擁堵怎么治，事故怎么防？ 看微軟和pg如何“智”愈城市
無論從人口規(guī)模、土地面積還是城市功能來看，北上廣已位列當(dāng)之無愧的三座世界級特大型城市。單上海地鐵突破1000萬次的日均客流量，就足以令人咋舌。
城市化進(jìn)程構(gòu)建了高聳入云的建筑和隨處可見的商。泊戳巳韁娜肆骱陀導(dǎo)返慕煌。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能的綜合運(yùn)用，市場規(guī)模千億元級的智慧交通成為智慧城市的一項(xiàng)核心板塊，而一座城市的毛細(xì)血管——道路交通正在以新的方式被不斷激活。如何更智能化、精細(xì)化地規(guī)劃與管理一座城市？
突破經(jīng)驗(yàn)主義
對于管理者而言，城市規(guī)劃及管理是一項(xiàng)多學(xué)科交叉的高難度工作。而對于居住者來說，城市系統(tǒng)或許比想象的還要更復(fù)雜。
微軟亞洲研究院城市計(jì)算負(fù)責(zé)人鄭宇博士給《21CBR》記者打了個(gè)比方。
圍棋棋盤由縱橫各19道線形成，共有361個(gè)交叉點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)有黑子、白子和空著不擺子三種狀態(tài)，就能衍生出千萬種棋局。和情況更為復(fù)雜的城市交通比起來，AlphaGo 面對的問題可能是“小巫見大巫”了。因?yàn)?，國內(nèi)中大型城市的道路數(shù)以千計(jì)，如果將城市中的每個(gè)十字路口都比作一個(gè)點(diǎn)，“城市棋盤”的點(diǎn)數(shù)足可達(dá)到十萬級別以上。
對于每日穿梭在各個(gè)點(diǎn)之間的都市人群，最關(guān)心的出行問題是堵車。智慧交通需要從城市運(yùn)轉(zhuǎn)的中心大腦一路延伸至神經(jīng)末端，才能讓一座城市流動(dòng)起來。
將宏大的智能交通項(xiàng)目落實(shí)到一座城市的某個(gè)十字路口，具體包含哪些要素？
視頻監(jiān)控產(chǎn)品及解決方案供應(yīng)商pg科技的首席架構(gòu)師姚華告訴《21CBR》記者，相關(guān)部門出臺了在業(yè)內(nèi)被稱為“19項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)”的部署細(xì)則，比如通常正反方向各需要一臺攝像機(jī)，補(bǔ)光燈和爆閃燈則是標(biāo)配。此外，所有路口都設(shè)有網(wǎng)絡(luò)機(jī)箱、信號控制機(jī)和流量傳感器，部分路口甚至需要不間斷電源。
2016年4月，福州啟用了pg科技的智能交通整體解決方案，對全市309個(gè)路口實(shí)行覆蓋前中后端的一體化管理。以核心的監(jiān)控?cái)z像頭為例，從早期的200萬像素到常用的300萬-700萬像素，具體部署時(shí)如何選擇型號，大有講究。
圖：緊鄰紅燈的就是球形攝像機(jī)，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，對于路面較寬的單向4-6車道，往往需要在前端配備兩臺900萬像素的高清設(shè)備，數(shù)據(jù)源源不斷地傳輸至后端，再通過在指揮中心建立大數(shù)據(jù)平臺和相應(yīng)的傳輸、存儲和顯示配置，實(shí)現(xiàn)交通業(yè)務(wù)的外部呈現(xiàn)和表達(dá)。
實(shí)際運(yùn)作起來，這套系統(tǒng)每日產(chǎn)生700萬條過車數(shù)據(jù)，福州交警一個(gè)月內(nèi)處理了3950輛涉及闖紅燈、超速等違法行為的車輛。前端攝像頭智能識別、自動(dòng)抓拍并一路追蹤違法車輛的軌跡，后臺則在比對復(fù)合后自動(dòng)開出罰單。對于套牌等行為，系統(tǒng)還會進(jìn)入車牌庫進(jìn)行二次比對。一線交管的力量則集中用于酒駕等突發(fā)事件，取證更嚴(yán)謹(jǐn)了，大量的人力卻因此可以解放出來。
智能化出現(xiàn)以前，各地交管的治理方式可以被歸結(jié)為“經(jīng)驗(yàn)主義”。得益于2002年全國交通信息化工作的啟動(dòng)開展，一線交警通過大屏指揮中心等方式監(jiān)控到城市擁堵情況，就會立即加大一線人手派出，強(qiáng)化車輛疏導(dǎo)，同時(shí)對特定擁堵路段進(jìn)行紅綠燈次控制，比如，將綠燈間隔的長度延長1分鐘。
這樣的做法常常是有效、可控的，因?yàn)樵诖蟛糠謺r(shí)間段里，每座城市的交通流量“其實(shí)是相對固定的”，姚華介紹，“每個(gè)交警都有自己的現(xiàn)實(shí)管理經(jīng)驗(yàn)?！?/P>
