配不匹配p 業(yè)務(wù)分散，信息打通難度大；城市管理的各項(xiàng)內(nèi)容分散在各分管部門，信息共享不充分，無法統(tǒng)籌化管理；p 問題導(dǎo)向式工作，處理應(yīng)對具有滯后性； 多采用事后應(yīng)對的方式，對不構(gòu)成問題的城市現(xiàn)狀缺少監(jiān)測，導(dǎo)致問題發(fā)生時(shí)認(rèn)識不足；p 空間粒度局限于行政單元，時(shí)間粒度依賴于官方統(tǒng)計(jì)調(diào)查工作；時(shí)間、空間粒度上受到限制，對城市管理的細(xì)節(jié)問題掌握能力不足；p 高度依賴人工，成本高，工作效率受限；以人工處理為主，投入人力成本高，流程多、處理難度大，效率較低；p 全面、統(tǒng)籌人、房、地、車、經(jīng)濟(jì)、設(shè)施城市管理需要全

5、面考慮城市中各個(gè)要素，并統(tǒng)籌考慮要素之間的相互作用；p 常態(tài)、持續(xù)城市需要常態(tài)化管理、持續(xù)性監(jiān)測，才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)城市問題，準(zhǔn)確把握城市現(xiàn)狀；p 實(shí)時(shí)、精細(xì)城市時(shí)刻處于變化之中，且變化通常以自下而上的方式發(fā)生，需要信息實(shí)時(shí)、空間和時(shí)間粒度精細(xì)；p 輕便、高效城市問題瞬息萬變，需要快速處理；城市問題復(fù)雜，需要輕便、簡易的方法；新時(shí)代、新技術(shù)、新機(jī)遇人類歷史上第一次可以對城市進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測、評估、反饋大數(shù)據(jù)和智慧分析為城市管理帶來新機(jī)遇- 技術(shù)-快速發(fā)展的信息技術(shù)為大數(shù)據(jù)的行業(yè)應(yīng)用帶來基礎(chǔ)支持， 物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，人工智能、云 計(jì)算等為數(shù)據(jù)的智慧分析提供方法依托；大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)

6、云計(jì)算- 特點(diǎn)- 應(yīng)用-發(fā)現(xiàn)問題：數(shù)據(jù)感知與監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)城市日常運(yùn)營和長期發(fā)展的問題；解決問題：現(xiàn)狀分析與評估，針對現(xiàn)狀尋找原因，提供解決途徑；發(fā)展引導(dǎo)：決策支持，情景模擬、趨勢預(yù)測， 為城市發(fā)展提供解決方案和政策建議；動(dòng)精多態(tài)：實(shí)時(shí)反映城市的動(dòng)態(tài)特征和要素空間流動(dòng)； 細(xì)：反映城市精細(xì)時(shí)間、空間尺度上的狀態(tài)和變化； 元：可涵蓋各個(gè)行業(yè)，從多個(gè)角度認(rèn)識城市問題；低成本：數(shù)據(jù)獲取的人力和物力成本低，技術(shù)可持續(xù)；慧：算法支持實(shí)時(shí)快速分析，以及發(fā)展評估、模擬、 預(yù)測、預(yù)警等功能；智新時(shí)代、新技術(shù)、新機(jī)遇- 智慧分析是城市監(jiān)測評估的核心內(nèi)容 -發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)城市問題基于大數(shù)據(jù)的城市管理技術(shù)方法：數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)

7、清洗智慧分析問題識別解決方案 發(fā)展引導(dǎo)工具打造技術(shù)優(yōu)化解決問題解決方案智慧分析是基于大數(shù)據(jù)監(jiān)測評估的城市管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)： 貼近業(yè)務(wù)背景 掌握行業(yè)知識 需求理解充分 激活數(shù)據(jù)價(jià)值 連接技術(shù)與應(yīng)用引導(dǎo)發(fā)展核 心 ： 智慧分析發(fā)展建議城市-特征-場景-訴求通州北上海市副中心手段：現(xiàn)狀發(fā)展監(jiān)測評估手段：存量空間模擬預(yù)測全面統(tǒng)籌、常態(tài)持續(xù)、復(fù)雜高維、精細(xì)、智慧、高效助力城市管理與發(fā)展p 發(fā)展階段：存量發(fā)展階段p 訴求：應(yīng)對城市的復(fù)雜性，對存量空間的功能調(diào)整效果進(jìn)行把握p 特征：城市總體趨于穩(wěn)定，城市更新動(dòng)作小、影響大需要對城市更新的影響進(jìn)行模擬預(yù)測p 發(fā)展階段：增量發(fā)展階段p 訴求：承接北京非首都功能疏

