曾 凱

前言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展， 城市空間的形態(tài)結(jié)構(gòu)在人類活動中，通過產(chǎn)業(yè)、交通、文化、建筑活化等多維度因子交織、耦合、演化出異常復(fù)雜的生態(tài)體系[1]。當(dāng)智慧城市的理念逐漸深入人心，并在城市社會、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和人們的生活中為人們所感知， 以合作式智能交通為背景的城市空間時， 其智能化越來越受到人們的重視。 智慧城市系統(tǒng)的設(shè)計者、 建設(shè)者、 使用者需要從時空全局上認(rèn)識把握現(xiàn)代信息技術(shù)、智能化交通運(yùn)輸服務(wù)、城市空間經(jīng)營開發(fā)三者的關(guān)系，運(yùn)用系統(tǒng)化的方法論構(gòu)建數(shù)學(xué)模型、推動空間知識和人文精神的融合。

城市系統(tǒng)的形成及演化

從網(wǎng)絡(luò)的角度來看， 城市的位置和空間結(jié)構(gòu)本身就是先進(jìn)的“古代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”。 人們使用“城市技術(shù)” 實現(xiàn)了知識信息和商貿(mào)物質(zhì)的高效傳播和流通。 “城市技術(shù)”構(gòu)建了高密度的空間可能性，是人類最早的“互聯(lián)網(wǎng)”[2]。

1.古代城市系統(tǒng)

在古代歐洲， 地中海便利的海運(yùn)條件造就了發(fā)達(dá)的貿(mào)易，而發(fā)達(dá)的貿(mào)易繁榮了眾多城市。 從羅馬經(jīng)濟(jì)體系的崩潰到阿拉伯世界崛起， 都源于地中海貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)的興衰。 歐洲早期的封建領(lǐng)主用私人城堡將歐洲土地割據(jù)成大大小小的碎片， 人們對空間的使用強(qiáng)調(diào)作為“城”的軍事功能，沒有作為“市”的交流貿(mào)易功能。 而后靠今天荷蘭附近的武裝商船和海運(yùn)中轉(zhuǎn)中心威尼斯， 地中海貿(mào)易網(wǎng)絡(luò)再次出現(xiàn)， 原來的城堡被擴(kuò)建成一個個商業(yè)化郊區(qū)并逐步主導(dǎo)城市空間的開發(fā)直到現(xiàn)代， 第二代歐洲城市體系開始形成[3]。

在歐亞大陸的另一邊， 我國的三級地質(zhì)階梯和七大水系孕育了以農(nóng)業(yè)樞紐為特征的城市文明體系。 從春秋時期齊國開始的海通到漢武帝時期的陸通，逐漸形成了北通朝鮮和日本列島，南通波斯灣的海上“絲綢之路”，陸通地中海的陸地“絲綢之路”構(gòu)成的文化貿(mào)易交流網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了東西兩套城市網(wǎng)絡(luò)的對接[4]。

2.現(xiàn)代城市系統(tǒng)

20 世紀(jì)20 年代，汽車開始普及，大量出現(xiàn)在城市里的汽車極大地改變了現(xiàn)代城市的面貌。 現(xiàn)代城市從緊密空間肌理構(gòu)成的古典城市， 演變成為大尺度、多交通網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)的生長協(xié)同空間。

進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時代， 城市普遍出現(xiàn)了實體空間的活力衰退現(xiàn)象，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)社會開始崛起。 空間句法、 大數(shù)據(jù)多目標(biāo)算法優(yōu)化等信息化技術(shù)使得人類城市空間治理水平不斷提高， 讓人們的生活更便利、成本更低，城市更能吸引多元化的人群，他們之間的交流和碰撞煥發(fā)了現(xiàn)代城市的生命力和創(chuàng)造力。

現(xiàn)代城市網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的問題及優(yōu)化

1.城市網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性

城市功能分區(qū)的觀念被普遍接受的同時，城市的復(fù)雜性和多樣性沒有很好地被兼顧， 通勤潮汐等問題成了許多現(xiàn)代城市的頑疾， 而中心城市對周邊城市的資源虹吸現(xiàn)象也在破壞城市群系統(tǒng)的多樣性和產(chǎn)業(yè)協(xié)同韌性，與此同時，移動互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)使得城市的功能分區(qū)開始消解。

