近40年來，中國的城鎮(zhèn)化經(jīng)歷了世界歷史上規(guī)模最大、速度最快的進程，城鎮(zhèn)化率由1978年的17.9%提高到了2019年的59.58%。在這一過程中，多樣化的城鎮(zhèn)化解決方案被提出。
　　就在今年，中國科學院軟件研究所（以下簡稱軟件所）參與的中英合作項目“將服務設計和大數(shù)據(jù)技術轉化為可持續(xù)城市化”獲得2019“牛頓獎”中國獎。該合作項目研究的初衷就是基于數(shù)字技術為解決可持續(xù)發(fā)展問題提供人力與智力資源的支持。
　　據(jù)悉，牛頓獎旨在通過英國科學與創(chuàng)新伙伴關系幫助解決全球發(fā)展難題，獎勵推動經(jīng)濟發(fā)展和社會福利的最佳研究或創(chuàng)新。這是“牛頓獎”2017年設立以來首次頒給中方科研機構參與的項目。
　　應對城鎮(zhèn)化挑戰(zhàn)
　　雖然近年來中國的城鎮(zhèn)化取得矚目成就，“但同時，在清潔能源和水資源利用方面面臨重大挑戰(zhàn)。公共資源配置不合理等問題依然突出，城市居民的公共服務和社會管理也不完善，急需出臺方案幫助這些城市民居更好地適應和融入新環(huán)境?！避浖芯繂T馬翠霞告訴《中國科學報》。
　　此外，國內城鎮(zhèn)化發(fā)展總是追求一致，而缺少個性化的設計。在項目顧問、軟件所研究員王宏安看來，隨著5G時代的到來，傳感器覆蓋越來越廣，人們的線上活動越來越多，可通過數(shù)字技術挖掘、分析人們真實的想法和需求，支持管理者為他們提供個性化服務，從而真正優(yōu)化政府資源的合理配置。
　　針對中國城鎮(zhèn)化進程中城市可持續(xù)發(fā)展帶來的一系列挑戰(zhàn)，在牛頓基金的支持下，中英雙方整合了一支40多人的交叉學科研究團隊，結合大數(shù)據(jù)和機器學習，特別是針對視頻大數(shù)據(jù)進行自然交互技術設計與可視化展示，在交通安全或工業(yè)安全服務、城鎮(zhèn)或社區(qū)服務推薦模式等的全方位的改進，提出有利于城市或社區(qū)可持續(xù)發(fā)展的指導方針。
　　“我們希望看到一個城鎮(zhèn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的未來，為城鎮(zhèn)化進程中的相關群體，特別是一些弱勢群體，如老人、小孩、殘疾人等，提供個性化服務?！表椖恐蟹截撠熑笋R翠霞表示，這是團隊共同的目標。
　　創(chuàng)新數(shù)字技術
　　在這個項目中，針對城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展面臨的海量生態(tài)數(shù)據(jù)挖掘分析方面的挑戰(zhàn)，軟件所團隊突破了城鎮(zhèn)生態(tài)視頻大數(shù)據(jù)的時空和可視交互技術限制，創(chuàng)新了一種基于螺旋結構的視頻摘要生成方法。
　　現(xiàn)下，視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為維護公共安全的“數(shù)據(jù)探針”，被越來越多地應用到城市的各個角落，如何在海量內容中迅速識別并保留關鍵信息成為有效監(jiān)控的重點之一。
　　王宏安介紹，這種面向視頻內容的螺旋摘要生成方法，首先是對視頻進行鏡頭分割、鏡頭篩選、關鍵幀提取以及感興趣區(qū)域提取等預處理操作，以得到關鍵幀的感興趣區(qū)域，之后利用螺旋摘要布局算法將這些圖像排列在螺旋幾何結構上，再對關鍵幀進行顯示區(qū)域處理以得到可以有效呈現(xiàn)視頻內容的螺旋摘要表示新形式。
　　“利用螺旋方式表示視頻內容的優(yōu)勢在于，有利于視頻內容展示的連續(xù)性，保持視頻流的線性時間性，可以大大提高用戶理解視頻內容以及定位視頻的效率。” 王宏安表示。
　　目前，這項技術已被用于許多城鎮(zhèn)的公共服務領域，比如公共交通、各類服務窗口的視頻監(jiān)控以及區(qū)域防闖入預警。除此之外，還包括工業(yè)過程如能源管道的安全監(jiān)控等。