但是，經(jīng)驗(yàn)在某些時(shí)刻未必能發(fā)揮作用，比如，向來缺少降雨的北京市，在2016年7月遇到降水量達(dá)200毫米以上的特大暴雨，哪些地方會在什么時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)道路積水，影響交通正常運(yùn)作？這些問題足以問倒任何一個(gè)城市管理者。
又如，周杰倫在廣州舉辦演唱會，會對體育館周邊的交通造成什么影響？姚華表示，業(yè)內(nèi)太缺少這樣的特殊樣本積累，理論上，需要周杰倫連續(xù)來三年，才能在第四年提前做出預(yù)測?！耙?yàn)橹芙軅惻c李宗盛（演唱會）對交通的影響，又是不盡相同的。”
圖 ？誄さ搪釩Υ笙孟攣綰鴕辜澠納閌稻，實(shí)現(xiàn)路口實(shí)況查看和交通疏導(dǎo)，由pg30倍高清監(jiān)控球機(jī)抓拍
目前，pg科技的兩個(gè)主要交通業(yè)務(wù)？欏シㄎフ麓硨土髁靠刂乒芾，在收入端呈現(xiàn)7:3左右的比例。鑒于深度學(xué)習(xí)和機(jī)器視覺近年來的爆發(fā)式突破和增長，國內(nèi)智慧交通在車輛及行人管理上成效顯著，形成了實(shí)時(shí)監(jiān)控、全面取證、智慧研判等一整套常規(guī)作業(yè)流程。不過，姚華也坦言，現(xiàn)階段仍有交通流量的預(yù)測管理等諸多難題尚未被解決。
圖 福州市大規(guī)模部署pg設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)落地和實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，左上為8米高的桿位上部署的卡口攝像機(jī)（室外前端），右上為數(shù)據(jù)中心內(nèi)的大數(shù)據(jù)服務(wù)器（室內(nèi)后端）
開放公共數(shù)據(jù)
2008年，微軟亞洲研究院設(shè)立城市計(jì)算研究方向，由鄭宇博士擔(dān)任負(fù)責(zé)人。團(tuán)隊(duì)的主要工作是通過對城市大數(shù)據(jù)的融合與分析，解決城市交通、市政規(guī)劃、能源環(huán)境中面臨的問題，并為環(huán)保部和上海、貴陽、福州、成都等地方政府部門提供咨詢服務(wù)。
圖：平安城市和智能交通中建設(shè)中的卡口和非現(xiàn)場執(zhí)法設(shè)備，它們已經(jīng)不僅僅是普通的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，而是大數(shù)據(jù)和人工智能 的前端采集。采集信息包括人車物的各種數(shù)據(jù)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，不是花時(shí)間討論智慧城市的概念和標(biāo)準(zhǔn)，而是用計(jì)算機(jī)知識和人工智能技術(shù)，解決城市里實(shí)際面臨的各種問題。
城市計(jì)算是一門融合計(jì)算機(jī)與城市規(guī)劃等專業(yè)的新興交叉學(xué)科，與純圖像、語言處理相比，屬于典型的“多數(shù)據(jù)多任務(wù)”。面對大到全市生產(chǎn)總值，小到一間雜貨鋪每日用電量的海量數(shù)據(jù)，研究者一開始就容易陷入一個(gè)巨大的疑問：如何知道哪些數(shù)據(jù)能為我所用？鄭宇坦言：“很多學(xué)生做完了項(xiàng)目A，到了項(xiàng)目B 還是不知道怎么開始，需要具備很強(qiáng)的演化推理能力?！鲍@得這一能力的門檻不低，既要懂得機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)，又要掌握一定的交通、環(huán)境等領(lǐng)域知識。培養(yǎng)出這樣一個(gè)行業(yè)稀缺的數(shù)據(jù)科學(xué)家，在鄭宇看來至少需要7-10年，與微軟合作的紐約大學(xué)于2013年8月專門開設(shè)了城市信息學(xué)的碩士專業(yè)，時(shí)任紐約市長的布隆伯格親自揭牌歡迎新生入學(xué)。要用好數(shù)據(jù)，首先必須懂得數(shù)據(jù)。比如，一間本地商場屬于時(shí)空不變的靜態(tài)點(diǎn)數(shù)據(jù)，城市路網(wǎng)則是靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，單車騎行軌跡則是最復(fù)雜卻最有價(jià)值的動(dòng)態(tài)點(diǎn)數(shù)據(jù)——時(shí)間和空間都有變化，且點(diǎn)和點(diǎn)之間關(guān)系連續(xù)。
