清华大学：新城市科学：技术、数据、变革与应用

2023年4月11日@南京大学新城市科学的发展脉络2工业革命电话、汽车大型计算机地理信息系统信息通讯技术田园城市城市生明日之城边缘城市多中心全球城市全球城市区域2001人居环境科学大都市区地理学1826重力模型社会物理学18908投入-产出模型芝加哥学派中心地理论区域科学元胞自动机信息学、生物学19505城市动力学Forrester1969离散选择模型空间投入-产出模型1960s微观模拟模型劳瑞重力模型1964宏观、静态、自上而下、均衡混沌理论流空间理论复杂巨系统空间/地理复杂性基于主体的模型元胞自动机基于主体的模型城市增长模型总体动态性总体动态性圣塔菲研究所高级空间分析中心感知城市实验室城市信息学实验室未来城市实验室北京城市实验室2013新城市科学专业「新城市科学」法的对抗、多学科目标：更可持续、更韧性、更宜居3城市科学的发展演变4Bct城市科学的发展演变个“大建筑”,需要在时空的复杂网络中看待打破“规划是一种对城市元素的机械混合”说法bp“因此，实际上出现了城市bp地进行比较。”p2695城市科学的发展演变城市的整体属性是涌现的，而不是各部分(交通、绿地、产业等分系统)的简单总和地理信息系统，地全球网络社会理环境的复杂性城市及其复杂性城市和城市化规模法则ScalingLawsSociety&ComplexityComplexity纽·卡斯特尔David0'SullivanMichealBattyLuisM.A.Bettencournt复杂系统理论Self复杂系统理论与城市相关部分发展历程简图2020城市科学的发展演变·技术背景：传感器、智能设备、物联网、云计算、人工智能V.D=p▽×H=J+(大)数据驱动人工智能四次科学范式的发展新城市科学的提出区域科学及城市经济学系统整理，并建立在复杂科学新城市科学是利用过去20至25年内发展出来的新技术和新方法，基于复杂性理论的城市科学，体现离散视角8第四次工业革命背景下出现一系列以信息通信技术为代表的新兴技术大数据云计算Bct新数据新技术新方法新数据新技术新方法新的城市科学大数据+开放数据新城市的科学新空间新设施新布局新要素3未来城市新服务新活动新的城市科学新的城市科学：城市实验室●基于大数据、开放数据的城市认知●基于主动感知自主采集数据的城市刻画推动城市空间对人群行为的推动城市空间对人群行为的人行为的空间规律人与移动互联网新兴技术人·新数据=大数据+开放数据研究使用频率高研究使用频率一般●研究使用频率较少。研究几乎还未使用具有相似特征的空置土地和非空置土地的例子—SelectStratify.Label(jpg)Export图片城市主义高度认可基于体现客观世界和主观认知的大规模图片进行量化城市研究，认为图片是一种在短期的未来将得到高度重视的城市数据源，是对已有多源城市数据的重要补充。得分无变化(0)有变化(1或2)街道立面立面颜色立面材料/装饰街道立面的变化是有效的手机信令数据是手机用户与发射基站或者微站之间的通信数据，产生于手机的位置移动、打电话、发短信、规律性位置请求等。这些数据提取人群的年龄、消费状态、移动路径等信息，对小区内的人群属性及其生活空间进行了更细粒度、多维度的刻画。图5小区社会属性指标分布情形 延AO Areallcitieswithsimilarurbanformornot?RedefiningcitieswithubiquitouspointsofinterestandevaluatingthemwithA新方法(大数据+开放数据)数据可视化(GeoHey、Tableau、Mapbox、D3.js等)远程视觉感知平台建成环境虚拟审计平台/在线系统性社会观察互联网调研特点举例基于网络平台自然语言分析可以对各类社交网络中的评论语句进行采集、汇总、分析，识别其中的关键信息，并将其对应到城市空间中。