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【规划师论坛1】新一代人工智能推动城市规划变革的趋势展望
发布时间:2019-07-24
 

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本期主题:人工智能发展与规划应对

【编者按】

随着信息环境和数据基础的变化,人工智能在大数据、语言图像识别和深度学习等方面取得了突破性进展,并在实际生产生活中得到了应用,革新了人们的生产生活方式,在全球掀起了新一轮人工智能热潮。2017年,国务院发布《新一代人工智能发展规划》,提出以人工智能“推进城市规划、建设、管理、运营全生命周期智能化”的要求,标志着以深度学习和机器学习为代表的人工智能正式进入我国城乡规划领域。城乡规划应如何应对人工智能的冲击、更好地运用人工智能进行规划,是值得探讨的重要课题。基于此,本期“规划师论坛”栏目以“人工智能发展与规划应对”为主题,刊发一组文章,系统梳理新一代人工智能的概念、进展和趋势,辨析人工智能与城市规划的关系,探讨人工智能在规划行业引发的机构、技术与职业新态势,以及规划应用方式、路径与模式等的转型,以飨读者。

【规划师论坛1】

新一代人工智能推动城市规划变革的趋势展望

作者中国城市和小城镇改革发展中心智慧城市和大数据所所长姜鹏,中国城市和小城镇改革发展中心曹琳,中国城市和小城镇改革发展中心倪砼在《规划师》2018年第11期撰文,新技术创造了无限可能,也催生城市规划走向理性和智能。在大数据+云平台的时代,人工智能正成为城市规划的新型工具和亲密伙伴,能提升规划师认识与改造世界的能力,更好地适应复杂时空需求,不断实践和充实规划内涵。人工智能+城市规划,既是现实发展的需求,也是面向未来的进步。人工智能不是陌生名词,但对于新一代人工智能很多规划师却不清楚。因此,文章系统梳理了新一代人工智能的概念、进展和趋势,初步提出人工智能在规划行业应用的路径、模式和意义,并探讨了其中的机遇、挑战和不确定性,希望对行业转型发展有所帮助。

[关键词]人工智能;大数据;云平台;规划改革;智慧城市

[文章编号]1006-0022(2018)11-0005-08 

[中图分类号]TU981 

[文献标识码]A

[引文格式]姜鹏,曹琳,倪砼.新一代人工智能推动城市规划变革的趋势展望[J].规划师,2018(11):5-12.

 当下人工智能发展概况

1950年,“人工智能之父” —艾伦·麦席森·图灵提出能判定机器智能的“图灵测试”;1956 年,达特茅斯会议正式确立人工智能(Artificial Intelligence)领域。历经六十余载浮沉,人工智能呈现螺旋式上升的发展态势,几乎涉及了所有的自然和社会科学,定义与内涵不断演进。传统观念主张让机器学习人的思维方式并产生智能;现代人工智能概念认为,重点是让机器能够解决问题,并非一定要像人一样思考 。对此,斯坦福大学人工智能百年研究计划发布的《AI and Life in 2030》报告强,人工智能是“通过人工合成智能来研究智能”,智能仍是逐步演化的复杂现象,与人的行为相似,但这只是充分条件而非必要条件。中国电子学会发布的《新一代人工智能发展白皮书(2017)》也指出,人工智能正从“模拟人类智能”演化到“协助引导提升人类智能”,从“工具”进化到“伙伴”

步入 21 世纪,深度学习 (Deep Learning)神经网络被发明,其将使人工智能的系统性能获得突破性提升,开启了第三波发展浪潮。受益于大数据获取、算法优化和并行计算廉价化三大前提的改善 ,人工智能在近几年取得难以置信的进展,外部效应日益凸显。世界主要国家 ( 地区 ) 纷纷开始重视人工智能的战略制定和政策设计。概括而言,美国着眼未来,欧洲强调伦理,日本注重机制,中国早期偏重应用,近年转向推进“三位一体”战略,制定和印发了《新一代人工智能发展规划》 (图1)。新一代人工智能的提出,是为了应对新形势、新需求,明确人工智能发展的技术框架、关键环节和应用前景,引领世界发展潮流,服务经济社会和支撑国家安全。

人工智能正在加速发展,从计算智能走向感知智能、认知智能,从解决专业化特定问题走向通用人工智能,加速与传统行业的结合。如今,新一代人工智能的发展脉络日渐清晰(图2),依托两大平台 ( 云平台、大数据 ) 和三大技术(机器学习、模式识别、人机交互),推动人、机和网络的融合,具备大数据、跨媒体、群体智能、自主智能和人机协同五大鲜明特征 。人工智能的发展离不开大数据的支撑,以及云平台提供的数据汇聚基础和分布式计算的能力,所以业内通常也将很多大数据应用 (包括云平台等)都归结为人工智能。

