未来城市,数字孪生的科技牧歌

未来城市,数字孪生的科技牧歌

城市管理,如何从人海战术、拍脑袋管理走向科技引领、科学管理?科技创新,如何从眼花缭乱、昙花一现走向有条不紊、经世致用?

灾疫之下,城市管理与运转能力受到空前挑战,更需高科技的介入。未来城市与高科技的深度融合,到底如何才能强化中国未来城市的运营效率与应急能力?

大灾难必带来大变革。2008年,美国次贷危机高峰之际,IBM提出了智慧城市的概念,爱荷华州的迪比克县成为世界第一个智慧城市实践地。中国于2014年8月发布《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》,提出到2020年,建成一批特色鲜明的智慧城市,在保障和改善民生服务、创新社会管理等方面应取得显著成效。

眨眼之间,我们就到了2020年,并且迎来了空前的考验。此前世人多相信发达国家之发达与先进,此时才发现发达国家之荒唐与落后的一面。作为正在追求复兴的中国,从疫情初期由于地方太平懒政导致的一时慌乱,到中央介入、举国动员,众志成城,控制了疫情传播,如今成为全球最安全的国家。在世界上人口最密集的国家能做到如此功效,堪称奇迹。

然而在这样紧张防疫的背景之下,中国智慧城市建设的成果却普遍不见多大效应。作为全国人口流动城市排名数一数二的深圳,在科技防疫方面算是体现得相对较多的一个城市,但总体而言,乏善可陈。

在科技防疫的背后,我们(微信公众号:智纲智库)看到的是互联网、大数据、区块链、5G等创新技术已经初步渗透进城市生活的许多方面,而这些创新技术也将是支撑未来城市发展的核心要素,可以说未来城市已经触手可及,那么未来城市究竟有哪些变革?未来城市的生活又会有哪些不一样的色彩呢?

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智慧城市为什么不够智慧?

2020年初突袭而来的新冠疫情无疑是一场改变中国的黑天鹅事件,在疫情肆虐之下,我们看到无数感动中国的动人故事,有最美逆行者、有冲锋在前的平凡力量、有令人叹息的吹哨人……

我们也应该看到,作为热热闹闹的智慧城市建设运动,应对席卷而来的疫情时,作为还是非常有限的。中国智慧城市建设事实上已经后来居上,走在世界前列,但是,我们的城市依旧还有许多亟待改善的问题,那些平时看起来高大上的创新科技,依旧还需时日融入生活实际,才能让我们再次面对灾难的时候更加从容高效。

在反思中,我们会发现在国内众多城市已经推进了近十年的智慧城市工程,在突如其来的疫情面前,暴露出了一些共性问题。

信息孤岛现象突出

早在2003年SARS疫情之后,中国就曾花费巨资建立了一套传染病与突发公共卫生事件监测信息系统,简称“网络直报系统”。该系统2004年4月1日正式上线运行,覆盖了全国所有县级以上疾病预防控制机构,同时覆盖98%的县级以上医疗机构和96%的乡镇卫生院。

这些医院均可在网络系统中点击报告病例,直接报告至中国疾控中心,并且中国疾控中心有一组人专门监测该系统,一旦发现某地上报不明肺炎超过5例,就会自动触发核查机制。

但是由于该系统直接上报至中国疾控中心,除上报医院和各级疾控中心外,其他医院并不知晓有“不明原因肺炎”的发生。

而在毫无防护措施的情况下,与病患接触过的人被传染的可能性极大,在中国疾控中心调查的这段时间内,可能就造成了病毒迅速扩张(与之相对应的是最早上报的湖北省中西医结合医院张继先医生所在的科室由于发现早、准备充分,做到了无一例医护人员感染,无患者交叉感染)。

另一方面在防疫初期因为捐赠物资分配问题而受到广泛关注的红十字会事件,其实也是因为存在比较突出的横向与纵向的信息孤岛问题,导致陷入舆论的漩涡之中。

横向上,每个捐赠人都有权知悉其捐赠物流向的全流程和物资最终去向,但是由于红十字方面人手和应对经验的严重不足,甚至依然在采用传统的纸质手工记录的工作方式,导致横向上的物资传递信息低效而不透明,造成了网络上的群情激愤。

