基于社会行为数据的城市认知系统与示范应用

● 申报所：清华同衡技术创新中心

● 项目地点：北京

● 完成时间：2019年12月

1、课题背景

课题“基于社会行为数据的城市认知系统与示范应用”（课题编号：Z181100003518001），是北京市科技重大专项“国家物联网与智慧城市重点专项对接”的子课题。课题由北京清华同衡规划设计研究院有限公司牵头，北京航空航天大学、东峡大通（北京）管理咨询有限公司共同承担完成。课题实施时间为2018年1月至2019年12月。课题于2020年1月17日在京顺利通过专家组验收。课题共申请发明专利4项，发表学术论文5篇，取得软件著作权1项。

2、研究思路

课题针对北京与全国智慧城市建设发展的实际需求，以多源社会行为数据支撑城市精细化治理与智慧决策为研究目标，实现社会行为数据的“数据处理-认知建模-系统研发-示范应用”全链条技术突破。

在数据智能处理层面，通过汇集包括手机信令、法人行为、机动车GPS、公交一卡通、共享单车在内的城市社会行为时空数据，突破多源数据智能处理与融合画像关键技术。在认知建模层面，从“个体-群体-横向-纵向”等多维度突破社会行为数据的个体行为建模、群体动态分析、横向关联挖掘、纵向行为预测等认知建模关键技术。在系统研发层面，打通城市管理决策“指标体系-功能模块-业务场景”的链路，研发面向城市规划、交通管理、政策评估等智慧城市管理服务领域的城市社会行为动态认知系统，实现区域联系、人口分布、职住特征、交通特征、地块功能等领域的监测、评价、预测功能。在示范应用层面：将关键技术和研发系统在通州北京城市副中心和北京经济技术开发区开展政策评估、城市规划与交通运行等方面的示范应用。

▲课题研究思路

3、研究成果

1）研究多源社会行为数据的智能处理与融合画像技术

研究了社会行为数据流式处理技术，支持数据处理能力达到1000万条/秒；单日数据流转能力达到50TB。

研究了多源时空数据的关联融合与信息提取技术，成功实现共享单车骑行数据、手机APP数据等多源社会行为数据融合与信息提取，构建画像标签8000余个。

研究了自定义画像标签技术、标签交叉组合技术，实现人口画像、地域画像以及人口-地域综合画像标签表达。

该部分由清华同衡、北航和东峡大通三家共同完成。

2）研究多源社会行为数据认知建模关键技术

研究了一种个体行为预测模型技术——基于A*搜索和深度学习的个性化路线推荐方法。通过该模型对出租车轨迹进行预测，该模型技术比传统标准卡尔曼滤波方法精度高40%以上。

研究了一种群体动态分析聚类模型技术——邻域正则化上下文感知的非负张量分解模型。该模型实现了根据出租车轨迹的出发地、到达地和时间三个维度形成三阶矩阵进行聚类。

研究了一种横向数据关联挖掘分析模型技术——因果网络风险模式挖掘模型技术。该模型支撑了手机信令数据、机动车轨迹数据、人口普查数据的关联挖掘，识别出危险品运输风险模式。

研究了一种纵向行为时间序列预测模型——多级小波分解神经网络模型。该模型成功对路段的未来路况进行预测，预测精度比传统自回归积分滑动平均模型（ARIMA模型）高40%以上。

该部分由北航主导、清华同衡配合完成。

▲城市认知模型系统界面（个体行为预测模型、种群体动态分析聚类模型、横向数据关联挖掘分析模型、纵向行为时间序列预测模型）

3）研发基于社会行为数据的动态认知系统

完成城市画像子系统研发。内嵌多源数据流式处理模块和数据融合信息提取模块，支撑人口-地域综合画像表达功能。实现画像标签查询管理、交叉标签抽取等功能，实现人群画像、地域画像、人群地域综合画像等应用。

完成城市行为认知子系统研发。包括个体行为空间预测、群体动态分析聚类、横向数据关联挖掘、纵向行为时间序列预测四个功能模块。支撑出租车轨迹预测、职住地聚类识别、危险品运输风险识别、路况实时预测等认知模型应用。

完成城市规划管理应用子系统研发。构建了一套基于多源社会行为数据的多维城市指标体系。实现了包括区域联系、人口分布、职住特征、地块功能、交通特征五个模块的监测、评价、预测功能。

该部分由清华同衡主导，北航和东峡大通配合完成。

▲基于社会行为数据的城市认知系统构架

4）在通州北京城市副中心和北京经济技术开发区开展示范应用

认知系统在通州北京城市副中心开展了政策评估领域的示范应用，应用示范单位为北京市规划和自然资源数据管理中心。

认知系统在北京经济技术开发区开展了城市规划与交通管理领域应用示范，应用示范单位为北京泰豪智能工程有限公司下属机构泰豪智慧城市研究院。

该部分由清华同衡主导，北航和东峡大通配合完成。

▲通州北京城市副中心示范应用

▲北京经济技术开发区示范应用

4、课题创新

将信息领域的社会行为数据应用于城市发展领域中的精细化治理与科学决策，实现了跨学科应用模式创新。搭建面向社会行为数据的动态认知系统，内嵌数据处理和认知建模关键技术，结合城市规划、交通管理、政策评估等智慧城市领域关键问题进行智能化的决策支持。通过课题实施，打通城市社会行为数据到城市精细化治理科学决策的通路，为北京的城市精细化治理、智能化管理和科学化决策提供技术支撑平台和参考范例。

专家点评：

1、规划研究机构少有的偏硬的技术研究成果，结合规划对城市社会的认知，利用大数据分析技术开发应用的产品，并形成独立的知识产权与一系列研究产出，成果较为立体。

2、课题研究深入，有原创性。所研制的系统有助于快速认识城市人口、交通、社会服务供需问题等，可为城市规划管理提供决策依据。