大数据+服务设计：把脉“可持续城市化”

新基础设施是2020年春天最热门的词汇之一。尤其是5G网络、数据中心、云计算、人工智能等新一代数字基础设施的建设和利用被视为可持续发展的新动力。

在这些基本条件下，如何真正提高城市化质量和城市居民的生活质量，需要更多的研究者提供多元化的解决方案。

就在今年，中国科学院软件研究所参与的中英合作项目“将服务设计和大数据技术转化为可持续城市化”获得了2019年“牛顿奖”中国奖。该项目基于数字技术，为解决可持续发展问题提供人力和智力资源。

据报道，牛顿奖旨在通过英国的科学和创新伙伴关系帮助解决全球发展挑战，并授予促进经济发展和社会福利的最佳研究或创新。这是自2017年“牛顿奖”设立以来，该奖项首次授予中国科研机构。

迎接城市化的挑战

从中国城市化的发展来看，中国经历了世界历史上规模最大、速度最快的城市化进程。随着经济和技术的发展，城市化率从1978年的17.9%上升到2019年的59.58%。

“但与此同时，这些城市在使用清洁能源和水资源方面普遍存在严重的风险和挑战。公共资源配置不合理等问题依然突出，城市居民公共服务和社会管理不到位。我们迫切需要研究如何帮助这些城市移民更好地适应和融入新环境。”中国科学院软件研究所研究员、中方负责人马翠霞表示，这是合作项目研究的初衷。

此外，中国城市化的发展一直是一致的，缺乏个性化的设计。中国科学院软件研究所项目顾问兼研究员王洪安表示，随着5G时代的到来，传感器覆盖的领域越来越多，人们的在线活动也越来越多。通过数字技术挖掘和分析人们的真实想法和需求，支持管理者方便地为他们提供个性化服务，从而真正优化*资源的合理配置。

为应对中国城市化进程中城市可持续发展的挑战，在牛顿基金的支持下，中英两国整合了40多个跨学科研究团队，将大数据和机器学习相结合，特别是自然交互技术设计和视频大数据的可视化显示，实现了交通安全或工业安全服务的全方位提升，并推荐了城市或社区服务模式，提出了有利于城市或社区可持续发展的指导方针。

“我们希望看到城镇生态环境可持续发展的未来，并为城市化进程提供个性化服务，特别是为老年人、儿童和残疾人等弱势群体。”马翠霞说，这是团队的共同目标。

创新数字技术

本项目针对城镇可持续发展面临的海量生态数据挖掘和分析的挑战，中国科学院软件研究所团队突破了大型城市生态视频数据的时空表示和可视化交互技术，创新了一种基于螺旋结构的视频摘要生成方法。

目前，视频监控系统作为维护公共安全的“数据探针”，越来越多地应用于城市的各个角落。如何快速识别和保留海量内容中的关键信息已成为有效监控的焦点。

王洪安介绍，这种视频内容的螺旋摘要生成方法首先对视频进行镜头分割、镜头筛选、关键帧提取和感兴趣区域提取等预处理操作，得到关键帧的感兴趣区域，然后利用螺旋摘要布局算法将这些图像排列在螺旋几何结构上，然后对关键帧进行显示区域处理，得到一种能够有效呈现视频内容的螺旋摘要表示的新形式。

“使用螺旋方法来表示视频内容的优势在于，它有利于视频内容显示的连续性，有利于保持视频流的线性及时性，从而可以大大提高用户理解视频内容和定位视频的效率。”王洪安说。

目前，该技术已经应用于许多城镇的公共服务领域，如公共交通、各种服务窗口的视频监控以及区域入侵防御和预警等。此外，它还包括工业过程，如能源管道的安全监测。

在分析视频信息的过程中，研究小组还使用了“情绪计算”技术。这是一个计算机系统，能够感知、识别和理解人们的情绪，并能对人们的情绪做出智能反馈。通过分析客户的情绪变化，可以判断他们的状态、地位和想法。

王洪安说，人类的情感是不断变化的，就像调色板一样。情感计算中最重要的是情感理解和情感变化的实时跟踪。通过这种方式，计算机可以理解人们的意图，甚至挖掘人们隐藏的需求。这项技术目前正用于犯罪分析领域，如识别和分析传销、金融欺诈和其他行为。

服务的智能设计

如果大数据和机器学习技术为城市化服务提供了必要的硬条件，那么它们是否能真正满足人们对高质量服务的需求仍取决于软条件服务设计。

英国负责人、英国诺森比亚大学教授秦胜峰表示，服务设计本质上是一个系统，包括服务流程、方法、程序、商业模式等。满足服务供应商和服务需求者，成为他们之间的接口。

服务设计必须以人为本，这与人们的体验密切相关。这也意味着需要大量的用户参与服务设计的过程，并且还需要积累足够的历史数据。

在分析城镇一体化发展面临的困难时，中英团队首先想到了老龄化现象。如何利用大数据和服务设计来帮助老年人解决老年问题。

因此，秦胜峰提出了基于众包的创新平台设计开发方案。通过这个众包平台，大量老年用户被邀请参与，在与他们互动的过程中，他们对养老、医疗和其他服务的需求是什么？何时以及需要多少服务数量和服务供应；服务的困难和痛苦是什么...

“我们有一个叫做‘社会群体智能’的设计概念，它是从大众到大众来的。根据需求分析，进行方案设计，然后反馈给他们进行进一步的评估、调整和反馈，对服务设计有很大的促进作用。”秦胜峰说道。

公共交通是城镇一体化的前提，但城镇间公共交通资源的合理配置仍是薄弱环节。如何提高公共交通的服务质量和选择公共交通作为交通方式的出行者比例是团队关心的问题。

秦胜峰表示，公交调度是公交运营管理的核心业务，而目前的公交调度模式缺乏灵活性，无法满足动态需求。为此，合作团队提出了基于成都城市智能公交调度系统的设计方案。一方面，他们利用公交车刷卡乘客的统计数据来分析线路客流特征，预测线路客流。另一方面，分析了车辆实时信息的获取技术和横断面客流预测，建立了运营成本和等待成本最低的线路车辆发车间隔模型。另一方面，智能公交调度系统采集的实时信息数据用于判断各种异常事件，实现动态调度。

随着智能化水平的提高，中英团队致力于高度集成的智能系统，即面向城市生态可持续发展的智能建筑的集成优化设计。

“简单地说，这个系统可以有机地整合建筑的各种物理组成部分，如灯光、幕墙、水、电、风和其他能源，以及人们的生活习惯。根据他们生成的大数据，结合安全、健康、节能减排的目标，提出了建筑优化方案王洪安解释说，该系统的技术挑战来自于建筑环境的实时感知和协调优化控制。"从目前的应用情况来看，这种智能系统可以大大提高建筑的能效."