雷鋒網(wǎng)按：2020年8月7日-8月9日，2020第五屆全球人工智能與機器人峰會（CCF-GAIR 2020）于深圳正式召開。峰會由中國計算機學會（CCF）主辦，雷鋒網(wǎng)、香港中文大學（深圳）聯(lián)合承辦，鵬城實驗室、深圳市人工智能與機器人研究院協(xié)辦，得到了深圳市政府的大力指導，旨在打造國內人工智能領域極具實力的跨界交流合作平臺，是國內人工智能和機器人領域規(guī)模最大、規(guī)格最高、跨界最廣的學術、工業(yè)和投資領域盛會。

CCF-GAIR 2020的「智慧城市新基建專場」，來自學術界、產(chǎn)業(yè)界6位大咖從智慧城市頂層設計、城市有機生命體的建設、城市大腦、數(shù)字政府、數(shù)字孿生、物流機器人在智慧社區(qū)中的無人配送等應用和技術，深度的剖析了智慧城市建設的現(xiàn)狀與趨勢、共同探討新基建浪潮下的智慧城市建設新思路。

郭仁忠院士團隊，深圳大學智慧城市研究院副院長賀彪從智慧城市建設前沿的角度，帶來了《基于虛擬地理環(huán)境的智慧城市工程邏輯》的主題分享。

郭仁忠院士團隊 深圳大學智慧城市研究院副院長 賀彪

賀彪首先帶我們回顧了城市化的進程，人類自定居以來始終處于城市化的過程。數(shù)據(jù)顯示，1900年城市人口大概是2億，占總人口的八分之一；2018年世界城鎮(zhèn)化率達到55%，大概有42億人口；到2050年預計會達到68%，接近70%。

在我國目前也正在經(jīng)歷人類歷史上最大規(guī)模的城鎮(zhèn)化。從2000年到2019年，常住人口從36%達到60%而預計在2030年將可能會超過70%。推動新型城鎮(zhèn)化建設將是我國未來一段時間的重大發(fā)展戰(zhàn)略，但與此同時，城市也出現(xiàn)了很多問題：交通堵塞、城市內澇、霧霾等。

因此智慧城市被提了出來，作為人類面臨城市發(fā)展問題提出的新發(fā)展思路，智慧城市的本質是提升和改善城市生活品質，讓城市回歸初心。

ICT大幅度發(fā)展提升了人類處理復雜問題的能力，同時信息化也創(chuàng)建了一個網(wǎng)絡的虛擬空間，有別于物理城市和我們看得到的現(xiàn)實世界。賀彪表示，智慧城市和信息化也有很大的關聯(lián)，信息化的本質是提升人們生活學習工作的效率，信息化是智慧城市的基礎，智慧城市是城市信息化的高級階段。

基于這個基本認知，郭仁忠院士團隊提出了以虛擬地理環(huán)境為數(shù)字基礎，以時空信息為連接紐帶，基于智慧城市大數(shù)據(jù)平臺全面整合城市各類運行數(shù)據(jù)，在數(shù)字世界中對城市進行分析、模擬、優(yōu)化，再指導實際的城市運行和管理的工程邏輯。

這個工程邏輯該如何實現(xiàn)？是否進行過落地實踐？賀彪博士的演講中有更多信息。

以下是賀彪博士在 CCF-GAIR 2020上的演講內容，雷鋒網(wǎng)對其進行了不改變原意的編輯整理：

在這么高規(guī)格的會議上作大會報告，我個人是比較有壓力的，當然這有背后的原因。郭仁忠院士因為一些其他事情今天來不了現(xiàn)場，他委托我來作報告。我今天向各位專家匯報深圳大學智慧城市研究院在智慧城市建設上的思考和一些工作，我今天匯報的題目是《基于虛擬地理環(huán)境的智慧城市工程邏輯》。

智慧城市誕生：城市化進程的必然需要

人類自定居以來始終處于城市化的過程，有一些統(tǒng)計數(shù)據(jù)：1900年城市人口大概是2億，占總人口的八分之一；2009年聯(lián)合國發(fā)布數(shù)據(jù)稱世界城市人口首次超過農村人口，大概用了一百年的時間；2018年世界城鎮(zhèn)化率達到55%，大概有42億人口；到2050年預計會達到68%，接近70%。聯(lián)合國經(jīng)社署也講到，管理好城市是21世紀最重要的發(fā)展挑戰(zhàn)之一。

