基于城市大數(shù)據(jù)的城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程思考

吳莞姝

摘要：精細(xì)化和理性化設(shè)計(jì)已成為城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)學(xué)生量化分析能力的重要構(gòu)成和體現(xiàn)。城市大數(shù)據(jù)主要包括環(huán)境大數(shù)據(jù)和行為大數(shù)據(jù)。按照研究尺度，城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分為區(qū)域、總規(guī)、控規(guī)和街道設(shè)計(jì)4個(gè)層面。依據(jù)各類城市大數(shù)據(jù)特征和應(yīng)用場(chǎng)景，城市大數(shù)據(jù)課程劃分為理論教學(xué)、數(shù)據(jù)處理和綜合實(shí)踐訓(xùn)練3個(gè)模塊，分別對(duì)應(yīng)原理背景、軟件技術(shù)、實(shí)踐操作的能力提升。理論教學(xué)模塊主要介紹最新前沿理念以及大數(shù)據(jù)原理、模式、類型等;數(shù)據(jù)處理模塊主要培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和清洗校驗(yàn)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析能力、數(shù)據(jù)可視化能力;綜合實(shí)踐訓(xùn)練模塊指選取不同的研究課題和應(yīng)用場(chǎng)景，進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：城市大數(shù)據(jù);城鄉(xiāng)規(guī)劃;理論教學(xué);數(shù)據(jù)處理;綜合實(shí)踐訓(xùn)練

中圖分類號(hào)：G642.41? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2020）12-0350-04

一、引言

隨著信息和通信技術(shù)（ICT：Information and Communication Technology）的發(fā)展，大數(shù)據(jù)時(shí)代已經(jīng)全面降臨。自2014年大數(shù)據(jù)首次寫入政府工作報(bào)告，大數(shù)據(jù)從政策層面就備受關(guān)注。一系列與此相關(guān)的政府文件陸續(xù)發(fā)布，包括《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)云計(jì)算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見》《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動(dòng)綱要》《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》等。上述文件均以加強(qiáng)大數(shù)據(jù)開發(fā)與利用為目標(biāo)，主要內(nèi)容包括推動(dòng)大數(shù)據(jù)在教育科研等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，加快相關(guān)人才的培養(yǎng)。

城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)是一門綜合型學(xué)科，城市是大數(shù)據(jù)的集散地，涉及大量結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如人口、經(jīng)濟(jì)、交通、景觀等。通過傳統(tǒng)的實(shí)地踏勘、問卷訪談等數(shù)據(jù)采集方式獲取的城市數(shù)據(jù)，無法在較廣的時(shí)空范圍內(nèi)客觀、精確地反映城市發(fā)展現(xiàn)狀和居民活動(dòng)規(guī)律，由此獲得的城市運(yùn)行信息也存在較大的滯后性。城市靜態(tài)建設(shè)管理指標(biāo)已不適用于動(dòng)態(tài)多變的城市系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)可以彌補(bǔ)上述缺陷，深入刻畫城市物質(zhì)空間和社會(huì)環(huán)境。這不僅為客觀認(rèn)識(shí)城市系統(tǒng)并總結(jié)其發(fā)展規(guī)律提供了可能性，同時(shí)也為城市規(guī)劃和相關(guān)研究提供了重要支撐。

在當(dāng)前城市更新的背景下，精細(xì)化、智能化管理和設(shè)計(jì)已成為城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。除了定性研究能力外，專業(yè)人員還應(yīng)掌握基于多源、海量數(shù)據(jù)的量化分析能力。定量研究結(jié)果可以為規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案提供精準(zhǔn)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析與高擬合優(yōu)度的預(yù)測(cè)模型構(gòu)建。城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，大數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行了多個(gè)場(chǎng)景的應(yīng)用。近兩年來，各類規(guī)劃和設(shè)計(jì)的編制、評(píng)價(jià)與管理過程中，大數(shù)據(jù)在前期研究、方案預(yù)測(cè)與動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)等方面都發(fā)揮著一定的作用。大數(shù)據(jù)技術(shù)為規(guī)劃行業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，是推動(dòng)城鄉(xiāng)規(guī)劃決策從經(jīng)驗(yàn)決策向有限理性決策轉(zhuǎn)變的主要推動(dòng)力[1]。將定性與定量分析相結(jié)合，已成為城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

在上述背景下，大數(shù)據(jù)方法作為城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域的一項(xiàng)新技術(shù)，可以為設(shè)計(jì)類課程提供基礎(chǔ)支持。作為應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)，城鄉(xiāng)規(guī)劃的教育教學(xué)也應(yīng)引入基于城市大數(shù)據(jù)的課程設(shè)置。