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武汉红十字会仓库现场

纵向上,红十字会仅有物资收整与上报权,需要上级部门的分配指示后方能下发物资,而整套分配审批流程漫长,造成一方面医院在等米下锅,另一方面红十字会仓库里物资堆积成山甚至不得不将部分物资退还,这即是机构内部信息传递机制的不顺畅造成的信息孤岛所导致的。

决策预警功能缺失

现在我们可以看到早在12月29日就有疫情病例的上报,湖北省及武汉市卫健委疾控处就已经快速反应,国家卫健委也迅速指派专家组进行调查。而在1月7日,武汉市第十四届人民代表大会照常举行,直到1月20日钟南山院士宣布确定人传人公众才意识到疫情的严重性。

我们难以要求每一个决策者都是专业人士。但是我们可以要求决策者必须掌握即时全面的信息以备决策之用。武汉市政府领导在当时是否获得了准确而有效的信息,是否启动了专业决策支持系统(是否存在这个系统?),公众不得而知。我们可以想象,如果当时武汉市政府方面获得了实时有效的信息,同时有一套高效的系统来辅助他们进行决策,是否后来的疫情发展将会完全不同?

未臻“无人”之境

古代战将在战场上能够“如入无人之境”,那绝对是无人能敌的悍将。现代城市抗疫现场救治和日常运行如能臻于“无人”之境,则将证明城市建设中智能化技术运用之广。

在本次防疫战争的最前线,虽然偶见一些医疗机器人也有少量运用,但是总体上还是医护人员冒着生命危险在一线肉搏。在隔离防控的各个关卡,也是大量的警务人员在全天候人肉值守,整个“战疫”的过程中,几乎99%的环节我们依靠的都还是人海战术。

新冠疫情不仅是危害着感染者的身心健康,更大的影响是造成了全国范围的恐慌,无数的城市宣布暂停所有商业活动、节后正常的企业复工一再被推迟。在人员的流动被严格限制之下,因为人员的缺乏导致城市的生产活动几乎陷入停滞,因为前端生产活动的停滞,导致了下游的防疫物资供应匮乏,因为防疫物资的匮乏导致企业复工的再度推迟……

这种恶性循环的根本原因在于几乎所有的生产、流通包括城市系统的正常运转等统统都离不开大量劳动人员的参与,虽然自动化、无人化甚至智能化已经喊了多年,但是实际上这些所有系统均离不开人参与的环节。

虽然在这场疫情面前再一次暴露出了当前城市面临的诸多问题,但是也能看到诸多创新技术的应用正在帮助我们逐步解决这些问题。

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救援队员在道口协助排查

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未来城市的基本支撑

只有数字孪生,才能破解当前智慧城市建设面临的困局。

在数字孪生模式下,融合人工智能、无人驾驶、云计算、大数据、5G、物联网等创新技术于一体,实现跨领域技术融合、平台集成驱动创新。

网络空间将是人类的第二空间,现实向网络进行映射,产生海量数据;而对网络中的数据进行挖掘和运用,又能够反作用于现实空间。这两个空间的交互的技术,成就与真实城市相互映射的数字孪生城市,它能够通过全面感知,实现精准映射,体现为虚拟交互,虚实协同,通过软性指引,协助提前预判,通过AI终端,达成智能化自动运行。

未来城市将能够更机智的发出预警,更有效的协助决策,更快捷的落地执行,更高效的保障安全,更大量的减少人力消耗。要做到这些,需要扎实的体系化的支撑要素。

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物联网,对城市信息进行全面感知

物联网技术透过在物体上植入各种感应芯片使其全面感知未来城市的终端变化,使物体的信息得以共享,实现人和物体之间的沟通与互动。

例如未来城市的血压计和血糖机可自动感应人体的生理机能并自动将数据上传到云端;未来城市的路灯可自动感知当前路段的车流量并联动路口的红绿灯进行疏导;未来城市的垃圾桶可自动感知垃圾桶内的垃圾量并通知清洁人员何时来取走等。