我國正在經(jīng)歷人類歷史上最大規(guī)模的城鎮(zhèn)化。從2000年到2019年，中國城鎮(zhèn)常住人口從36%達到60%。相關預計表明，2030年可能會超過70%。我們認為，新型城鎮(zhèn)化是我國當前和未來一段時間國家的重大發(fā)展戰(zhàn)略。

為什么會有這么多的城市出現(xiàn)？大城市是有它的價值的，比如在《大國大城》中提到“大國需要大城”，另外一些相關數(shù)據(jù)也提到，大城市群主導著世界的經(jīng)濟，國家之間的主要競爭可能也來自于城市群之間的競爭。最近一本書《規(guī)?！罚饕獙Τ鞘幸?guī)模進行了科學解釋、

一般認為，一個城市的規(guī)模越大，GDP收入是越高的，它的社會經(jīng)濟產(chǎn)出是超線性的，但公共資源投入是亞線性的，也就是說不需要投入太多公共資源，但可以產(chǎn)出大量的GDP，這是城市的好處。因此，全世界各個國家都在推動城市化和城鎮(zhèn)化。

當然大家也能感受到，中國一線大城市出現(xiàn)了很多問題，比較典型的是交通問題，每個城市早晚高峰的時候交通特別擁堵，如果你不開車坐公共交通也會發(fā)現(xiàn)，等地鐵或等公交會特別擠。包括“上海外灘事件”，像元旦這樣的節(jié)日人口會特別多。包括霧霾、內澇等城市問題現(xiàn)在也越來越多。

有了這么多問題，才會提出智慧城市。我們的第一個思考是，智慧城市是人類面臨城市發(fā)展問題提出的新發(fā)展思路，本質是提升和改善城市生活品質，讓城市回歸初心。

智慧城市是城市信息化的高級階段

信息化跟城市也有一定關系，大概在十年前或者更早的時間，老百姓或者企業(yè)要辦事特別麻煩，因為一個政府有很多職能部門，辦事情要跟不同的職能部門打交道，大家要跑很多局，像工商局、公安局、交通局、規(guī)土局等等，你得去很多地方。

后來出現(xiàn)了一個趨勢，每個政府會做一個政務服務大廳，有些地方叫市民中心，在物理上把這些區(qū)域歸納到一起，老百姓或者企業(yè)去辦事很方便，去一個大廳就可以把所有事情辦完，這只是組織形式或物理形式上的改進。

到最近幾年，全國都在推數(shù)字政府的工作。數(shù)字政府的建設將物理分散的局進行了合并，我們認為數(shù)字政府的工作是信息化，為城市治理帶來了明顯提升。ICT大幅度發(fā)展提升了人類處理復雜問題的能力。

當然，信息化也催生了很多其他的變革，比如經(jīng)濟的轉型、智能制造、數(shù)字建造、智能化產(chǎn)品，包括疫情期間出現(xiàn)了很多自媒體、直播帶貨等新的經(jīng)濟增長點，實際上都是由信息化帶來的。

信息化還有一個很大的特征比較重要。它創(chuàng)建了一個網(wǎng)絡虛擬空間，有別于物理城市和我們看得到的現(xiàn)實世界，網(wǎng)絡上的虛擬空間是人類目前生存發(fā)展的第二空間，大家停留在第二空間的時間越來越多。

智慧城市和信息化也有很大的關聯(lián)，信息化的本質是提升人們生活學習工作的效率，信息化是智慧城市的基礎，智慧城市是城市信息化的高級階段，這是我們的基本認識。

數(shù)字孿生是智慧城市建設的基礎底板

基于基本認識，我們認為一個城市有三個這樣的空間：

1. 物理空間：人們生活的空間。

2. 社會空間：政府管理和人類社會經(jīng)濟活動，它是人文社會的空間。

3. 信息空間：現(xiàn)在變得越來越重要。

數(shù)字孿生，這是最近十年提出來的，最開始出現(xiàn)是在工業(yè)制造領域，為了制造一些精密的設備，特別是美國航空航天的相關部門，將物理設備在計算機里做出一個一模一樣的東西，通過傳感器捕捉物理設備運轉的實際情況，將信息輸入到計算機里，在計算機里進行設備優(yōu)化，再反饋到物理設備上，這是數(shù)字孿生的技術。特點是效率高、成本低。