二、城市大數(shù)據(jù)的發(fā)展現(xiàn)狀

城市大數(shù)據(jù)的本質(zhì)還是大數(shù)據(jù)，只不過專業(yè)人員將大數(shù)據(jù)應(yīng)用于城市建設(shè)發(fā)展以及與空間相關(guān)的居民活動(dòng)特征分析中去，將其統(tǒng)稱為城市大數(shù)據(jù)。隨著數(shù)據(jù)流通和交易的普及與政府?dāng)?shù)據(jù)的開放、共享，利用大數(shù)據(jù)保障和改善經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與城市發(fā)展的概念深入人心。大數(shù)據(jù)被用于定義信息爆炸時(shí)代產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，并命名與之相關(guān)的技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新[2]。具體而言，大數(shù)據(jù)主要是指在一定的時(shí)空范圍內(nèi)難以用傳統(tǒng)常規(guī)手段捕捉、存儲(chǔ)、處理和管理的數(shù)據(jù)集。該數(shù)據(jù)集在新的處理模式下能夠挖掘出較強(qiáng)的決策力、洞察力和優(yōu)化力，是一種具有較高容量、增長(zhǎng)率和多樣性的信息資產(chǎn)。大數(shù)據(jù)具有5V特點(diǎn)（最早由IBM提出）：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（低價(jià)值密度）、Veracity（真實(shí)性）。5V特點(diǎn)決定了大數(shù)據(jù)科學(xué)能夠觸及居民活動(dòng)、城市建設(shè)、政府管理、科技研發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營(yíng)等多個(gè)社會(huì)領(lǐng)域。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括改善城市、金融買賣、挖掘客戶需求、改善安全和執(zhí)法、優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、提高醫(yī)療和研發(fā)、優(yōu)化機(jī)器和設(shè)備性能等。

城市大數(shù)據(jù)主要指大量反映城市空間組織和居民行為特征的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)以及移動(dòng)信息設(shè)備數(shù)據(jù)，是互聯(lián)網(wǎng)公司在日常運(yùn)營(yíng)中生成、累積的用戶網(wǎng)絡(luò)行為數(shù)據(jù)以及通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上爬取的各類數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)集合以容量大、類型多、存取速度快、價(jià)值密度低為主要特征。對(duì)這些海量、分散、多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和關(guān)聯(lián)分析，可細(xì)化和補(bǔ)充對(duì)城市與居民的認(rèn)知，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)。

城市大數(shù)據(jù)主要包括兩類：環(huán)境大數(shù)據(jù)和行為大數(shù)據(jù)。環(huán)境大數(shù)據(jù)指的是對(duì)物質(zhì)環(huán)境要素的反映，如POI數(shù)據(jù)、街景圖片數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)等。基于環(huán)境大數(shù)據(jù)的挖掘和分析，可在多個(gè)空間尺度更加精細(xì)地認(rèn)知城市環(huán)境，并進(jìn)行全面的客觀評(píng)價(jià)和實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)評(píng)估。行為大數(shù)據(jù)指對(duì)居民行為特征的反映，如手機(jī)信令數(shù)據(jù)、LBS定位數(shù)據(jù)、WIFI接入數(shù)據(jù)、公交刷卡數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)簽到數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)包含動(dòng)態(tài)、精準(zhǔn)的“人（who）—時(shí)（when）—地（where）”信息，可挖掘城市居民在多個(gè)空間尺度和時(shí)間段的活動(dòng)特征，彌補(bǔ)傳統(tǒng)研究只能在較小尺度和某個(gè)時(shí)間截面認(rèn)知居民行為規(guī)律的不足，為城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供新的思路和方法，并為城市未來發(fā)展和居民行為預(yù)測(cè)提供分析基礎(chǔ)，使得決策日益基于數(shù)據(jù)和分析而做出，跳出以往基于經(jīng)驗(yàn)和直覺的局限，為規(guī)劃決策提供強(qiáng)有力的支撐。

三、城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)課程設(shè)置現(xiàn)狀

城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)科專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)提出城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)人才應(yīng)具備六項(xiàng)能力：前瞻預(yù)測(cè)、綜合思維、專業(yè)分析、公正處理、共識(shí)建構(gòu)和協(xié)同創(chuàng)新。前瞻預(yù)測(cè)能力是基于客觀發(fā)展規(guī)律預(yù)測(cè)城鄉(xiāng)發(fā)展;綜合思維能力是基于分析整合城鄉(xiāng)綜合系統(tǒng)關(guān)系要素，發(fā)現(xiàn)并解決問題;專業(yè)分析能力是利用相關(guān)技術(shù)方法分析推演規(guī)劃對(duì)象的未來需求和影響效應(yīng)[3]。上述三項(xiàng)為基礎(chǔ)能力，均要求城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生具備較強(qiáng)的量化數(shù)據(jù)分析能力[4]。