比如我們都知道紅燈停綠燈行， 這樣的共識形成了穩(wěn)定的交通秩序進(jìn)而會提升交通網(wǎng)絡(luò)的效率； 但城市功能的復(fù)雜性通常正熵作用于秩序的形成， 由此產(chǎn)生的城市交通問題被看作交通網(wǎng)絡(luò)空間失效，難以通過準(zhǔn)確預(yù)測來避免。

如圖1 所示， 廈門地區(qū)一個時間段兩百多萬根的OD 連線（出發(fā)-目的地連線），我們很難判斷到底是哪幾根造成了這天哪個區(qū)域的交通網(wǎng)絡(luò)擁堵失效。 這使得現(xiàn)代城市空間的一個顯著特征是碎片化。

2.優(yōu)化城市空間網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)路線

城市現(xiàn)代化的目的是要把城市變得整體化，降低個體對城市認(rèn)知的成本， 進(jìn)而降低人們在城市生活中的協(xié)作成本。 在現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的幫助下，城市空間信息化、智慧化成為優(yōu)化城市空間網(wǎng)絡(luò)的重要技術(shù)手段。

（1）信息中心對城市空間資源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)

大算力中心技術(shù)運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)對城市網(wǎng)絡(luò)空間的使用進(jìn)行智能規(guī)劃， 幫助整合碎片化的城市空間，實現(xiàn)合作式智能交通。 早在2017 年大眾公司就和加拿大量子計算公司D-Wave 合作， 借助量子計算機(jī)處理了一萬輛北京出租汽車的數(shù)據(jù)，優(yōu)化了最佳路徑，使這一萬輛出租車運(yùn)營里程明顯減少， 還對北京交通擁堵起到了緩解的作用。隨著量子計算、光計算等大規(guī)模信息處理技術(shù)的發(fā)展， 城市空間智能化的潛力讓人們充滿期待。

比如在圖2 中， 中心控制系統(tǒng)把公交線路和區(qū)域人流密度數(shù)據(jù)進(jìn)行了耦合疊加， 通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)計算和評估，可以得出一系列交通策略，統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)公共交通資源緩解交通擁堵現(xiàn)象， 系統(tǒng)甚至可以通過新一代底盤線控技術(shù)減少公交車進(jìn)出車站的時間對各客流節(jié)點進(jìn)行“微控”滲透。以此，通過合作式智能調(diào)度，實現(xiàn)交通資源最大化利用，提升城市空間營運(yùn)效率。

（2）分布式計算特征的生態(tài)化協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)

相對于城市空間智能化， 另一種優(yōu)化城市空間的技術(shù)思路則是從城市各個時空的網(wǎng)絡(luò)背景著手， 通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)個體對城市空間網(wǎng)絡(luò)的全局感知，從而實現(xiàn)城市網(wǎng)絡(luò)的生態(tài)化協(xié)調(diào)。清晰的個體城市共識可以帶給人安全感， 提升城市運(yùn)行的效率， 城市也就有機(jī)會承載更加復(fù)雜多樣的活動獲得更旺盛的活力[5]。 圖3 中，某園區(qū)的信息通過全局融合被廣播、 篩選至需求個體的手機(jī)或機(jī)車儀表中， 圖中的電動公交車可以自行根據(jù)載客多邊協(xié)調(diào)算法得到最合適的充電時間和地點，既滿足載客需求又通過多車通訊協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行免排隊充電。

城市空間平臺

高度發(fā)達(dá)的平臺技術(shù)， 使得獲得多維度城市地理空間信息變得方便。

1.單城市范圍平臺

只要通過一段簡單的Python 語言代碼，即可得到所希望查詢的POI(Point of Interest，興趣點)。平臺接口提供了大基數(shù)的低維信息源支撐高維大數(shù)據(jù)城市空間優(yōu)化的可行性。 于是我們可以建立起基于特定維度信息的空間數(shù)字孿生系統(tǒng)。 圖4中顯示了泉州市豐澤區(qū)的POI 分布， 系統(tǒng)以高效組織現(xiàn)代生活為標(biāo)準(zhǔn)， 從多維度研究城市的空間狀態(tài)。

