基于人居活動數(shù)據(jù)的城市分析
——紐約市實踐經(jīng)驗及其城市人因工程學(xué)啟示

來源，胡安妮

0 前言

21 世紀(jì)以來，城市人居在數(shù)字與智慧技術(shù)的影響下，不斷呈現(xiàn)出虛實結(jié)合的空間演變與人機交互的智慧場景。大量涌現(xiàn)的城市數(shù)據(jù)為使用機器學(xué)習(xí)與信息可視化等技術(shù)開展科學(xué)量化分析提供了豐富的數(shù)字資源，通過對多源大數(shù)據(jù)與多模態(tài)信息分析解讀，可促使我們更全面地了解人與多尺度、多維度空間中多種元素的相互作用。然而，在數(shù)字化、智慧化技術(shù)嵌入人居活動的過程中亦會帶來新的不確定因素。隨著信息技術(shù)與人工智能不斷滲透人居空間與城市生活，當(dāng)代城市物理—賽博—社會三元空間中多種智慧化技術(shù)應(yīng)用與人不斷交互影響，演化出眾多新的用戶體驗、生活場景和交互方式，為城市分析帶來了新問題、復(fù)雜性與新風(fēng)險。與此同時，城市人因工程從人體與空間的體驗、互動與感受出發(fā)，關(guān)注物理空間規(guī)劃設(shè)計與人交互所帶來的生理、心理影響與作用，成為探討未來城市空間的重要研究視角。

1 智慧城市環(huán)境下的人居活動信息構(gòu)架

本文首先闡述了21 世紀(jì)以來智慧人居的關(guān)鍵技術(shù)、科研進(jìn)展與人居場景演變。結(jié)合美國紐約市的多項實踐案例經(jīng)驗，梳理了城市分析的內(nèi)涵及其在場所、社區(qū)、城市等多種尺度和多種智慧場景建設(shè)等方面的應(yīng)用?；谝陨详P(guān)于城市分析的初步發(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步總結(jié)了城市分析當(dāng)前所面臨的難題，并對城市人因工程視角如何啟發(fā)智慧人居建設(shè)背景下的城市分析展開探討。總結(jié)而言，基于人居活動數(shù)據(jù)的城市分析為未來城市智慧人居建設(shè)治理提供了重要支撐，而城市人因工程在完善城市分析的“人本性”“交互性”“社會性”方面提供了獨特視角，這不僅對支撐未來智慧城市人居規(guī)劃、建設(shè)、治理具有實際意義，更為面向未來的數(shù)字化、智慧化人居環(huán)境科學(xué)和信息賦能設(shè)計科學(xué)提供重要的理論探討。

1 城市智慧人居的演進(jìn)趨勢

1.1 智慧技術(shù)創(chuàng)新推動城市科學(xué)

在過去的20 年中，智慧城市伴隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施老舊和城市治理挑戰(zhàn)等難題經(jīng)歷了新興技術(shù)驅(qū)動的4 次創(chuàng)新浪潮[1]。對其內(nèi)容與特征可進(jìn)行如下概括：（1）數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段，即在城市范圍與空間尺度上的通訊信息（ICT）基礎(chǔ)設(shè)施更新建設(shè)，通過無線網(wǎng)絡(luò)、傳感器等結(jié)合，以實現(xiàn)城市建成環(huán)境與公共通訊網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，形成一個將信息與物理系統(tǒng)連接起來的“數(shù)字城市”[2]；（2）信息化社會網(wǎng)絡(luò)形成階段，即新興科技產(chǎn)業(yè)模式關(guān)注個人用戶體驗的信息媒體，以市場化的個人智能設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、社交媒體平臺等形成一系列新型的商業(yè)模式；（3）城市大數(shù)據(jù)增長階段，伴隨數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、感知設(shè)備與社交網(wǎng)絡(luò)的成熟帶來了多樣化的城市大數(shù)據(jù)資源和以服務(wù)市民為核心的城市數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，城市開放數(shù)據(jù)、城市數(shù)據(jù)分析、城市數(shù)據(jù)科學(xué)成為新興技術(shù)議題；（4）城市科學(xué)與城市信息學(xué)興起階段，當(dāng)城市數(shù)據(jù)資源快速增長，伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)入新的階段，引發(fā)了包括城市分析、城市預(yù)測、數(shù)字孿生城市等學(xué)術(shù)話題，并促成城市實驗室、新城市科學(xué)、未來城市、智聯(lián)社區(qū)等多種人居科學(xué)探索與技術(shù)開發(fā)途徑[3]；（5）自2020 年新冠疫情肆虐全球以來，城市信息技術(shù)在疫情監(jiān)測防控、公共衛(wèi)生管理、社區(qū)健康服務(wù)等方面發(fā)揮了巨大作用，體現(xiàn)了智慧城市應(yīng)用于公共健康領(lǐng)域的重要作用[4]。