城市問題的數(shù)據(jù)特征屬于典型的“多源異構(gòu)”，大量跨領(lǐng)域、跨特征、結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一的時(shí)空數(shù)據(jù)，在政府系統(tǒng)內(nèi)通常涉及多個(gè)部門，對數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求又高，獲取難度可想而知。美國紐約曾為此頒布了《紐約市開放數(shù)據(jù)法案》，要求各部門打破壁壘，建立公共數(shù)據(jù)開放平臺。
貴陽在國內(nèi)率先提出城市大數(shù)據(jù)開放平臺的計(jì)劃。2016年，鄭宇主持了該數(shù)據(jù)平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)施。2017年1月，上述平臺開始試運(yùn)行。截至目前，平臺上可以瀏覽、下載到535萬條數(shù)據(jù)，涉及51個(gè)部門的1180個(gè)數(shù)據(jù)資源。比如，市交管局提供闖紅燈設(shè)備路口點(diǎn)位表，市交通委則發(fā)布市區(qū)加油站的分布情況。城市計(jì)算組后來還開發(fā)出一款基于出租車數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)大人流預(yù)測系統(tǒng)。
同時(shí)，各地也紛紛開始行動(dòng)。2016年下半年，摩拜單車的公司注冊地——上海徐匯區(qū)政府牽頭微軟和摩拜，開展基于大數(shù)據(jù)的自行車道規(guī)劃工作，并給出了實(shí)際場景及問題：為轄區(qū)內(nèi)的5個(gè)片區(qū)建設(shè)30公里的自行車道。建設(shè)經(jīng)費(fèi)和土地資源是有限的，同時(shí)，自行車道作為一項(xiàng)公共資源，必須盡可能服務(wù)更多的人，并在有限區(qū)域內(nèi)相連分布，便于施工和后續(xù)管理。
基于1萬多名摩拜用戶一個(gè)月的20多萬條騎行軌跡，鄭宇團(tuán)隊(duì)開發(fā)設(shè)計(jì)了一套軟件系統(tǒng)，輸入修路預(yù)算和對應(yīng)的修建里程數(shù)，系統(tǒng)就會自動(dòng)生成在徐匯區(qū)內(nèi)的車道規(guī)劃路線建議。徐匯區(qū)一方面聯(lián)合上海市規(guī)劃院，試圖在全市范圍內(nèi)推廣，另一面與微軟方面的第二階段合作也已悄然啟動(dòng)。
市民或許更想了解的是，系統(tǒng)生成的路線規(guī)劃是否切實(shí)符合實(shí)際使用需要，車道建成后，會因?yàn)榇罅苛髁坑咳攵a(chǎn)生新的擁堵嗎？鄭宇解釋，整體業(yè)務(wù)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(shí)際騎行數(shù)據(jù)，找出覆蓋最多行駛?cè)藬?shù)的線路。試想一下，對于一條特定路線，隨著騎行長度的持續(xù)增加，走同樣路線的人數(shù)通常會相應(yīng)減少。因此，對于每一個(gè)都市通勤的個(gè)體，規(guī)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(shí)際效用將獲得最大化的滿足。
圖 杭州白馬湖動(dòng)漫節(jié)的安保，實(shí)現(xiàn)3D實(shí)況貼圖（上）和高空全景漫游（下）
試驗(yàn)人流預(yù)測
也有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，相比城市管理者掌管的海量數(shù)據(jù)，中國互聯(lián)網(wǎng)界的BAT 和獨(dú)角獸們在數(shù)據(jù)優(yōu)勢方面漸漸后來居上。這些公司手中握有大量的定位、消費(fèi)、支付等數(shù)據(jù)，在城市管理領(lǐng)域的商業(yè)價(jià)值尚未明晰，但應(yīng)用潛力巨大。
圖：上圖的前端卡口攝像機(jī)將高清照片結(jié)構(gòu)化打上人車物的標(biāo)簽信息，下圖為能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)多維碰撞的智能分析服務(wù)器