在物联网技术的技术的带动下,全面感知的时代已经到来。

5G和区块链,即时安全的数据通讯

在物联网全面感知而产生的海量数据背后,需要超高速率和带宽的通讯网络和安全有效的数据加密技术,5G+区块链则能完美解决这一需求。

例如在此次疫情比较棘手的人员报备流动信息可信度与完整性不高的问题,未来城市可能会通过遍布的智能路灯及摄像头实时记录所有人的运动轨迹,通过5G技术实时将数据上传至云端,同时在区块链技术的帮助下,在隐去能够识别自然人身份的所有隐私信息的情况下将其活动范围在系统中进行共享,则可快高效定位未来城市所有人的历史位置记录。

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大数据和云计算,为数据世界提供可能

未来城市,一切可以量化,一切可以分析。

在物联网+5G+区块链技术的综合使用下,可以想象的是未来城市将产生海量的数据和运算需求,大数据为未来数字孪生城市的诞生提供了可能,而云计算则可帮助海量数据进行有效整合和不同业务数据之间的互通

例如在未来城市卫生部门可以从医院的就诊数据中,分析出传染病发病的早期,提醒市民预防;安全部门甚至能通过对历史案件的社会化和预测性分析,现犯罪趋势和犯罪模式,找出共同点及相关性,降低犯罪发生率。

人工智能,让未来城市主动思考

未来城市的最高级形态,应该是城市具有人一样自主思考的能力,通过物联网实时收集的海量数据,运用5G和区块链技术将数据实时安全地传输至云端数据中心进行大数据的筛选,汇总到城市中央大脑进行分析处理,让智能系统自动监控城市的运行状态,对可能出现的灾害进行预警,同时帮助城市管理者进行决策,保障城市持续安全高效地运行。

未来城市的关键技术如今基本上都已成熟,但未来城市的完整形态呈现尚且需要一段不短的时间,现在就差不多等同于原来PDA手机的时代,看似很多功能都已经有了,但是乔布斯手上的苹果一出世,就知道差距的巨大了,未来城市的建设也是如此。

但是这并不妨碍我们基于现有的问题和技术发展方向来管中窥豹般一睹未来城市的某些精彩片段。

智能终端:让机器解放人类

美国影视剧《西部世界》所虚构的智能人造人的故事,向我们展示了AI对于未来世界的各种可能性。除了记忆和自主思维,人造人几乎与人类没有区别。2016年3月进行的围棋人机大战中,阿尔法狗以4:1战胜了韩国九段高手李世石,轰动了全世界,这是AI的重大突破,AI的分析学习能力足以超越人类。

此次武汉疫区医院出现了一些智能设备,如5G云端智能机器人,包含了服务机器人、消毒清洁机器人,在5G网络的支持下,可执行导诊、消毒、清洁和送药、送饭等任务。

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湖南长沙行深智能的无人投递车“汉马”从年初二就开始承担起仙桃市政府及直属单位区域内的投递任务。

高新兴集团自主研发的5G警用巡逻机器人,可实现红外线5米以内一次性快速测量10个人的体温,误差在0.5摄氏度,并识别过往人员是否戴口罩。

智能机器人及其他智能终端设备的广泛使用,应是未来城市运行的普遍现象,在生产、生活中担当服务者的角色,在救灾救难中代替人来冲锋在前,这个前景是可以设想和期待的。当然,基于安全和伦理等原因,智能机器人的前景也面临着智能化尺度的把控问题。

总之,在未来城市管理中,人工智能参与管理与决策应该会越来越多,最终达到城市自主管理的效果。而智能化执行设备的普及,将把人类从诸多危险场景中解放出来。

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智慧城市可能的若干样子

前沿技术不断刷新我们对未来城市的想象,科技力量在城市规划和设计中的影响力正逐渐加大。腾讯的“WeCity未来城市”项目侧重于通过服务连接物理世界和数字世界,而谷歌的未来城市实验更加前沿,旗下Sidewalk实验室在多伦多的滨水社区项目Quayside试图打造一个全新的未来社区。