在當(dāng)前智能化社會(huì)發(fā)展背景下，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是量化分析能力的重要構(gòu)成和體現(xiàn)，大數(shù)據(jù)分析能力是城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)學(xué)生需要掌握的重要技能。然而，根據(jù)全國(guó)城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)指導(dǎo)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)資料，目前城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)教學(xué)體系中一半以上（約65%）的課程基于建筑學(xué)背景進(jìn)行設(shè)置，只有少量課程源于其他工程和理學(xué)學(xué)科[5]。課程教學(xué)，尤其是本科生教學(xué)，對(duì)于量化數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)較為欠缺。因此，如何在傳統(tǒng)的城鄉(xiāng)規(guī)劃教育體系中合理設(shè)置基于城市大數(shù)據(jù)的課程教學(xué)，有效提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力，并為規(guī)劃設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)支持，值得我們深入思考和探索。要達(dá)到上述目的，首先應(yīng)明確城市大數(shù)據(jù)在城鄉(xiāng)規(guī)劃中的主要應(yīng)用場(chǎng)景，基于應(yīng)用場(chǎng)景，有目的地進(jìn)行課程安排和教學(xué)計(jì)劃。

四、城市大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景

依據(jù)研究對(duì)象，可將城市大數(shù)據(jù)的研究?jī)?nèi)容劃分為城市空間、城市人口、城市交通和城市管理4個(gè)方面。按照研究尺度，城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分為4個(gè)層面：區(qū)域?qū)用?、總?guī)層面、控規(guī)層面和街道設(shè)計(jì)層面。每個(gè)層面均有對(duì)前述4個(gè)研究?jī)?nèi)容的涉及。本文選取每個(gè)層面的典型研究案例進(jìn)行匯總闡述。值得注意的是，單獨(dú)依靠某一個(gè)數(shù)據(jù)或某一類數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的意義有限，多數(shù)研究場(chǎng)景是基于多源數(shù)據(jù)的分析，是城市大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的結(jié)合，從行為大數(shù)據(jù)中提取居民活動(dòng)特征，從環(huán)境大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中提取城市環(huán)境特征。通過行為活動(dòng)與空間形態(tài)的耦合性分析，能夠有效發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀與規(guī)劃的不合理之處，彌補(bǔ)傳統(tǒng)“一致性評(píng)估”的局限性[6]。

（一）區(qū)域?qū)用?/p>

在區(qū)域?qū)用?，手機(jī)信令數(shù)據(jù)能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)的不足。作為城鎮(zhèn)體系規(guī)劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，提取手機(jī)信令數(shù)據(jù)中跨鎮(zhèn)出行的出行鏈，可獲得城鎮(zhèn)聯(lián)系度。結(jié)合城鎮(zhèn)體系規(guī)劃的實(shí)踐案例，將其應(yīng)用于城鎮(zhèn)體系規(guī)劃中的空間結(jié)構(gòu)、等級(jí)結(jié)構(gòu)、中心城市腹地、區(qū)域重要交通設(shè)施服務(wù)范圍分析[7]。

（二）總規(guī)層面

在總規(guī)層面，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要指基于城市尺度的分析。從手機(jī)數(shù)據(jù)中可提取城市尺度街道之間的就業(yè)—居住功能聯(lián)系和游憩—居住功能聯(lián)系，借鑒社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析方法，從單位面積吸引量、聯(lián)系緊密程度兩方面分析空間結(jié)構(gòu)的功能聯(lián)系特征[8]。

中心城市日常運(yùn)營(yíng)中的“實(shí)際服務(wù)人口”，超出傳統(tǒng)城市規(guī)劃體系中的“常住人口”。使用手機(jī)數(shù)據(jù)，可提取短期駐留人口在城市的時(shí)間停留、空間分布、出行強(qiáng)度等特征，從而對(duì)城市空間發(fā)展進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化[9]。

在交通方面，根據(jù)手機(jī)數(shù)據(jù)的通信特征，可提取測(cè)度地下軌道交通站點(diǎn)客流的特征，并將其與基站識(shí)別軟件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和IC卡數(shù)據(jù)比較，確保準(zhǔn)確性。該方法可用于軌道交通乘客職住地分布以及各站點(diǎn)換乘客流量等的應(yīng)用，為優(yōu)化軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)管理提供支撐[10]。