城市的智慧空間技術(shù)通過面向個體形式簡化的設(shè)計原則，提升人們對城市整體的感知，簡單的視覺識別在這個感知塑造過程中發(fā)展為生態(tài)化的生活經(jīng)驗識別。

2.城市群平臺

在不久的將來， 人們可能會聚集在城市群體中。 城市群的地理范圍比單個城市大得多，各城市間有密切的經(jīng)濟(jì)和交通聯(lián)系。

從城鎮(zhèn)一體化的角度理解城市網(wǎng)絡(luò)發(fā)展例子有：我國從2020 年開始將市域（郊）鐵路（BRT 屬于此分類）建設(shè)作為優(yōu)化城市功能布局、促進(jìn)城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展、擴(kuò)大有效投資的重要工具，目的是重點實現(xiàn)五大城市群的同城化延伸覆蓋[6]。

從產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的地理格局描述城市網(wǎng)絡(luò)的例子則有“531”區(qū)域格局規(guī)劃，即以五大灣區(qū)、三大流域經(jīng)濟(jì)帶、 一條西部邊境城市鏈組成的城市產(chǎn)業(yè)經(jīng)貿(mào)體系。

從行業(yè)資本支配的視角[7],通過對地圖開放平臺的海量位置大數(shù)據(jù)、POI 數(shù)據(jù)、交通出行數(shù)據(jù)、行業(yè)智能決策平臺相關(guān)數(shù)據(jù)等的挖掘計算，和對“城市聯(lián)系度”多維深層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析技術(shù)，人類能夠?qū)Τ鞘芯W(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多維度深度整合的理解，比如通過數(shù)據(jù)分析我們能知道因為通勤人口的規(guī)律性流動，北京和廊坊的聯(lián)系實際超過了深圳-惠州。

虛實結(jié)合的動態(tài)城市空間

現(xiàn)代城市規(guī)劃技術(shù)由于過度追求對秩序的優(yōu)化，導(dǎo)致?lián)p失了部分以人為本意義上的人文關(guān)懷，指標(biāo)體系極化作用的傳導(dǎo)削弱了城市空間功能原有的多樣化韌性。

信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的普及為疏解資源內(nèi)卷、發(fā)展虛實結(jié)合的城市空間經(jīng)濟(jì)提供了條件。 比如一些新型房地產(chǎn)公司通過為模塊化小型辦公空間實現(xiàn)了商業(yè)空間的離散拓?fù)?，很好地迎合了分布式辦公公司協(xié)作潮流。圖5 中展示了一種通過無人車借用5G 網(wǎng)絡(luò)為人們提供增強(qiáng)算力和網(wǎng)絡(luò)帶寬的場景，人們可以實現(xiàn)在提供穩(wěn)定帶寬和強(qiáng)大算力的固定場所才能獲得的協(xié)作強(qiáng)度，圖中的小型無人車在現(xiàn)實中被設(shè)計為一種小型移動辦公室，是一個擁有強(qiáng)大算力的信息處理中心。

近來， 前文提到城市各個時空的網(wǎng)絡(luò)背景的信息化融合， 在人文與信息科技融合方面也獲得了發(fā)展。 比如國內(nèi)有些景區(qū)把“劇本殺”融入到了民俗游當(dāng)中，通過手機(jī)App 和相關(guān)道具，旅游者能夠在設(shè)計好的人文故事線中穿越古今， 深度體驗當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)景和文化。 城市空間在時間和個體想象維度形成了融合。

結(jié)論

城市的形成和發(fā)展是復(fù)雜的動態(tài)區(qū)位過程，有著深刻的社會經(jīng)濟(jì)歷史原因， 并在空間上同城市的形態(tài)結(jié)構(gòu)演化成互動的整體， 是認(rèn)知和秩序化的功能循環(huán)。 合作式智能交通是現(xiàn)代城市系統(tǒng)演化的必然趨勢，并伴隨網(wǎng)絡(luò)科技的發(fā)展，將碎片化形態(tài)通過信息網(wǎng)絡(luò)的融合作用連接成新的城市空間。