8、解和人口疏解，合理把控發(fā)展方向p 特征：發(fā)展迅速，各要素處于快速變動(dòng)且不穩(wěn)定狀態(tài)需要對城市現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測和評估案例：通州北市副中心城市運(yùn)營監(jiān)測與分析背景 & 需求p 城市營造中的職能轉(zhuǎn)型項(xiàng)目目標(biāo)及時(shí)把握城市的發(fā)展現(xiàn)狀情況監(jiān)測城市同周邊地區(qū)的發(fā)展關(guān)系為區(qū)域的協(xié)同發(fā)展，城市的服務(wù)提升提供建議及依據(jù)行政副中心城市副中心p 城市管理水平升級的先行示范解決方案分季度的連續(xù)監(jiān)測城市各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)以人為本高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)高質(zhì)量管理p 未津冀協(xié)同發(fā)展的核心北京主中心城市管理關(guān)注點(diǎn)數(shù)據(jù)可行性副中心北三縣雄安新區(qū)產(chǎn)業(yè)活動(dòng)人群活動(dòng)設(shè)施及住房城市運(yùn)行案例：通州北市副中心城市運(yùn)營監(jiān)測與分析p 產(chǎn)業(yè)活動(dòng)對通州區(qū)整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行評估

9、，聚焦現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、制造業(yè)，對重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行分析。p 人群活動(dòng)對通州區(qū)人群整體分布及動(dòng)態(tài)屬性進(jìn)行分析，聚焦通勤及休閑出行活動(dòng)，評估職住平衡。p 設(shè)施與住房對通州設(shè)施配狀水平進(jìn)行衡量，對通州區(qū)住房整體以及分類型的住房狀況進(jìn)行分析，針對房價(jià)極值進(jìn)行房價(jià)空間結(jié)構(gòu)研究。p 城市運(yùn)行綜合對城市中的道路交通運(yùn)行、貨車通行及公共交通設(shè)施使用情況進(jìn)行分析評估，對城市的各項(xiàng)環(huán)境能源相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測。案例：通州北市副中心城市運(yùn)營監(jiān)測與分析多源監(jiān)測原始數(shù)據(jù)空間集聚分析數(shù)據(jù)處理與篩選地理空間可視化變量聚類分析自身狀態(tài)評估同期橫向?qū)Ρ葧r(shí)序縱向?qū)Ρ韧ㄟ^度的數(shù)據(jù)，將城六區(qū)、北三縣同 通州進(jìn)行比較。通過 判斷通

10、州區(qū)在比較對象中所處的發(fā)展水平， 評估通州的發(fā)展?fàn)顩r。利用長期具有連續(xù)性的數(shù)據(jù)對通州區(qū)的各項(xiàng)分析指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，判斷通州區(qū)的變化趨勢。從多個(gè)角度對現(xiàn)狀通州發(fā)展進(jìn)行評估，與發(fā)展目標(biāo)相對照，判斷現(xiàn)狀發(fā)展情況。案例：通州北市副中心城市運(yùn)營監(jiān)測與分析產(chǎn)業(yè)活動(dòng)對通州區(qū)整體產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行評估，聚焦現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)、制造業(yè)， 對重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行分析。人群活動(dòng)通過手機(jī)信令數(shù)據(jù)，對通州區(qū)人群整體分布及動(dòng)態(tài)屬性進(jìn)行分析，聚焦通勤及休閑出行活動(dòng)，評估職住平 衡。案例：通州北市副中心城市運(yùn)營監(jiān)測與分析設(shè)施與住房活動(dòng)對通州設(shè)施配城市運(yùn)行綜合對城市中的道路交通運(yùn)行、貨車通行及公共交通設(shè)施 使用情況進(jìn)行分

11、析評估，對城市的各項(xiàng)環(huán)境能源相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行 監(jiān)測。狀水平進(jìn)行衡量，對通州區(qū)住房整體以及分類型的住房狀況進(jìn)行分析，針對房價(jià)極值進(jìn)行房價(jià)空間結(jié)構(gòu)研究。通州地面公交站點(diǎn)客流高峰系數(shù)案例：上?；谏虾３鞘畜w征診斷模型的輔助決策研究解決方案 以城市體征診斷解構(gòu)城市復(fù)雜性， 綜合評估城市運(yùn)行狀態(tài)，解析模擬城市發(fā)展變化背景 & 需求p 城市發(fā)展新目標(biāo)：轉(zhuǎn)型升級及智慧運(yùn)營認(rèn)識規(guī)律提升質(zhì)量精細(xì)管理智慧運(yùn)營研究p 上?！笆濉保簷C(jī)遇與挑戰(zhàn)研究轉(zhuǎn)型升級城市管理精細(xì)服務(wù)精準(zhǔn)調(diào)控應(yīng)用p 精細(xì)化城市管理難點(diǎn)：城市的復(fù)雜性應(yīng)用系統(tǒng)協(xié)調(diào)單元更小因素更多問題復(fù)雜基于機(jī)器學(xué)習(xí)的體征變化模擬基于標(biāo)簽變化的用地基礎(chǔ)評估空間標(biāo)簽構(gòu)建體