我們認為，智慧城市構建主要是數(shù)字孿生技術，對一個城市做數(shù)字孿生，是智慧城市建設的基礎底板。大概是這樣的一條路徑：

• 首先是信息時代的城市，按照三元空間的理論，捕獲這三個空間都有相應的實體，有相應的活動，有相應的規(guī)律產(chǎn)生各種各樣的數(shù)據(jù)，將它歸納為城市基礎的時空數(shù)據(jù)；

• 第二個是社會空間的技術，主要是城市管理對象數(shù)據(jù)；

• 第三個是城市運行狀態(tài)的感知數(shù)據(jù)。

在這個過程中可以看到，數(shù)字化孿生是由各種各樣的數(shù)據(jù)構建的，這個數(shù)據(jù)集本身比較復雜。在此基礎上，智慧城市操作系統(tǒng)應該是橫貫整個三元空間，將三元空間中各種各樣的數(shù)據(jù)進行匯集管理的，為政府、百姓提供統(tǒng)一接口。

城市信息基礎設施：泛在感知網(wǎng)絡、統(tǒng)一大數(shù)據(jù)平臺

回到報告的主題，基于虛擬地理環(huán)境的工程邏輯。以虛擬地理環(huán)境為數(shù)字基礎，以時空信息為連接紐帶，基于智慧城市大數(shù)據(jù)平臺全面整合城市各類運行數(shù)據(jù)，在數(shù)字世界中對城市進行分析、模擬、優(yōu)化，再指導實際城市運行和管理，這是一個可行的工程邏輯。

一個城市應該有城市的信息基礎設施，除了網(wǎng)絡通信、存儲、計算這樣的設施之外，應該還要有泛在的感知網(wǎng)絡，由城市統(tǒng)一建設，包括有統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺，這兩個階段都應該由城市級別的部門統(tǒng)一建設。

目前各個單位都在自己建，比如交通部門為了捕捉交通的運行情況，裝了很多攝像頭。環(huán)保部門為了監(jiān)測霧霾，或者監(jiān)測一些環(huán)境的指標，可能也建設了很多物聯(lián)網(wǎng)、傳感器的設備，但是每個部門都有自己的設備、平臺、數(shù)據(jù)、應用，一套建下來之后，會造成很多數(shù)據(jù)孤島的問題。

一個城市要把泛在的感知網(wǎng)絡和統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺作為基礎設施來建設，在這之上才會有各種各樣的個性化應用。政府各個職能部門的信息系統(tǒng)應該只是這個平臺上的某一方面應用，比如做房產(chǎn)登記、發(fā)身份證、辦理工商登記等等，應該只是委辦局的應用，當然公眾和企業(yè)也可以在這個平臺上做相應的開發(fā)。

有了這個邏輯之后，從技術架構上，應該分為幾層：

• 感知層：主要是物理設備，依賴于傳感器和互聯(lián)網(wǎng)的一些東西；

• 數(shù)據(jù)層：將數(shù)據(jù)匯聚起來，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)底線，建立平臺，提供應用支撐；

• 數(shù)據(jù)層+平臺層：智慧城市操作系統(tǒng)，上面有城市規(guī)劃、建造、智能交通、公共安全、應急管理。

最后才是面向政府、企業(yè)、公眾用戶。

在這樣的邏輯下，智慧城市的操作系統(tǒng)應該有如下的核心特征：

• 數(shù)據(jù)應該是對象化的組織。傳統(tǒng)來說大家都是把各種數(shù)據(jù)匯集到一起，特別是對政府部門來說，如果這些數(shù)據(jù)僅僅是放在一起，其實基本沒什么用。更多的時候需要按照城市管理的一套邏輯將數(shù)據(jù)進行對象化的組織，雖然我們的邏輯上不是很完備，但我們提出了這樣的理念，數(shù)據(jù)應該按對象進行組織，這樣才可以發(fā)揮作用。