二 

规划领域拥抱人工智能

人工智能在城市规划领域的应用不是什么新生事物。伴随人工智能自身发展的三次浪潮,其在城市规划领域的应用也大致可以划分为三个阶段(图3)。

(一)第一阶段:关注海外 (20 世纪50年代至70年代)

这一阶段的显著标志是计算机的引入。20世纪50年代至60年代,在高性能计算机的支撑下,传统城市模型获得新生,大尺度城市模型(Large-Scale Urban Models,LSUMs)应用在欧美国家兴起,涌现出一系列现代模型分析方法,以改善传统的城市规划方法。受限于当时的技术条件,这些应用并不成功,既无法有效解决问题,也未能引导理论发展,而后在20世纪70年代突然衰落。这个阶段尚难寻觅明显的应用人工智能的身影,但计算机的普及使用及其对量化思维的推动,无疑都在为后续的发展奠定基础。同期,中国的发展明显滞后,以关注和学习国外同行为主,计算机还未进入规划行业。当时,国内唯一还能检索到的相关研究论文是清华大学李康于 1978年发表的《关于数学方法和电子计算机在城市规划中的应用》,提出城市规划的经济—数学模型,依据控制论的理论和方法,构建动态体系的规划理论基础

(二)第二阶段:内生探索 (20 世纪80年代至21世纪初)

这一阶段的显著标志是人工智能的引入。当时,CA 模型 ( 元胞自动机,Cellular Automata)等开始在规划领域得到正式应用,被视为强大的建模与系统模拟工具,用于预测、分析和评价大都市地区演化与城市发展。这一时期,中国对应用新技术的探索日益增,定量化与模型化之风盛行 [16] 。城市规划新技术应用学术委员会也成立于这一时期。当时已有不少研究支持人工智能,认为人工智能有助于建构数据导向理论,能给规划决策提供更好的信息支持,并引起了一些学者的反思。率先以人工智能为题撰文的是陈顺清,他系统地梳理了中国自 1984 年起陆续开展的人工智能与计算机辅助设计的结合探索,包括智能 CAD、专家支持系统EDSS、辅助决策系统Xplanner和智能地理信息系统 KGIS 等,提出了合理选择人工智能的适用范围,呼吁建立规划基础数据库,把人工智能基础研究与规划问题结合起来。综合而言,这一阶段人工智能可发挥的作用还很小,可以用一位学者的话进行总结 — 计算机辅助规划的前沿性革命仍未发生

(三)第三阶段:跨界转型(2010年前后至今)

这一阶段的显著特征是跨行业数据交流和跨领域机构合作。2010年前后,伴随ICT技术兴起、传播手段刷新及内忧外患刺激,规划行业受到巨大冲击和广泛影响,自下而上的互联网改良和自上而下的新技术改革随处发生。首先是“互联网上的规划圈”的开辟,便捷的交流、低廉的成本加速了思想解放与互助成长,涌现出一批学术网络和青年规划师,自发地推动着跨行业的数据交流和新一轮的规划定量研究,影响深远。其次,自2014年起规划院(所)也主动开展起自上而下的新技术改革,呈现新媒体化、机构重构、云平台化和跨界合作等鲜明特征,近年来更是与大型IT企业实现跨界合作,合作领域不断深入,借助企业巨大的资源和能力来提升规划行业数字化及智能化的程度。整个规划行业在大数据、小数据及新数据的争辩中历经“寒暑”,在“毁灭你,与你无关”的猜疑中“游走不安”,在“多规合一”到空间规划的努力中“驻足痴迷”,沿着数据挖掘和可视化呈现之路探入了新一代人工智能的大门,混杂着上层机构的感召、ICT公司的呐喊、“传统新技术派”的观望和规划院校学生的焦虑。

然而,技术驱动创新是无法阻挡的大趋势,人工智能将对创造工作价值和竞争优势产生深远影响,这是关乎规划行业生存发展的重要因素。《新一代人工智能发展规划》对规划行业提出了明确要求:实现多元异构的数据融合,实现全面感知和深度认知,推进全生命周期智能化的城市规划。在这样的趋势下,规划师们与其等待颠覆,不如解放思想,主动行动,携手开启规划行业的全新时代。在此之前,规划师急需思考、梳理和讨论一些重要内容,以更好地适应和迎接规划变革(图4)。