南锣鼓巷真的连锁店越来越多了，哈根达斯，鲜果时间之类的都来凑热闹，已经没有只有在这里才能猜到的好吃的感觉了，等啥时候文宇也没了，我就再也不会来了!!!北京·南锣.主题的先脸参数的出现棍率文件i用詞j文件i用词j的主题主题t各用詞的出现棍率用詞的先验参数Q(=t)j=1.….Vi=1,…,MφβBERT预训练语言模型Nx甄选建筑或城市规划专业背景的审计员对图片内容进行不同指标的打分(人工审计),从而实现对城市空间的多维度评估。——大数据有的时候是大规模人力的数据分析调停车场(片区)建和建用地比例与情形G休闲设施pnsnypd环境品质EnvironmentalQuality共艺末/装置比例M观设计美真度/(ObjectDetection)imageembeddingmaskpointsbox新方法：基于在线研究代替传统调研照片查询的公众参与互动平台：可以对不同地点的各类设施和空间(过街设施、步行空间、儿童活动空间等)留下帮助规划师提高线下调查和统计(例如人流量、车流量)效率的工6主动感知行人活动数据行人活动数据个人活动记录/城市环境数据各类App和小程序地点标注数据、评论文本数据、图片数据眼动仪无人机手持式检测仪(PM2.5检测仪、噪音仪、气味检测仪等)作◎主动城市感知网络作◎h33.7℃62.3%电66.7%可负担性(如房价)噪声新技术：主动城市感知需求为导向和基于传感器的数据收集和相关分析的基础上，以更好地了解城市研究、规划中的建成、自然和社会环境甲醛摄像头TVOC(总挥发性有机化合物)气味温度二氧化碳噪声潮湿度烟雾手持Wi-Fi定位系统可以记录人们在建筑空间中的时空位置，描绘人的行为轨迹。在人流量监测的基础上，Wi-Fi监测设备还可以根据信号值强弱绘制人流热点/热区图。设备信号范围通常直径为25m。AP*-10APAP#-11路由器编码时间客户端mac信号强度00fb652018-08-1416:05ddfcaf00fb682018-08-1416.05ddfcaf新技术：利用穿戴式设备技术研究不同环境要素(如城市绿化)的暴露程度穿戴式设备包括各类可直接穿在身上或是整合到用户的衣服或配件的便携式的设备，如智能手环、智能手表等。因其可以利用人机交互记录佩戴者的身体状态(如心率)、使用情况(如步数，GPS定位)和使用环境(如相机),被越来越多地用于人本尺度的环境数据采集和研究中。穿戴式相机穿戴式相机穿戴式设备Chest机eClipPedometer穿戴式相机Retrievepedestriansandstayingpeople ABECDABECDNa技术+变革新兴技术、人和城市空间的互动关系智能建造路径2:技术直接影响城市空间形态智能建造移动互联网,互联网普及率达70.4%,我国手机网城市生产与服务迭代产品与服务产品包含信息产品(以传播信息为目的)、耐用品(多次使用、寿命较长)及易耗品(易损易耗)等。使得大量原本作为服务场所的城市物部分传统服务能够全天候自助化地向店/书店等，使得服务能够实现按需对城市空间的影响：信息流影响下的空间组织形式转变传统城市改变资凉调度协作供给&匹配需求新城市物质流：物流、人流(交通流)能量流：水、电、气等的流动(能源流)信息流：数字信息流物理空间：建成环境、自然环境社会空间：人的社会经济活动信息空间：数字孪生空间、元空间但数据驱动的、基于“流”特征的物居住：区位结构变化与功能重组由于无人驾驶、无人机等技术发展，居住或分散至郊区年份2009—2018年宁杭街区尺度不同住宅类型的空间分异程度办公：区位结构变化与功能重组·新创新产业空间集聚：创新要素将重塑和优化片区空间结构，创新产业空间趋向集聚，并与科研设计/研发/培训物流物流物流创新产业空间演变生产+物流—+宿舍+配套——+居住+商业+绿地+办公+设计/研发/培训——+休闲+文化+信息+展示企业在办公空间需求方面的态度办公空间研究：办公空间变化的外部性通过对现有空间的更新，促进了城市的可持续发展，更新低利润的城市空间并且更有效地利用建筑空间。