1.腾讯WeCity项目——海量微服务构筑互通互联的数字城市

腾讯WeCity项目通过对微服务量变的积累,达到数字城市质变的突破。在规划、建筑、交通等大型硬件设施无法改变的前提下,通过数字服务重新定义居民、空间场景、服务,市民对城市的感知将更为具体、可视、实时,人与人之间的交流与协作从消费层面上升到社会协作,进而影响到生活方式、组织形态和工作方式的巨大变革。

以智慧政务为例,WeCity搭建了市民与政府之间的桥梁,将原本需要到物理空间办理的事物转移到线上,可以理解为数字即空间。同时,WeCity以海量微服务为基础,通过微服务丰富数据库,打通横向数据,实现全流程服务应用场景。随着应用场景拓展到教育、社交、文旅、交通、消费等全场景,真正实现人、场景、服务的全面互通互联,换言之,实现数字孪生城市。

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腾讯WeCity 数据的打通和多重应用

2.谷歌Sidewalk Toronto——未来社区的大胆试验

2017年,多伦多政府正式宣布由谷歌旗下的 Sidewalk 实验室重新开发多伦多城市东南部的社区Quayside,该项目被命名为Sidewalk Toronto。Sidewalk实验室的目标是希望Quayside能够成为一个平台,用于探寻新兴技术以改善城市问题,比如污染、交通堵塞以及缺乏经济适用的住房,因此Sidewalk Toronto更像一个按照“完美城市”标准打造的社区。从披露的规划中,可以看到这里有:

全面的智慧基础设施建设,大量的传感器和数据采集,便于政府掌握社区信息,并及时改善社区问题。

改造街道适应自动驾驶汽车,先考虑步行和骑行,推动自动驾驶公交车取代私家车,缓解交通拥堵现象,并为城市腾挪出更多活动空间。

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地下物流机器人运输线,负责运送包裹和收集废物的通道,既解放人力,也减少地面上货车。

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木制模块化房屋,模块化房屋可任意组合出办公室、零售、住宅,构筑多元包容的社区形态。同时,模块建筑的建造成本远低于传统建筑,有利于控制无限上涨的房价。

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可以看出Sidewalk Toronto是从现有技术中寻找解决城市病的理想化探索,尽管该规划仍处于概念阶段,其中不乏传统规划师、建筑师和技术专家的碰撞和合作,多元思想的交锋为城市规划带来新的思考。但该项目仍面临很多实际的问题,比如大量传感器的安装引发城市居民对信息安全和隐私安全的顾虑;未来如何吸引居民、如何保障经济和就业;能否真正实现创建适合每个人生活的社区的承诺等问题。

无论是腾讯基于建成环境进行的数字化服务连接,还是谷歌从0到1的未来社区探索,都值得肯定和期待。正是因为未知,未来城市才更能激发人们的想象和探索。

2020年3月4日,中共中央政治局常委会提出,“要加快推进国家规划已明确的重大工程和基础设施建设,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。”“新基建”主要指以5G、人工智能、工业互联网、物联网为代表的新型基础设施,本质上是信息数字化的基础设施。

“新基建”将为智慧城市建设打下坚实的基础,为技术应用提供硬件支撑,特别是推动下沉技术、数据到基层,提升基层智能设备的应对能力,有助于第一时间推动应急程序开发、应急团队组合,真正以科技武器提升基层应对突发事件的能力水平。

科技仍在不断发展,对技术的理解和应用也在深入,未来城市还可能是什么样的?又将如何解决现阶段城市遇到的问题?

智纲智库(微信公众号:智纲智库)将进行持续研究,梳理城市发展的阶段,分析科技力量的变革,畅想未来城市的无限可能,从智库的角度解读未来城市。(完)

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点击阅读:关于2020年智纲智库大会重要通知

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第八届智纲智库大会

主办单位:智纲智库

冠名单位:珠海九洲控股集团

协办单位:珠海九控地产、翠湖香山

时间:2020 年5月下旬(暂定)

地点:广东·珠海大剧院

《必然的力量》·重磅开讲

2020 智纲智库大会三大亮点:


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