（三）控規(guī)層面

大數(shù)據(jù)在控規(guī)層面的應(yīng)用主要指基于街區(qū)尺度的分析。使用手機(jī)數(shù)據(jù)，可估計(jì)街區(qū)尺度的城市活力特征（居民活動(dòng)強(qiáng)度、流動(dòng)性、停駐時(shí)長(zhǎng)和不穩(wěn)定性等），評(píng)估不同街區(qū)城市活力的差異，在此基礎(chǔ)上，分析建成環(huán)境對(duì)城市活力的影響特征，明晰街區(qū)層面顯著影響城市活力的建成環(huán)境要素和影響機(jī)理，從而提出以提升城市活力為目的的街區(qū)建成環(huán)境優(yōu)化策略[11]。此外，還可使用手機(jī)信令數(shù)據(jù)提取城市公共中心的活動(dòng)人群行為特征，進(jìn)而分析公共中心體系的服務(wù)層級(jí)、服務(wù)對(duì)象、服務(wù)半徑及能級(jí)特征與演變規(guī)律[12]。

（四）街道設(shè)計(jì)層面

街道研究可以使用感知人群活動(dòng)的行為大數(shù)據(jù)進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間維度或大范圍、精細(xì)化地觀測(cè)街道活力，從而記錄多個(gè)尺度下相當(dāng)數(shù)量的使用者在街道連續(xù)時(shí)空中的精細(xì)化行為和感受，評(píng)價(jià)街道活動(dòng)特征，進(jìn)而審視街道空間設(shè)計(jì)，特別是與使用者行為感受密切相關(guān)的場(chǎng)所概念及其相關(guān)理論。以新視角來感知城市街道，已有研究從量化驗(yàn)證的思路出發(fā)，使用更為細(xì)致的行為記錄等手段，以量化模型或統(tǒng)計(jì)的方法，以期深化建成環(huán)境影響街道活力的設(shè)計(jì)理論，提出更好促進(jìn)活力的街道設(shè)計(jì)策略[13]。

五、基于城市大數(shù)據(jù)的課程設(shè)置

城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的城市大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)一般包括大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘和大數(shù)據(jù)可視化。城市大數(shù)據(jù)課程共32學(xué)時(shí)，包括三個(gè)模塊：理論教學(xué)、數(shù)據(jù)處理和綜合實(shí)踐訓(xùn)練。

（一）理論教學(xué)模塊

理論教學(xué)模塊主要指介紹最新的大數(shù)據(jù)支持城市研究和規(guī)劃設(shè)計(jì)的前沿理念、大數(shù)據(jù)的生成原理和構(gòu)成模式、城市大數(shù)據(jù)的類型以及典型數(shù)據(jù)介紹，使學(xué)生了解大數(shù)據(jù)在城市研究中可能的應(yīng)用場(chǎng)景，包括區(qū)域規(guī)劃、總體規(guī)劃、控規(guī)和街道設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

理論教學(xué)模塊共6課時(shí)，包括2個(gè)部分。首先，用2課時(shí)介紹城市大數(shù)據(jù)的類型、基本原理、典型數(shù)據(jù)以及各類數(shù)據(jù)的特征。其次，使用4課時(shí)介紹城市大數(shù)據(jù)的前沿研究、城市大數(shù)據(jù)在各個(gè)城市尺度上的應(yīng)用（包括依據(jù)不同研究場(chǎng)景的要求如何選取合適的數(shù)據(jù)源）、各類數(shù)據(jù)源在該研究場(chǎng)景中的適用性和局限性、數(shù)據(jù)處理方法和分析思路、如何辨析計(jì)算結(jié)果的有效性，以及按照傳統(tǒng)理論和經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知合理解讀分析結(jié)果，并提出對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)有效的實(shí)施策略。

（二）數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊主要指培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和清洗校驗(yàn)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析能力、數(shù)據(jù)可視化能力。這些課程以課堂操作為主，包含多個(gè)軟件的操作學(xué)習(xí)，包括Arc GIS、SPSS、空間句法的加強(qiáng)學(xué)習(xí)，以及SQL Server、Python、Stata、Matlab等軟件的初步使用。

數(shù)據(jù)處理模塊包含14學(xué)時(shí)，其中4個(gè)學(xué)時(shí)用于Arc GIS的加強(qiáng)學(xué)習(xí)，在學(xué)生掌握基本的Arc GIS操作技能的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)使用Arc GIS的高級(jí)分析工具，以及這些工具可被應(yīng)用的場(chǎng)景;2學(xué)時(shí)用于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)SPSS的操作，分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征以及多種回歸分析方法的簡(jiǎn)單原理、操作和結(jié)果解讀;2課時(shí)用于空間句法的加強(qiáng)學(xué)習(xí)，包括軟件操作和分析解讀;6學(xué)時(shí)用于帶領(lǐng)學(xué)生了解當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的數(shù)據(jù)爬取技術(shù)和編程軟件，掌握基本的編程語言。該部分教學(xué)內(nèi)容主要是基本原理講解和入門訓(xùn)練。學(xué)生雖不能在較短時(shí)間內(nèi)熟練掌握上述編程語言和軟件，但可以對(duì)基本原理和語言邏輯進(jìn)行了解，便于課下的后續(xù)深入學(xué)習(xí)。