荐读 | 大数据在智慧城市规划与管理中的作用

随着互联网和移动互联网的广泛普及以及社交网站的不断涌现、政府信息化的日益完善等，我们迎来了“大数据时代”。近年来，大数据业已发展成为重要的研究领域，在商业决策、经济发展、社会安全、公共卫生等领域的应用中发挥了突出作用，影响着人们的生活方式及学者的研究范式。智慧城市作为提高城市可持续发展能力的重要手段和途径，已成为中国新型城镇化的重要战略方向，在政府部门的引导下，相关的规划与实践已在全国各地不断推进。与此同时，信息科学、GIS、城市规划、地理学、经济学等不同学科的学者分别从不同视角出发，展开了大数据与智慧城市的研究与探讨。近年来，有关研究项目、研究机构等逐年递增，国家重大项目逐步向信息科学领域倾斜；有关研究成果不断丰富化，并成为很多学科的热点与主流。  

因此，大数据在城市领域中的应用以及在智慧城市的规划管理中正显现出更加重要的作用。  

大数据时代的城市规划不是简单的规划信息化，也不是规划中多了一个数据源而已，相反，大数据时代的大数据更多的反映的是人的大数据，是中国经济社会与城市发展进入新的转型时期后各种新理念、如以人为本、新型城镇化等的终极体现，是城市研究与城市规划实践的又一个春天。 

1.大数据时代智慧城市规划与管理框架  

北京大学时空行为研究团队提出了智慧城市规划与管理的框架。在现有理论基础和数据获取能力的基础上，对多源数据进行整合，一方面强调促进城市规划与管理的智慧化；另一方面，我们需要开创一个智慧城市的规划与管理模式。  

1.1大数据时代的时空信息获取  

在大数据时代，定位技术、互联网技术与移动通信技术的不断发展为个体时空信息的获取提供了更多的可能。目前的个体时空信息获取主要有三种方法：第一，被动式信息获取。即不需要被调查者的主动参与，如基于基站定位的手机通话数据、基于射频识别技术（RFID的公交IC卡、停车卡、银行卡数据以及通过在公交车或出租车上安装GPS获取的浮动车数据等。这些数据通常需要从相关的企业或政府管理部门获取（如通信运营商、交通管理部门）；第二，主动式信息获取。即被调查者主动向调查者提供自己的时空信息。日志调查被认为是最有效的方法之一，如出行日志、活动日志、时间利用日志等；第三，介于被动式与主动式之间的半主动式信息获取，如社交网络数据中的用户签到信息以及用户发布的信息中所隐含的时空信息，研究者可根据需要提取个体的时空信息或社会经济属性等。  

1.2大数据时代的智慧城市规划与管理  

智慧城市规划与管理可以从两个方面理解与展开，其一是传统城市规划与管理的智慧化改造，其二是创新新的智慧城市规划与管理。  

1）传统城市规划与管理的智慧化。  

在传统的以物为本的城市研究中全面融入时空间行为研究，彻底弥补对城市活动系统研究不足、对居民活动-移动需求分析不透、对行为决策机制了解不多以及对交通出行满意程度考虑不够等弊端，做到城市研究真正以人为本。在城市规划编制的过程中系统融入居民时空间行为的分析成果，促进城市规划编制的科学化、人本化。以居民时空间行为规律为基础，突破现有城市管理中的城市人口分布的汇总、静态处理方式，推进城市管理的精细化、动态化及智慧化。  

2）智慧城市的规划与管理。  

智慧城市的根本目标是实现城市居民日常生活的智慧化。也就是说，需要倡导以日常生活为导向的新的城市规划与管理模式，从而引导居民的行为模式和生活方式与智慧、低碳、可持续的城市发展目标相协同，以居民日常生活的智慧化来实现智慧城市。这里，我们从空间、时间、行为等三个维度，以居民日常生活的智慧化为目标，提出了人本导向的智慧城市规划与管理的三个方向，即智慧城市的生活空间规划、智慧城市的生活时间规划、智慧城市的居民行为引导。  

