合作式智能交通背景下的城市空间

2022-09-01曾凯

厦门科技 2022年4期

关键词：空间

曾凯

前言

随着经济发展，城市空间的形态结构在人类活动中，通过产业、交通、文化、建筑活化等多维度因子交织、耦合、演化出异常复杂的生态体系[1]。当智慧城市的理念逐渐深入人心，并在城市社会、经济运行和人们的生活中为人们所感知，以合作式智能交通为背景的城市空间时，其智能化越来越受到人们的重视。智慧城市系统的设计者、建设者、使用者需要从时空全局上认识把握现代信息技术、智能化交通运输服务、城市空间经营开发三者的关系，运用系统化的方法论构建数学模型、推动空间知识和人文精神的融合。

城市系统的形成及演化

从网络的角度来看，城市的位置和空间结构本身就是先进的“古代互联网技术”。人们使用“城市技术” 实现了知识信息和商贸物质的高效传播和流通。 “城市技术”构建了高密度的空间可能性，是人类最早的“互联网”[2]。

1.古代城市系统

在古代欧洲，地中海便利的海运条件造就了发达的贸易，而发达的贸易繁荣了众多城市。从罗马经济体系的崩溃到阿拉伯世界崛起，都源于地中海贸易网络的兴衰。欧洲早期的封建领主用私人城堡将欧洲土地割据成大大小小的碎片，人们对空间的使用强调作为“城”的军事功能，没有作为“市”的交流贸易功能。而后靠今天荷兰附近的武装商船和海运中转中心威尼斯，地中海贸易网络再次出现，原来的城堡被扩建成一个个商业化郊区并逐步主导城市空间的开发直到现代，第二代欧洲城市体系开始形成[3]。

在欧亚大陆的另一边，我国的三级地质阶梯和七大水系孕育了以农业枢纽为特征的城市文明体系。从春秋时期齐国开始的海通到汉武帝时期的陆通，逐渐形成了北通朝鲜和日本列岛，南通波斯湾的海上“丝绸之路”，陆通地中海的陆地“丝绸之路”构成的文化贸易交流网络，实现了东西两套城市网络的对接[4]。

2.现代城市系统

20 世纪20 年代，汽车开始普及，大量出现在城市里的汽车极大地改变了现代城市的面貌。现代城市从紧密空间肌理构成的古典城市，演变成为大尺度、多交通网络主导的生长协同空间。

进入互联网时代，城市普遍出现了实体空间的活力衰退现象，现代网络社会开始崛起。空间句法、大数据多目标算法优化等信息化技术使得人类城市空间治理水平不断提高，让人们的生活更便利、成本更低，城市更能吸引多元化的人群，他们之间的交流和碰撞焕发了现代城市的生命力和创造力。

现代城市网络系统的问题及优化

1.城市网络的复杂性

城市功能分区的观念被普遍接受的同时，城市的复杂性和多样性没有很好地被兼顾，通勤潮汐等问题成了许多现代城市的顽疾，而中心城市对周边城市的资源虹吸现象也在破坏城市群系统的多样性和产业协同韧性，与此同时，移动互联网的出现使得城市的功能分区开始消解。

比如我们都知道红灯停绿灯行，这样的共识形成了稳定的交通秩序进而会提升交通网络的效率；但城市功能的复杂性通常正熵作用于秩序的形成，由此产生的城市交通问题被看作交通网络空间失效，难以通过准确预测来避免。

如图1 所示，厦门地区一个时间段两百多万根的OD 连线（出发-目的地连线），我们很难判断到底是哪几根造成了这天哪个区域的交通网络拥堵失效。这使得现代城市空间的一个显著特征是碎片化。

2.优化城市空间网络的技术路线

城市现代化的目的是要把城市变得整体化，降低个体对城市认知的成本，进而降低人们在城市生活中的协作成本。在现代信息网络技术的帮助下，城市空间信息化、智慧化成为优化城市空间网络的重要技术手段。

（1）信息中心对城市空间资源的统一协调

大算力中心技术运用先进的信息技术对城市网络空间的使用进行智能规划，帮助整合碎片化的城市空间，实现合作式智能交通。早在2017 年大众公司就和加拿大量子计算公司D-Wave 合作，借助量子计算机处理了一万辆北京出租汽车的数据，优化了最佳路径，使这一万辆出租车运营里程明显减少，还对北京交通拥堵起到了缓解的作用。随着量子计算、光计算等大规模信息处理技术的发展，城市空间智能化的潜力让人们充满期待。