　　在分析這些視頻信息的過程中，研究團隊還用到了“情感計算”的技術。這是一種能感知、識別和理解人的情感，并能針對人的情感作出智能反饋的計算機系統(tǒng)。通過對服務對象情緒的變化進行分析，系統(tǒng)就可以判斷人們的狀態(tài)、立場和想法。
　　王宏安說，人類的情感是連續(xù)可轉變的，類似于調色板，情感計算最重要的就是情感的理解和情感變化的實時跟蹤。這種方法可以讓計算機擁有理解人們意圖的能力，甚至挖掘人們的隱藏需求。這項技術目前正在被用于犯罪分析的領域，例如對傳銷、金融欺詐等行為的識別、分析。
　　服務智慧化設計
　　如果說，大數(shù)據(jù)、機器學習技術提供的是城鎮(zhèn)化服務必備的硬條件，能不能實現(xiàn)真正滿足人們需求的優(yōu)質服務，還需要依靠一種軟條件——服務設計。
　　英方負責人、英國諾森比亞大學教授秦圣峰說，服務設計本質上是一個系統(tǒng)，包括服務過程、方法、步驟、商業(yè)模式等內容，來滿足服務的供給方和服務的需求方，成為他們之間的一個接口。
　　服務設計必須以人為中心，它與人的體驗息息相關。這也意味著服務設計的過程中需要大量用戶參與，另外還需要積累足夠的歷史數(shù)據(jù)。在分析城鎮(zhèn)一體化發(fā)展面臨的困難時，中英團隊首先想到了老齡化現(xiàn)象。研究團隊希望借助大數(shù)據(jù)，并通過服務設計幫助老人解決養(yǎng)老難問題。
　　為此，秦圣峰提出了基于眾包的創(chuàng)新平臺設計開發(fā)方案。通過這一眾包平臺，邀請大量老年用戶參與，在與他們互動的過程中，挖掘他們對于養(yǎng)老、醫(yī)療等服務的需求；什么時候、需要多少的服務量和服務供給；服務的難點、痛點是什么……
　　“我們有一個設計理念，叫做‘社會群體智能’，就是從群眾中來到群眾中去。根據(jù)需求分析設計方案，再將方案反饋給他們，進一步評價、調整，這對服務設計是個很大的促進?！鼻厥シ逭f。
　　公共交通是城鎮(zhèn)一體化建設的先決條件，但是，城鎮(zhèn)間公交資源的合理分配仍是較為薄弱的一環(huán)。怎樣提升公共交通服務質量、提高出行者選擇公交作為交通方式的比例，是團隊關心的問題。
　　秦圣峰說，公交車輛調度是公交運營管理中的核心業(yè)務，而現(xiàn)在的公交調度模式缺乏滿足動態(tài)需求的靈活性。于是，合作團隊在四川成都提出了一種基于城市智能公交調度系統(tǒng)的設計方案。研究人員一方面利用公交刷卡乘客的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對線路客流特點進行分析,對線路客流進行預測，并通過車輛實時信息的獲取及斷面客流量預測進行分析，建立運營成本和候車成本最小的線路車輛發(fā)車間隔模型。另一方面，利用智能公交調度系統(tǒng)搜集的實時信息數(shù)據(jù)來判斷各類異常事件，實現(xiàn)動態(tài)調度。
　　隨著智能化的升級，中英團隊還瞄準高度集成的智慧系統(tǒng)，即面向城鎮(zhèn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的智慧建筑集成優(yōu)化設計。
　　“簡單說，這個系統(tǒng)可以把建筑物的各個物理組成部分，比如燈光、幕墻，還有水電氣風這些能源，以及人的生活習性，有機整合到一起。根據(jù)它們產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，結合安全、健康與節(jié)能減排的目標，提出建筑優(yōu)化方案?！蓖鹾臧步忉專@套系統(tǒng)的技術挑戰(zhàn)，來自建筑環(huán)境的實時感知與協(xié)調優(yōu)化控制。從目前的應用情況來看，這套智慧系統(tǒng)能大大提高建筑能效。
　　（原載于《中國科學報》 2020-04-30 第3版 信息技術)