数字技术为解决可持续发展问题提供人力与智力资源的支持 图片来源：Unplash

■本报记者 胡珉琦

近40年来，中国的城镇化经历了世界历史上规模最大、速度最快的进程，城镇化率由1978年的17.9%提高到了2019年的59.58%。在这一过程中，多样化的城镇化解决方案被提出。

就在今年，中国科学院软件研究所（以下简称软件所）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2019“牛顿奖”中国奖。该合作项目研究的初衷就是基于数字技术为解决可持续发展问题提供人力与智力资源的支持。

据悉，牛顿奖旨在通过英国科学与创新伙伴关系帮助解决全球发展难题，奖励推动经济发展和社会福利的最佳研究或创新。这是“牛顿奖”2017年设立以来首次颁给中方科研机构参与的项目。

应对城镇化挑战

虽然近年来中国的城镇化取得瞩目成就，“但同时，在清洁能源和水资源利用方面面临重大挑战。公共资源配置不合理等问题依然突出，城市居民的公共服务和社会管理也不完善，急需出台方案帮助这些城市民居更好地适应和融入新环境。”软件所研究员马翠霞告诉《中国科学报》。

此外，国内城镇化发展总是追求一致，而缺少个性化的设计。在项目顾问、软件所研究员王宏安看来，随着5G时代的到来，传感器覆盖越来越广，人们的线上活动越来越多，可通过数字技术挖掘、分析人们真实的想法和需求，支持管理者为他们提供个性化服务，从而真正优化政府资源的合理配置。

针对中国城镇化进程中城市可持续发展带来的一系列挑战，在牛顿基金的支持下，中英双方整合了一支40多人的交叉学科研究团队，结合大数据和机器学习，特别是针对视频大数据进行自然交互技术设计与可视化展示，在交通安全或工业安全服务、城镇或社区服务推荐模式等的全方位的改进，提出有利于城市或社区可持续发展的指导方针。

“我们希望看到一个城镇生态环境可持续发展的未来，为城镇化进程中的相关群体，特别是一些弱势群体，如老人、小孩、残疾人等，提供个性化服务。”项目中方负责人马翠霞表示，这是团队共同的目标。

创新数字技术

在这个项目中，针对城镇可持续发展面临的海量生态数据挖掘分析方面的挑战，软件所团队突破了城镇生态视频大数据的时空和可视交互技术限制，创新了一种基于螺旋结构的视频摘要生成方法。

现下，视频监控系统作为维护公共安全的“数据探针”，被越来越多地应用到城市的各个角落，如何在海量内容中迅速识别并保留关键信息成为有效监控的重点之一。

王宏安介绍，这种面向视频内容的螺旋摘要生成方法，首先是对视频进行镜头分割、镜头筛选、关键帧提取以及感兴趣区域提取等预处理操作，以得到关键帧的感兴趣区域，之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，再对关键帧进行显示区域处理以得到可以有效呈现视频内容的螺旋摘要表示新形式。

“利用螺旋方式表示视频内容的优势在于，有利于视频内容展示的连续性，保持视频流的线性时间性，可以大大提高用户理解视频内容以及定位视频的效率。” 王宏安表示。

目前，这项技术已被用于许多城镇的公共服务领域，比如公共交通、各类服务窗口的视频监控以及区域防闯入预警。除此之外，还包括工业过程如能源管道的安全监控等。

在分析这些视频信息的过程中，研究团队还用到了“情感计算”的技术。这是一种能感知、识别和理解人的情感，并能针对人的情感作出智能反馈的计算机系统。通过对服务对象情绪的变化进行分析，系统就可以判断人们的状态、立场和想法。

王宏安说，人类的情感是连续可转变的，类似于调色板，情感计算最重要的就是情感的理解和情感变化的实时跟踪。这种方法可以让计算机拥有理解人们意图的能力，甚至挖掘人们的隐藏需求。这项技术目前正在被用于犯罪分析的领域，例如对传销、金融欺诈等行为的识别、分析。

服务智慧化设计

如果说，大数据、机器学习技术提供的是城镇化服务必备的硬条件，能不能实现真正满足人们需求的优质服务，还需要依靠一种软条件——服务设计。

英方负责人、英国诺森比亚大学教授秦圣峰说，服务设计本质上是一个系统，包括服务过程、方法、步骤、商业模式等内容，来满足服务的供给方和服务的需求方，成为他们之间的一个接口。

服务设计必须以人为中心，它与人的体验息息相关。这也意味着服务设计的过程中需要大量用户参与，另外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。研究团队希望借助大数据，并通过服务设计帮助老人解决养老难问题。

为此，秦圣峰提出了基于众包的创新平台设计开发方案。通过这一众包平台，邀请大量老年用户参与，在与他们互动的过程中，挖掘他们对于养老、医疗等服务的需求；什么时候、需要多少的服务量和服务供给；服务的难点、痛点是什么……

“我们有一个设计理念，叫做‘社会群体智能’，就是从群众中来到群众中去。根据需求分析设计方案，再将方案反馈给他们，进一步评价、调整，这对服务设计是个很大的促进。”秦圣峰说。

公共交通是城镇一体化建设的先决条件，但是，城镇间公交资源的合理分配仍是较为薄弱的一环。怎样提升公共交通服务质量、提高出行者选择公交作为交通方式的比例，是团队关心的问题。

秦圣峰说，公交车辆调度是公交运营管理中的核心业务，而现在的公交调度模式缺乏满足动态需求的灵活性。于是，合作团队在四川成都提出了一种基于城市智能公交调度系统的设计方案。研究人员一方面利用公交刷卡乘客的统计数据对线路客流特点进行分析,对线路客流进行预测，并通过车辆实时信息的获取及断面客流量预测进行分析，建立运营成本和候车成本最小的线路车辆发车间隔模型。另一方面，利用智能公交调度系统搜集的实时信息数据来判断各类异常事件，实现动态调度。

随着智能化的升级，中英团队还瞄准高度集成的智慧系统，即面向城镇生态可持续发展的智慧建筑集成优化设计。

“简单说，这个系统可以把建筑物的各个物理组成部分，比如灯光、幕墙，还有水电气风这些能源，以及人的生活习性，有机整合到一起。根据它们产生的大数据，结合安全、健康与节能减排的目标，提出建筑优化方案。”王宏安解释，这套系统的技术挑战，来自建筑环境的实时感知与协调优化控制。从目前的应用情况来看，这套智慧系统能大大提高建筑能效。