對于城市研究領域來說，“人工智能”是一個前沿課題。深刻理解習總書記關于“人工智能”的戰略論斷，并將其貫徹于城市發展與規劃實踐當中，是今后城市研究理論探索和實踐創新的一個工作重點。基于清華同衡技術創新中心在城市規劃、管理和運維領域利用多源數據開展城市創新型智庫業務的深厚積累，我們對“人工智能將如何推進城鄉高品質發展”這一論題提出探索性見解，以期就教于同行，共同推進國家“人工智能”戰略的實施。
從“智慧城市”到“智能城市”
自2008年IBM首次提出“智慧星球”(Smart Planet)的概念至今，其衍生概念“智慧城市”(Smart City)一直是多方學界與業界的關注熱點，各國政府也對此高度重視。從2012年起，我國住建部和科技部就先后公布了三批共290個智慧城市試點名單，推動了我國智慧城市建設項目的大量落地。
從既有實踐來看，智慧城市強調通過信息技術軟硬件的整合與集成，對多維度城市運營狀態進行實時動態監測，實現了城市治理“監測-評估-模擬-預測-決策”閉環中的第一步。隨著大數據和學習算法的不斷發展，“人工智能”正處于前所未有的蓬勃發展時期，Google公司研發的人工智能程序AlphaGo引發了“人工智能”的熱潮，使人們看到了“人工智能”豐富的內涵與近乎無限可能性的巨大潛力，與此同時，“智能城市”(Intelligent City)的概念也將被賦予更豐富的內涵與具有無限可能性的暢想。 與20 世紀90 年代曾一度被提出過的“智能城市”概念不同，在“人工智能”語境下探討的“智能”，更強調在政務系統、互聯網、物聯網、大數據實時、動態持續生成和積累的基礎上，通過系統的自我診斷、評估和預警，更進一步實現具有自主操控特征的復雜模擬與情景呈現，進而為決策輔助提供客觀可靠的依據。
換言之，讓復雜系統如同擁有了類似“智人”般的“思考”能力，自主應對外部系統要素發生的變化，提出預警、評估及可能的解決方案。因此，無論是在深度還是廣度的范疇，“智能城市”都可以看做是“智慧城市”的進化形態。
人工智能對城鄉發展的推動作用
人工智能將如何推動未來城市發展，實現城市讓生活更美好?我們認為，鑒于城市系統的復雜性和不確定性，要素間關聯的復雜和多變往往超出人類自身的認識能力，智能系統巨大的運算能力和海量的全覆蓋數據將有助于城市復雜系統實現自我評估、自動調優以及治理智能化。
一、人工智能實現城市系統運行的自我評估。通過對人口、產業、交通、能源、不動產價格等城市方方面面的實時監測，挖掘、評估并識別城市系統要素供給與需求間不平衡與不充分的矛盾，提出實時預警，避免城市運維風險，提升系統績效。
▲兩種基于深度學習的人口預測方法(左：LSTM長短期記憶網絡，右：貝葉斯框架下的時空模型，來源：清華同衡技術創新中心《城市運行監測與評估關鍵技術和方法研究-時空模型分析梳理》課題研究組)
例如，通過地圖服務的位置定位數據，可以監測到城市中特定區域人流快速聚集的異常情況，并提前提出預警避免擁擠踩踏等突發事件。通過手機信令數據，可以更精細準確地觀察到不同年齡段城市居住人口的分布地，并基于深度算法對人口數量及分布進行精準預測。進一步將人口規模與城市公共服務設施的規模等級與位置進行空間關聯后，精準地發現特定類型設施供給不足的區域，以及供給過剩需要進行功能轉換的設施。
二、人工智能輔助資源配置的自動調優。基于城市系統級的運行評估，有效挖掘子系統間的內在關聯，結合潛在的可調配資源，通過資源的跨時空調度分配，實現資源配置的調整優化。
例如，在交通流與城市公共設施、人口、產業分布的聯合分析，可以挖掘交通擁堵的結構性、系統級以及設施性、事故型原因，從而通過城市服務設施及用地的優化布局，優化城市道路整體的使用效率。
▲我國三大城市群產業優勢比較分析(來源：清華同衡技術創新中心《基于知識圖譜的產業精準定位關鍵技術研究》課題研究組)
在城市產業研究與發展方面，基于全國企業大數據與產業圖譜算法，根據地方已有的資源稟賦、產業基礎、人才技術和市場網絡等方面，對地方的產業“性格”進行畫像，實現產業優化升級的精準選擇;深度挖掘企業靜態數據與動態信息，轉化為行業、地區、企業規模、資本、技術等多維度的限定條件，實現智能精準招商。
三、人工智能推進城市治理的智能化。利用城市運行積累的大數據和成熟的學習算法，對城市治理過程中的投入與績效進行精細化評估，進而實現城市空間使用與政策的優化。
▲基于城市管理大數據與學習算法的城市病治理技術路線(來源：清華同衡技術創新中心《基于城管大數據的城市病灶診斷評估》課題研究組)
面對國家治理體系和治理能力現代化的宏觀要求，城市精細化治理需要解釋治理手段與政策實施后城市各個系統會發生怎樣的聯動變化;或者城市系統為實現特定的變化目標，應當采用怎樣的治理手段。
▲基于編碼器-解碼器結構的語義分割模型的街景圖像分割識別(來源：清華同衡技術創新中心《基于居民運動軌跡與街道建成環境的城市空間健康水平評估》課題研究組)
傳統的統計數據獲取周期較長，難以滿足精細化治理小步快走的要求，無法實現政務信息資源整合和公共需求的精準預測和有效引導。而利用城市運行中的大量實時數據，結合城市研究中逐漸積累的系統動力學與人工智能算法，則可以為城市治理智能化提供良好的適用性與可支撐性，提高公共服務和社會治理水平。例如，基于居民運動軌跡，結合學習算法提取街道建成環境構成的量化要素，研究居民運動行為對街道建成環境的偏好，并以此為基礎提出街道建成環境改善策略。
展望：人工智能助力“兩個一百年”奮斗目標的實現
未來，人工智能將在多時空尺度和多城鄉維度，通過智能化手段惠及城鄉統籌、鄉村振興等國家發展的諸多重要戰略方向，著力解決好當前發展不平衡、不充分的問題，助力“兩個一百年”奮斗目標的實現。
將目光從城市擴展到人居環境范疇，在城鄉統籌方面，人工智能將更注重如何在更廣闊空間范圍內，實現城鄉一體化系統的自我評估、城鎮群功能結構布局與跨區域資源的自動調優，以提高城鄉間的統籌、協調與高品質治理水平。
通過符合各地社會經濟水平的城鄉統一要素智能配置，培育城鎮及鄉村產業發展，提高城鄉間人口、貨物和服務的良性互動，同時緩解當前部分地區由于人口過度集中與公共品供給不足造成的城市病問題。
在鄉村振興方面，與“智能城市”相對應的“智能鄉村”將成為現有智慧農業系統注入人工智能技術后的一次升級。人工智能技術將根據生產地農產品的生長情況以及銷售地的價格變化等情況，智能化地對鄉村振興戰略中提到的現代農業產業體系、生產體系以及經營體系提供精準的解決方案。
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