抓住用戶，就抓住了數(shù)據(jù)。歸根結(jié)底，城市的核心仍在于人。
大人流監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)也基于車輛違章、智能識別等場景的機(jī)器視覺技術(shù)，業(yè)內(nèi)俗稱“數(shù)人頭”。2017年1月，廣州火車站上線國內(nèi)首個(gè)春運(yùn)大數(shù)據(jù)實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用項(xiàng)目，pg科技為其部署具備人數(shù)統(tǒng)計(jì)功能的智能高清IP 攝像機(jī)，后臺安裝CPU+GPU 混插的“昆侖”高性能計(jì)算平臺，最多可并發(fā)處理2.4億大庫智能搜索。廣州火車站是全國春運(yùn)歷年發(fā)送旅客最多的車站，pg科技的方案覆蓋了滯留人數(shù)最多的站前廣場區(qū)域。
廣州地區(qū)春運(yùn)指揮部實(shí)時(shí)關(guān)注著整個(gè)火車站區(qū)域的滯留情況，并對接廣州市教委的大數(shù)據(jù)分析平臺進(jìn)行比對，從而快速調(diào)整指揮工作，防止嚴(yán)重聚集和踩踏事件的發(fā)生。比如，當(dāng)人數(shù)達(dá)到5萬時(shí)，火車站會啟動(dòng)五級響應(yīng)，并通過高鐵轉(zhuǎn)普鐵來緩解火車站壓力。當(dāng)人數(shù)超過10萬，則會全面組織旅客退票。
上海外灘踩踏事件發(fā)生后，鄭宇第一時(shí)間發(fā)布微博，表示可以采用大數(shù)據(jù)和人工智能的方式做出預(yù)測分析。有網(wǎng)友對此不解：“都知道會有很多人去，還需要預(yù)測嗎？”在清華大學(xué)的大數(shù)據(jù)講座上，鄭宇進(jìn)一步說明，“政府需要知道的是‘多’的程度、人數(shù)達(dá)到峰值的具體時(shí)間，甚至是每個(gè)單位時(shí)間的人員進(jìn)出數(shù)量，才能做出決策，50萬人和100萬人對應(yīng)的安全等級和措施是完全不一樣的。”
微軟方面因此提出了“城市黑洞”和“城市火山”的概念?！俺鞘泻诙础笔侵敢欢螘r(shí)間內(nèi)進(jìn)入一處區(qū)域的人群數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流出數(shù)量，而“城市火山”則恰恰相反。
還是以周杰倫開演唱會為例，演唱會開始前體育館和周邊會形成一個(gè)黑洞，演唱會結(jié)束后，大量歌迷涌出則像是“火山噴發(fā)”。鄭宇團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，黑洞和火山的大小呈動(dòng)態(tài)變化，邊界則不固定，形成一段時(shí)間內(nèi)，范圍還會逐步擴(kuò)大。
2016年底，微軟亞洲研究院的人流預(yù)測系統(tǒng)在貴陽市落地試驗(yàn)。系統(tǒng)將城市地圖分為1公里×1公里的均勻網(wǎng)格，再把貴陽出租車的實(shí)時(shí)GPS 軌跡信息投射到網(wǎng)格里，通過預(yù)測每個(gè)格子未來有多少出租車進(jìn)和出，得出3-5個(gè)小時(shí)內(nèi)貴陽市內(nèi)以及相應(yīng)每個(gè)格子所屬區(qū)域的人流估計(jì)情況。系統(tǒng)在視覺呈現(xiàn)上是一個(gè)二維熱力圖，顏色越紅的地方代表人越多。
和交通流量預(yù)測一樣，人流預(yù)測同樣十分困難，天氣、時(shí)間都是影響因素，甚至相隔很遠(yuǎn)地方的人流進(jìn)出也要納入考慮。多名業(yè)內(nèi)人士告訴《21CBR》記者，北京市交管也在采用類似的方法積極探索。以公交車、出租車的流量狀態(tài)來輔助預(yù)測整個(gè)城市的交通、人流情況，成為當(dāng)前這一領(lǐng)域的熱門研究方向。中國正在建設(shè)智慧城市的道路上拼命追趕。
姚華眼中的智慧交通與一座城市的經(jīng)濟(jì)繁榮密切關(guān)聯(lián)，“上了部分業(yè)務(wù)后，一些城市的交通改善了，但隨著買車的人增多，擁堵情況又會出現(xiàn)”。
這樣的螺旋式上升在微軟看來，貫穿城市的前世、今生和未來：用大數(shù)據(jù)和人工智能洞察歷史、高效運(yùn)營和合理規(guī)劃，形成一個(gè)環(huán)路，最終將帶來更美好的城市。
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