联合办公空间的六个典型室内空间分布人北京中心区联合办公空间的分布、项目规模、新建/更新现状交通：区位结构变化与功能重组·负外部性：自动驾驶可能会对交通产生负面的影响，如刺激出行需求和加剧城市蔓延等。各城市相关参数如何受到自动驾驶汽车的影响休闲：区位结构变化与功能重组·网络区位影响：算法与评价使商业空间选址和需求发生改变·金角银边草肚皮转向酒香不怕巷子深开盲盒一般的空间体验不起眼但受欢迎的城市空间不起眼但受欢迎的城市空间城市中“不起眼”的餐厅休闲空间研究：空间布局规律外卖店铺(左)和实体店铺(右)核密度空间分布三维同比例对比两类店铺销量空间分布与道路可达性的关系的转变影响了不同的城市空间结构和的现象，如共享住宅、灵活办公、共享车辆等分o新城市空间的系统性综述体现为集中与分散趋势并存的现象，如共享住宅等，他们具有特定的位置偏好具有双重效应(17%),正外部效应(45%)和负外部效应(38%)Spatialrepresentation信息通信技术对城市功能空间影响的定量总结新城市空间的国内相关研究工作基于新城市科学创造未来城市传统城市科学与城市规划/设计的关系20世纪50年代左右的城市规划绘图方式Leontket(CelularGowthModel)Indlex,Plces.Whatn(LandCoverChaage引起学者和决策概念提出应用有限应用有限方法兰迪斯(Landis)110]CUF/CUF-2元胞自动机(cellularautomata)吴缚龙(Wu)[12]元胞自动机，层次分析法克洛斯特曼(Klosterman)闪基于规则的土地适宜性分析艾伦(Allen)基于规则的土地适宜性分析沃德尔(Waddell)微观模拟(microsimulation),知识推理(knowledge-based逐渐发展挑战基于“新城市科学”支持面向未来的创造新的城市科学：利用新数据、新技新的城市科学：利用新数据、新技术、新方法认知城市现状城市空间利用新城市科学利用新城市科学创造未来城市城市城市空间量化借鉴识别案例基因库新城市的科学：理解新生活新行为理解新生活新行为并总结空间规律未来城市设计：空间干预、场所营造与数字创新空间干预物理层面与社把控合作把控合作合作合作把控合作把控未来城市(空间)创造把控合作把控合作合作合作把控合作把控技术输出组织运营调度管理调度管理作馈合作参与未来城市建设/设计的几股主要力量雄安新区“千年大计”雄安新区“千年大计”基于物联网架构的孪生城市Al智慧岛城市运营管理居住空间研究：空间布局规律由于共享居住平台面向的对象更多为短途旅行的游客，其房源多集中在市中心区域(GurranandPhibbs,Quattroneetal.,2016);有创意产业的地区，靠近大学、旅游区和公交车站的地区(Quattroneet灵活限速系统通勤时段，行人与无人驾驶彻底隔离，提高无人驾驶的行驶速度。4非通勤时段，以行人为主，人群密度较高时，将限速设置为15km/h以下。岛内交通衔接2城市大交通衔接电梯的使用时间，避免聚集大量人群等候电梯。甲板智慧teamLab甲板智慧teamLab不同典型应用场景对应的案例数量光电投影光电投影屏幕显示机械机器机械机器自动化新能源新能源能源转化Associati物联网物联网TransactionsinUrbanData,●UrbanScienceLandissttutsjuLijnesfisndwnhepanwlwtoneveweboooUnwnt.Oinbiineksimydsimin,dnuuEDITORIALBOARDyNotDt.MngLongWsbalsNkrgunirity相关学位项目类型院校院系学位/科系杜克大学跨学科数据科学硕士弗吉尼亚大学数据科学学院数据科学硕士哈佛大学计算机科学与统计学院数据科学硕士数据科学卡内基梅隆大学计算机学院计算数据科学硕士康奈尔大学统计和数据科学系专业研究硕士城市设计卡内基梅隆大学建筑学院计算设计理学硕士