12、征指標(biāo)構(gòu)建與分析案例：上?；谏虾３鞘畜w征診斷模型的輔助決策研究人地兼顧，動(dòng)靜結(jié)合，多角度、全面反映城市體征7大類數(shù)據(jù)源，基礎(chǔ)指標(biāo)80+空間單元5000+ 城市復(fù)雜特征抽取 p 從抽象到具象p 從復(fù)雜到直觀 手機(jī)信令類基礎(chǔ)指標(biāo) 出租車GPS基礎(chǔ)指標(biāo) 軌道刷卡類基礎(chǔ)指標(biāo) 房屋價(jià)格類基礎(chǔ)指標(biāo)規(guī)劃國土類基礎(chǔ)指標(biāo)人口普查類基礎(chǔ)指標(biāo)經(jīng)濟(jì)普查類基礎(chǔ)指標(biāo)案例：上?；谏虾３鞘畜w征診斷模型的輔助決策研究標(biāo)簽：根據(jù)地塊的單一指標(biāo)的特征構(gòu)成，提取特征標(biāo)簽p 區(qū)位特征p 建成環(huán)境p 人口特征p 通勤特征p 人群活動(dòng)特征案例：上海基于上海城市體征診斷模型的輔助決策研究模擬預(yù)測：基于標(biāo)簽的城市發(fā)展預(yù)測模擬，量化評估政策

13、對空間單元特征的影響單一場景1：在地塊周圍10公里范圍內(nèi)新設(shè)置一個(gè)區(qū)域中心預(yù)測結(jié)果：建中居委會：區(qū)位聚類無變化吉祥居委會：區(qū)位聚類無變化昌鑫居委會：區(qū)位聚類改變?yōu)榈?類典型居住單元標(biāo)簽案例：上海基于上海城市體征診斷模型的輔助決策研究模擬預(yù)測：基于標(biāo)簽的城市發(fā)展預(yù)測模擬，量化評估政策對空間單元特征的影響p 綜合場景：新增區(qū)域中心，基礎(chǔ)設(shè)施改善，人口結(jié)構(gòu)優(yōu)化，房價(jià)提高量化變化綜合場景下典型空間單元標(biāo)簽變化情況場景 新的區(qū)域中心p 公共服務(wù)設(shè)施供給量增長0.05p 1公里范圍內(nèi)增加1個(gè)地鐵站點(diǎn)p 常住人口平均教育水平增長0.05p 常住人口平均年齡減小5歲p 工作日平均通勤距離縮短2公里p 工作日平

14、均通勤人數(shù)增長70個(gè)單位p 地塊的房價(jià)增長2萬元 新增地鐵線路 高學(xué)歷年輕人就業(yè) 通勤特征改變 房價(jià)提高對城市偏遠(yuǎn)且不成熟地區(qū)進(jìn)行環(huán)境干預(yù)，其影響效果最為明顯，變化投入的產(chǎn)出效率最高， 并可能隨著地塊建成條件成熟度的提高出現(xiàn)邊際效應(yīng)遞減區(qū)位特征建成環(huán)境人口特征人群活動(dòng)通勤特征調(diào)整前建中居委會21045吉祥居委會22322昌鑫居委會54301調(diào)整后建中居委會21045吉祥居委會21320昌鑫居委會00200城市-特征-場景-訴求通州北市副中心空間挖掘時(shí)間挖掘多源融合上海精細(xì)尺度，將空間關(guān)系本身納入思考動(dòng)靜態(tài)、多時(shí)序，將城市的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化作為特征之一多主題，多問題城市的多元要素協(xié)同考慮p 城市復(fù)雜

15、性的應(yīng)對：標(biāo)簽從高維特征提煉城市突出的“體征”特點(diǎn)，為管理工作提準(zhǔn)定位；p 城市存量空間演化的應(yīng)對：體征變化模擬模擬空間特征量化演變的影響，為城市存量空間管理決策提供參考；p 首都人口和功能疏解效用的應(yīng)對：精確找出現(xiàn)狀城市產(chǎn)業(yè)、人口等特征，為疏解工作與人口導(dǎo)流提供支撐；p 對城市新區(qū)快速發(fā)展方向把控的應(yīng)對：合理探究城市要素分布情況，優(yōu)勢及短板，為發(fā)展方向提供指導(dǎo)；時(shí)間累積歷史，時(shí)間塑造未來時(shí)間挖掘- 高度動(dòng)態(tài)是當(dāng)下城市的特征，也是未來城市問題關(guān)注的重點(diǎn)。城市空間特征的時(shí)序變化包含多個(gè)時(shí)間尺度的表征：p 短時(shí)間的周期性體現(xiàn)城市的規(guī)律性；p 長時(shí)間的趨勢體現(xiàn)城市演化與發(fā)展；p 波動(dòng)體現(xiàn)城市的不確定性和特異性；時(shí)間是不斷延展的，趨勢在更大的時(shí)間尺度上，也可表現(xiàn)為周期性特征；對城市規(guī)律的理解需要綜合考慮三個(gè)時(shí)間尺度上的規(guī)律和特點(diǎn)。- 周期-城市的規(guī)律性- 趨勢-?城市的演化性- 波動(dòng) -秒，分，時(shí)，天，周，月，季，年，城市的不確定性思考與展望p 基于大數(shù)據(jù)的監(jiān)測評估對