2.城市规划与管理的智慧化  

2.1城市研究的智慧化  

通过分析城市居民日常活动与出行的决策机制，可以辨识居民行为的制约因素，为城市设施布局优化或相关管理政策的调整提供量化指标，从而辅助规划师及城市管理者检讨已有规划或城市管理措施中存在的问题，为城市规划与管理提供更精细的科学依据；并且，基于多源数据与不同活动类型，可以多尺度透视城市时空间体系，具体包括微观尺度的城市社区规划与旅游景区规划研究，城市尺度的城市空间规划与交通规划研究，以及宏观尺度的城市体系和区域空间结构研究。已有的大量实证研究表明，时空间行为研究能够弥补静态城市研究方法所不能发掘的现实居民生活的动态性问题，为城市规划与管理提供新的思路。  

2.2城市规划编制的智慧化  

在城市规划的编制过程中，与信息化手段结合的时空间行为研究能为规划调研、规划决策支持、规划实施效果评估等提供科学依据，并有效节省规划编制的成本而提高规划的效率。随着GIS技术、复杂计量模型、多智能体模型等新技术在城市规划编制中的应用，城市规划方案的制定和评估等工作日趋定量化、信息化、系统化，而时空间行为研究能有效推动微观、精细化、时态化的城市模型发展。  

一方面，大规模时空间行为数据在城市规划编制过程中的使用，为城市功能区的识别、城市用地现状分析和规划城市用地功能结构的评价等提供了良好的数据基础。早期的城市功能区识别工作多基于遥感影像或土地利用勘测数据，划分的功能区已显得过于粗放，而浮动车、公交刷卡、签到数据等反映居民行为特征的数据集与城市路网数据、兴趣点数据（POI）等基础地理数据的结合，可以辅助进行高效率、高精度的城市功能区识别。这在一定程度上降低了规划编制过程中现场勘测的工作量，以智慧化的手段减少了规划编制的成本。  

另一方面，通过分析城市空间与居民行为的互动机制，可以模拟不同的规划方案及其实施各阶段的居民行为响应，并以此为规划方案评价与选择提供决策支持。例如，利用网上虚拟环境获取上海世博会参观数据，基于参观者游览行为的建模分析，模拟规划设计的两轮方案编制过程中的人流分布特征，以此为依据进行规划方案的对比评价提出改进建议。  

2.3城市管理的智慧化  

现有的城市管理模式以居民居住地作为人口统计与管理单元，难以有效捕捉城市系统的动态性以及城市人口分布的流动性特征，因此，实时信息处理能力与响应速度较低，难以发现城市系统运行中的潜在问题并做出及时预警。虽然云计算、物联网、移动互联网、大数据等新技术的发展提高了城市信息基础设施建设与运营的水平，为城市管理的智慧化提供了技术保障，但已有的智慧化城市管理解决方案多强调物理层面的技术创新以及管理技术手段的信息化，对城市社会系统（特别是城市居民的活动-移动系统）的正面关注显著不足。  

面对中国城市规划与管理人本化的转型，智慧化的城市管理应将信息化的管理手段与对城市居民活动-移动行为的动态分析相结合，在不同的时空背景、针对不同的居民行为特征采取针对性的管理策略，对城市系统日常运行中出现的问题做出及时、精确、细致的响应。具体而言，需要动态分析与模拟居民时空行为与城市空间的相互关系，识别并预测不同时间截面上城市人口（特别是弱势群体、违法乱纪者、重大事件的集聚人流等）的分布结构，为即时化、精细化的城市管理提供决策依据。城市管理的智慧化主要体现在社会管理、公共安全管理、安全事故预警、重大活动人流管理等方面。  

在社会管理方面，促使在管理中切实考虑被管理对象（尤其是流动人口、老年人、残障人口等弱势群体）的需求与决策，使管理更加人性化。在公共安全管理方面，基于城市违法乱纪行为及刑事案件发生的时空分析与模拟，可以发掘刑事案件频发的时段及对应的空间热点区域，有利于对城市违纪与犯罪事件进行遏制与预警。在安全事故预警方面，通过城市人口聚集区的动态分析、结合城市自然灾害预警信息，可以及时发现城市安全事故的潜在发生区域并进行预警。在重大活动人流管理方面，通过分析重大活动期间人流集聚与扩散的规律并模拟居民的应急避难行为，为人流疏导管理及应急预案提供有效依据。  