人工智能催生规划变革

(一)树立行业价值

城市规划需要摒弃“龙头梦”并回归实践,否则面对异化的需求,将会陷入工业化生产的漩涡,只会走向萎缩和卑微。规划转型面临着一系列“阵痛”,应用人工智能时断不能再专注于升级技术手段和提高生产率,而应聚焦如何更好地回归理性、重拾初心和提高规划的科学性,以及如何付诸行动。当今世界格局步入了新阶段,发展的外延扩大,“经济不平等沿着社会认同的断层线加剧”,如何与时俱进和体现规划价值?规划师需要切实关注更深层次的东西,清醒地认识自身能力的不足,努力掌握人工智能等技术手段,并将之视为自己的新能力,凭借强化后的能力去重新认识和规划城市,重构为人民服务的逻辑。规划不是编制出来就完成工作了,顺利实施才是重点,城市需要专业、称职和能提供长期服务的规划“大师傅”。“抽象而全能的规划并不存在”,更广袤的规划市场显然根植于民众的真实需求,规划“大师傅”可以借助人工智能去感知不同群体的需求,统计分析一切可能的数据,修正那些变得不那么重要或面临挑战的专业理论与套路方法。

这是一场非对称的“战争”,规划行业显然无法依靠单一战略来应对多维度的数字化变革,必须重新布局行业、优化组织架构,并实现自我定位一方面,规划院 ( 所 ) 需要在人工智能的支持下提高行业洞察力和市场适应能力,重建产业生态,提供更具吸引力的智力服务,提升服务的适应性和舒适感,保持领先地位;另一方面,规划师也应主动适应身份的变化,从指点江山 —推动城市治理创新,从讲述真理 — 以实际行动改造社会,不断强化洞察和交互的能力,汲取相关专业理论和方法,提供切实有效的利益分配方案,保持更好的兼容性。

(二)重构学科内涵

重新认识规划,是实现上述讨论的基础。《新城市议程》强调城市规划的科学性和协同上下的作用,明确了其在可持续发展中的多方面重要地位。规划学科应更聚焦如何实现可持续发展,将其作为规划科学的最高目标,塑造支撑城市长远发展的价值基础,适应规划范围的变化,积极回应更复杂的时空背景。

在此要求下,规划学科建设急需消除多学科融合下的防御姿态,要认识到更多学科的渗入开拓,能丰富规划理论、方法及手段,提高规划质量。规划师社会价值的实现,既要跳出框框架架,避免认知不足导致的偏见,努力提升规划的科学性,又要积极延伸服务链条,构建支撑城市可持续发展的创新共同体,践行协同上下。

人工智能+城市规划的跨界人才培养很重要。《新一代人工智能发展规划》要求开展跨学科探索,教育部也计划推动高校人工智能人才培养,城市规划学科要顺势而为。近日,MIT 公布设立城市科学专业,引发业界的激烈讨论。其实,类似探索在中国高校的城乡规划专业也有,如南京大学和同济大学于1981年相继开设系统工程课程,清华大学于2015年首开的大数据与城市规划课程;更有国匠城、数据团等民间团体开设了大数据网络课程。这些探索的效果显著。

可见,规划院校培养人才模式需进一步强化多元化转变,关注规划的数字化和智能化转型,系统开设相关课程,培养更能胜任未来的人工智能+城市规划师。

(三)填充理论真空

上升为一级学科以来,城市规划对于核心理论的诉求日益迫切。在过去三十多年的城镇化快速发展中,一直缺乏行之有效的规划理论研究与实践,“一本规范走遍天下”的时代已经一去不复返。空间规划体系的改革深化,并不能代替规划学科自身的理念演进与方法更新。城市规划必须面对日益复杂的社会文化和价值取向,由实现增长转向实现综合效益最大化,单一学科的理论与方法越来越难发现和解释城市的发展规律。而简单的规划形式创新,显然并不能解决实际问题。

好在,人工智能催生了全新的认知方法和知识体系。规划师得以从更大范围关注规划对象,增强研究力度,体现差异性,不断充实规划内涵。刘易斯·芒福德一百年前就曾强调,规划的首要职责是为今后发展建立能长治久安的基础构架。如今这个构架里不仅包括看得见的实体城市,还应包括看不见的数字空间和摸不着的社会空间。如何构建适应复杂环境、发展需求和未来趋势的规划理论?

然而,当前的规划理论并不包含这些新知识,一些规划师甚至以并非专业为借口排斥人工智能、大数据和云平台。难道人类就该一直生活在原始社会?重点不是一定要自己学会多少,而是一定要明白哪些问题更适合用哪些手段解决。规划理论的探索与证明,没有比新技术更佳的手段,没有比人工智能更好的伙伴。凯文·凯利曾强调知化(Cognifying)是未来二十年发展的必然趋势,机器与人实现共生,知识共享将很普遍,这也印证了人工智能与规划师的伙伴关系。

城市的生长演化不是设计出来的,只能模拟,关键是如何实现动态的适应与调整。近年来,MIT 等诸多科研院所陆续在城市规划领域开展起人工智能研究,采集各种数据,借助机器的理解,了解人类自身的处境,使新的概念和理论不断涌现。例如,认知科学研究如何从大数据中获得洞察力,城市计算通过异构大数据处理来应对发展挑战。这些理论都值得城市规划领域认真研究、吸纳和实践。

(四)创新规划方法