比如在图2 中，中心控制系统把公交线路和区域人流密度数据进行了耦合叠加，通过统一数据计算和评估，可以得出一系列交通策略，统一调度协调公共交通资源缓解交通拥堵现象，系统甚至可以通过新一代底盘线控技术减少公交车进出车站的时间对各客流节点进行“微控”渗透。以此，通过合作式智能调度，实现交通资源最大化利用，提升城市空间营运效率。

（2）分布式计算特征的生态化协调网络

相对于城市空间智能化，另一种优化城市空间的技术思路则是从城市各个时空的网络背景着手，通过网络技术实现个体对城市空间网络的全局感知，从而实现城市网络的生态化协调。清晰的个体城市共识可以带给人安全感，提升城市运行的效率，城市也就有机会承载更加复杂多样的活动获得更旺盛的活力[5]。图3 中，某园区的信息通过全局融合被广播、筛选至需求个体的手机或机车仪表中，图中的电动公交车可以自行根据载客多边协调算法得到最合适的充电时间和地点，既满足载客需求又通过多车通讯协调机制进行免排队充电。

城市空间平台

高度发达的平台技术，使得获得多维度城市地理空间信息变得方便。

1.单城市范围平台

只要通过一段简单的Python 语言代码，即可得到所希望查询的POI(Point of Interest，兴趣点)。平台接口提供了大基数的低维信息源支撑高维大数据城市空间优化的可行性。于是我们可以建立起基于特定维度信息的空间数字孪生系统。图4中显示了泉州市丰泽区的POI 分布，系统以高效组织现代生活为标准，从多维度研究城市的空间状态。

城市的智慧空间技术通过面向个体形式简化的设计原则，提升人们对城市整体的感知，简单的视觉识别在这个感知塑造过程中发展为生态化的生活经验识别。

2.城市群平台

在不久的将来，人们可能会聚集在城市群体中。城市群的地理范围比单个城市大得多，各城市间有密切的经济和交通联系。

从城镇一体化的角度理解城市网络发展例子有：我国从2020 年开始将市域（郊）铁路（BRT 属于此分类）建设作为优化城市功能布局、促进城镇协调发展、扩大有效投资的重要工具，目的是重点实现五大城市群的同城化延伸覆盖[6]。

从产业战略的地理格局描述城市网络的例子则有“531”区域格局规划，即以五大湾区、三大流域经济带、一条西部边境城市链组成的城市产业经贸体系。

从行业资本支配的视角[7],通过对地图开放平台的海量位置大数据、POI 数据、交通出行数据、行业智能决策平台相关数据等的挖掘计算，和对“城市联系度”多维深层数据结构的分析技术，人类能够对城市网络实现多维度深度整合的理解，比如通过数据分析我们能知道因为通勤人口的规律性流动，北京和廊坊的联系实际超过了深圳-惠州。

虚实结合的动态城市空间

现代城市规划技术由于过度追求对秩序的优化，导致损失了部分以人为本意义上的人文关怀，指标体系极化作用的传导削弱了城市空间功能原有的多样化韧性。

信息网络基础建设的普及为疏解资源内卷、发展虚实结合的城市空间经济提供了条件。比如一些新型房地产公司通过为模块化小型办公空间实现了商业空间的离散拓扑，很好地迎合了分布式办公公司协作潮流。图5 中展示了一种通过无人车借用5G 网络为人们提供增强算力和网络带宽的场景，人们可以实现在提供稳定带宽和强大算力的固定场所才能获得的协作强度，图中的小型无人车在现实中被设计为一种小型移动办公室，是一个拥有强大算力的信息处理中心。

近来，前文提到城市各个时空的网络背景的信息化融合，在人文与信息科技融合方面也获得了发展。比如国内有些景区把“剧本杀”融入到了民俗游当中，通过手机App 和相关道具，旅游者能够在设计好的人文故事线中穿越古今，深度体验当地的风景和文化。城市空间在时间和个体想象维度形成了融合。