3.人本导向的智慧城市规划与管理

面向中国建设人本城市的新形势，需要倡导以日常生活的“智慧”化为目标的智慧城市规划与管理新模式：一方面，基于个体行为，进行城市空间结构（如土地利用布局）、城市时间结构（如公共服务设施运营时间）的优化调控，保证城市时空间结构与居民生活活动需求相匹配，为居民日常生活的“智慧”化提供城市物质环境的基本保障；另一方面，面向个体行为，实施直接的行为引导，通过软性政策、信息化手段辅助居民在日常生活中进行智慧的行为决策，引导居民形成智慧、健康、低碳的行为模式与生活方式，以居民日常生活的“智慧”化来实现智慧城市。因此，基于时空间行为的、人本导向的智慧城市规划与管理包括基于个体行为的生活空间规划、生活时间规划，以及面向个体行为的城市居民行为引导。   

3.1智慧城市的生活空间规划  

目前，中国的城市规划往往根据城市经济发展战略确定城市空间发展方向、城市新的增长极、重点开发区域以及产业空间布局，通过预测人口总体规模、用地比例标准配给配套的居住用地、设施用地等组合形成城市空间结构，在实践中逐步形成以经济增长为目标、以空间供给为导向、优先考虑产业空间，而将居民生活空间作为配套功能的规划模式。但是，近年来大城市中心城区土地开发趋于饱和，城市居民的移动性需求持续增加，居民的时空间需求也日趋多样化，而相关规划已难以有效应对日益复杂的城市问题（如城市社会空间分异、职住不平衡加剧、居民时空可达性降低、居民健康与生活质量下降、城市空气环境恶化等城市病）。  

在此背景下，中国的城市规划有必要突破现有的城市空间结构规划模式，在规划中着重强调宏观城市发展与微观日常生活的协同，将规划的思维方式从“以产业功能区为节点、以经济联系为轴带”转向“以居民生活圈为节点、以居民活动路径为轴带”，倡导以社会及环境的可持续发展为目标、以空间需求为导向、以居民生活空间体系为核心内容的城市空间结构规划新模式。  

城市生活空间反映城市居民通勤、购物、休闲等活动与城市实体空间的互动关系，通过刻画城市居民活动的空间范围并与城市土地利用进行关联、叠置分析，识别居民频繁到访或潜在使用的区域、设施，从而将城市居民日常活动的时空间模式及需求特征投影在城市实体空间上。因此，在城市实体空间的基础上，根据城市居民不同类型、不同发生频率、不同时空尺度的活动-移动行为形成的活动空间，可建立“日常生活圈-通勤活动圈-城市生活圈”层级结构的城市居民生活空间体系，作为生活空间导向的城市空间结构的核心。基于“日常生活圈-通勤活动圈-城市生活圈”层级结构的城市居民生活空间体系，可实施以生活空间为导向的城市空间结构规划，在发展自我平衡与支持的居民日常生活圈的基础上，借鉴西方边缘城市等城市空间区域化的组织策略，建设郊区活动中心，并以紧凑型多中心带动组团紧凑，完善保障性设施等民生规划，发展组团内微循环交通，使郊区成为居民真正的日常生活空间，形成“多层级、相对独立、有机组织、网络联系”的中心体系，建构“生活圈、小组团、多中心”的城市空间与社会形态。  

3.2智慧城市的生活时间规划  

中国现有的城市社区规划以居住用地开发、居住小区建设为主要内容，根据社区人口规模决定用地开发强度、社区功能布局及配套设施数量，在数量上满足社区居民的需求。这类社区规划着重在居住区开发阶段完成服务配套建设，而较少考虑开发完成之后，社区居民在日常生活中对相关配套设施、公共服务及公共空间的利用状况，所以传统的以空间供给为导向、以经济效益为目标的居住区开发理应转向以生活时间调控为导向、以提高社区居民生活质量为目标的社区规划或社会规划，根据居民日常活动的时空规律，调控社区内公共设施或公共服务的开放时间、调整公共设施在不同时间段内的开放功能，能有效平衡社区公共服务的时空供给与居民活动的时空需求，提高社区居民的时空可达性以及居民的生活质量，并增加在社区中参与活动并发生邻里社会交往的机会。  