• 智慧城市建設需要可視化的能力。很多數(shù)據(jù)的計算，通過各種方法能得出結果，但結果的展示也特別重要。目前來說在智慧城市建設領域，大規(guī)模、大場景的城市展示是比較多見的，規(guī)模很大，但效果不是特別好。大家更關注宏觀場景，但宏觀場景和逼真可視化并不矛盾，只是目前沒有人做這個事，這是比較重要的特征。

• 城市操作系統(tǒng)應該有海量多元數(shù)據(jù)的接入與管理能力。對政府而言，可能要接入各種各樣的數(shù)據(jù)，一個是遺留的系統(tǒng)，已經(jīng)建成的系統(tǒng)，要把軟件和數(shù)據(jù)庫接入進來。當然，我們也要在互聯(lián)網(wǎng)上捕獲輿情。加上物聯(lián)網(wǎng)的進入，各種傳感器等相關數(shù)據(jù)。城市操作系統(tǒng)應該具備海量時空數(shù)據(jù)的并行處理能力，目前一些大的IT公司已經(jīng)做得很好了，目前技術挑戰(zhàn)相對不是很大。

基于虛擬地理環(huán)境工程邏輯的實踐應用

從城市的泛在感知、信息的傳輸與鏈接、大數(shù)據(jù)平臺到數(shù)據(jù)融合分析、到最后的城市建模與優(yōu)化這個技術流程，物聯(lián)感知和信息傳輸我們認為ICT領域已經(jīng)做得特別好了，所以我們研究院把目光主要聚焦在大數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)融合分析這兩個領域。

這里有一個立體感知示意圖，從測繪遙感、地理信息的技術，通過天和地捕捉能看到的物理世界的東西。我們也接入政府管理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，匯聚人口、法人、地址等城市運行的相關社會數(shù)據(jù)，捕捉社會空間的城市信息。最后通過一些互聯(lián)網(wǎng)、政務網(wǎng)、社交網(wǎng)的接入，從網(wǎng)絡上抓取網(wǎng)絡輿情相關的數(shù)據(jù)，感知虛擬網(wǎng)絡空間正在發(fā)生著什么事情，通過這樣的技術手段獲取各種各樣的數(shù)據(jù)。

在城市建模方面我們也做了研究，主要做的是如何構建全空間、全尺度、全要素的虛擬城市環(huán)境。這是智慧城市建設的底板，有了這個底板，各種各樣的數(shù)據(jù)都可以在底板上疊加融合進行分析，城市建模就是城市孿生的第一步。

當城市數(shù)據(jù)建好后，需要一個平臺管理，在這個平臺上進行一些模擬和分析，以模擬分析結果優(yōu)化實際的城市管理工作，這個平臺我們稱為智慧城市操作系統(tǒng)。

我們現(xiàn)在也在研究如何將大規(guī)模數(shù)據(jù)和精細城市可視化系統(tǒng)進行關聯(lián)。一旦數(shù)據(jù)進入可視化城市操作系統(tǒng)的平臺，就可以進行各種各樣的交互式分析，在物理世界中可能需要很大的成本，而在虛擬世界中可以很容易進行交互分析。

也可以做虛實融合，在物理世界中疊加虛擬管理概念，城市土地利用都是以地塊為單位，地塊沒有明確的物理邊界，但是在管理上有很清晰的界址點，規(guī)劃控高也很明確，在物理世界看不到，但可以在計算機領域通過虛實融合的方法可以把規(guī)劃控高、用途、限制表達出來。

剛才也提到，要接入各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)和傳感器數(shù)據(jù)。無人機數(shù)據(jù)的接入很有必要，特別是在城市的應急和公共突發(fā)事件的應急處置上，無人機飛到天空，將視頻回傳過來，通過與地理場景的匹配，可以很清楚地看到物理世界在當前時間、地點上發(fā)生了什么樣的事情。

總結

我們團隊認為，如何建設智慧城市，其實不同學科的專家都有不同的見解，包括計算機領域或者通訊領域，包括測繪遙感、地理信息領域，都有不同的想法。我們認為基于地理信息的技術構建虛擬城市環(huán)境，整合各類數(shù)據(jù)資源，形成統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺，基于這樣的大數(shù)據(jù)平臺支撐多元的智慧化應用，這應該是可行的技術路徑，并且深圳市目前也在這樣的思路下進行一些實踐的探索。

我的報告結束了，謝謝大家！雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)雷鋒網(wǎng)

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