基于上述认识，智慧城市的生活时空规划具体应包括以下两个方面。第一，社区公共设施或公共服务的运营时间规划。在城市居民时空大数据的基础上，分析居民行为时空路径，挖掘居民的整日潜在活动空间，考察潜在活动空间内各类设施开放时间与居民时间安排的匹配关系，从而根据居民活动的时空规律及其动态预测，灵活调控社区公共设施、公共服务的运用时间。第二，社区公共设施功能的动态调整。从居民日常活动的时间节奏出发，根据居民活动需求的时间分布规律对社区公共设施的功能进行动态调整，以提高设施的利用率、因时制宜地满足居民各类活动的需求。例如，将放学后的中小学运动场馆调整为公共体育设施、社区居民开放，将下班后邻近办公用地的停车场调整为公共停车场、疏解社区内停车压力等。通过上述城市生活时间规划措施，能增加社区居民对社区公共设施与公共服务的可达机会，切实提高社区居民生活质量；并且通过社区生活组织的优化，能有效增加社区公共空间的利用，增进社区的邻里互动，提高社区建设与管理的居民参与度，增进居民的社区认同感，实现社区规划的根本目标。  

3.3智慧城市的居民行为引导  

智慧城市规划的最终目标是通过城市居民智慧、健康、低碳的行为模式与生活方式维持城市的可持续发展。因此，智慧城市规划除了上述城市时空间规划措施外，还需着重对居民智慧化的行为模式与生活方式的培育，将居民视为“智慧”的主体，从“满足行为需求”向“管理行为需求”革新，引导城市居民形成智慧、健康、低碳的行为模式，从而反作用于城市时空间，以智慧的城市生活方式参与可持续城市的建设。  

目前，西方发达国家已有针对居民日常出行的规划引导的实践，基于居民出行需求管理的思路，通过提供个性化的交通信息和出行方案，结合认识层面的劝服诱导和公共交通奖励等手段，辅助交通使用者及其家庭成员自愿改变出行习惯，选择绿色、健康的出行方式，实现缓解城市交通拥堵、降低出行碳排放等目标。但这类研究的范围还局限在出行行为上，对交通过程的分析只局限在交通决策端，鲜有面向居民完整的活动-移动路径的分析与规划实践；  

并且对决策、制约、时间空间、时空间预算与收支等的理解还有待深化。  

因此，中国的城市规划需要将已有的个人出行规划升级为城市居民行为规划，依托智能手机等移动互联的终端信息发布平台，结合劝服诱导等软性政策，对城市居民日常行为模式进行引导与调控，规划每日活动模式，辅助居民做出智慧的活动时空决策，逐步形成智慧、健康、低碳的生活方式。例如，可以结合用户的活动模式与交通出行方式，向居民发布每日活动与出行中的能量消耗、污染物排放量等信息；也可以在用户制定整日活动计划的过程中，通过次序选择集，引导居民选择就近活动，减少不必要的交通出行；或提供各项活动的邻近公交站点分布、公共交通时刻、公共自行车租赁点信息、绿色出行奖励信息，引导居民以绿色出行为导向制定整日活动计划；另外，鼓励居民共车出行，并提供搜寻共车出行车辆、搜寻出行同伴、预约结伴的渠道；引导居民增加户外休闲、体育锻炼、非机动出行、社会交往等健康相关行为的时间分配等。总之，通过面向智慧、低碳生活方式的行为规划措施，引导居民行为模式与城市发展目标相协同，维持城市社会系统有序、健康、可持续地运作。  

4.结语

随着我国城镇化的加速与深化，传统的城镇发展与城市规划模式亟待转型与革新，而大数据与智慧城市为这种革新提供了机遇与挑战。以人为本业已成为城市发展的重要指导思想，智慧城市应该是人本城市与信息城市的紧密结合，既需要依托大数据、物联网、云计算等新一代信息技术，也需要贯彻以人为本的服务理念。  

我们提出了大数据时代智慧城市规划与管理框架，从对已有城市规划与管理的智慧化改进和人本导向下智慧城市规划与管理可能的突破方向等两个方面，阐述大数据的应用前景。基于动态的含有空间和个人信息的大数据，能够突破传统城市规划与管理的时空间尺度，从基于土地、经济活动的规划向基于个人、日常生活的规划发展，从静态的、蓝图式的规划向动态的、过程式的规划发展，使城市规划与管理更加科学化、智慧化。而人本导向下的智慧城市规划与管理需要倡导以日常生活为导向的新的规划模式，引导居民的行为模式和生活方式与智慧、低碳、可持续的城市发展目标相协同，以居民日常生活的“智慧”来实现城市的“智慧”。