美國紐約市作為全球科技創(chuàng)新領(lǐng)先城市，自21 世紀(jì)以來亦經(jīng)歷了上述5 個演進(jìn)階段，尤其在2010-2020 這10 年間，無論是城市政府部門的職能建設(shè)，還是當(dāng)?shù)馗咝Ｅc科研機構(gòu)對城市科學(xué)與智慧城市技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，抑或科技企業(yè)與商業(yè)機構(gòu)對智慧城市人居的參與，該市均作出了諸多前沿科學(xué)探索與設(shè)計應(yīng)用示范。因此以下將以紐約市為例，具體展開說明該市在城市分析及其相關(guān)的智慧人居建設(shè)方面的實踐經(jīng)驗。

1.2 智慧城市多層信息構(gòu)架

關(guān)于智慧城市的信息構(gòu)架，Habibzadel 等將其概括為包括數(shù)據(jù)層、通訊層、傳感層、應(yīng)用層、安全層的多層級、多系統(tǒng)的城市信息構(gòu)架[5]（圖1）。以紐約市為例，該市自2012 年提出了城市開放數(shù)據(jù)平臺（OpenNYC）作為城市數(shù)據(jù)層的管理機制，通過地方性立法和城市條例為其提供了政策保障、實施路徑、技術(shù)支持與人力資源。在通訊與傳感層面，紐約市開展了多個城市新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與傳感監(jiān)測項目，包括基于公共空間智能設(shè)備的LinkNYC 項目[6]、基于聲學(xué)監(jiān)測的SONYC 項目[7]、基于遠(yuǎn)紅外遙感觀測的Urban Observatory 項目[8]等；在應(yīng)用層面，紐約市不僅對該市的公眾服務(wù)熱線（NYC 311）進(jìn)行信息系統(tǒng)改造與數(shù)據(jù)管理優(yōu)化[9]，還依托OpenNYC 推出一系列基于城市開放數(shù)據(jù)資源的智能應(yīng)用[10]；在信息安全層面，紐約市成立了科技與創(chuàng)新辦公室（The Office of Technology and Innovation,OTI）并于2017 年借助谷歌云（Google Cloud）的技術(shù)合作支持建立了紐約市賽博控制部（New York City Cyber Command），以對全城的公共數(shù)據(jù)安全及其相關(guān)信息系統(tǒng)安全性提供技術(shù)保障[11]。

1.3 虛實結(jié)合的人居場景演變

數(shù)字時代下，城市的發(fā)展不斷呈現(xiàn)出虛實結(jié)合的空間演變與人機交互的智慧場景。一方面，傳感設(shè)備、監(jiān)測系統(tǒng)、云計算、分布式算法、信息交互界面等多種后端、中端、前端技術(shù)將城市空間及其空間中的各種人居活動數(shù)據(jù)化、虛擬化成為了可能。美國城市規(guī)劃設(shè)計學(xué)者M(jìn)itchell W.對此提出了“比特城市”（City of Bits）的概念，認(rèn)為未來城市規(guī)劃設(shè)計不僅僅局限于傳統(tǒng)物理空間塑造，還包括對賽博空間的設(shè)計干預(yù)[12]；另一方面，居民活動在物理空間、社會空間、賽博空間中不斷拓展，人們的行為、決策、交流無不受到數(shù)據(jù)驅(qū)動與算法影響，并在多種信息交互中萌生出新的行為方式。對于這種轉(zhuǎn)變，瑞典社會心理學(xué)家Bradley G.將其形容為“網(wǎng)絡(luò)人”（Humans on the Net）現(xiàn)象，并探討了數(shù)字技術(shù)所催生的社會新現(xiàn)象與社區(qū)信息學(xué)新興領(lǐng)域[13]。在智慧城市與數(shù)字人居的背景下，荷蘭法學(xué)專家Ranchordás S.進(jìn)一步探討了當(dāng)代與未來信息技術(shù)對人的行為意識干預(yù)所涉及到的法律問題與倫理爭議[14]。

在實踐層面，智慧技術(shù)逐漸在多種城市規(guī)劃、設(shè)計與治理場景中得到了應(yīng)用示范。早在2008 年，紐約市警察局就與微軟聯(lián)合提出了基于域感知系統(tǒng)（DAS）的下曼哈頓安全倡議，探索信息技術(shù)支撐城市公共安全和安保數(shù)據(jù)管理[15]。該系統(tǒng)將監(jiān)控視頻源、車牌閱讀器、輻射探測和化學(xué)傳感器、911 警報和其他機構(gòu)數(shù)據(jù)整合到一個中央信息交換中心，并于2015 年首次在城市部署了槍擊檢測系統(tǒng)，以增強公共安全監(jiān)測和威懾犯罪的能力。在公共空間方面，紐約市公園管理局于2016 年啟動了“公園智能長椅”的試點項目，將物聯(lián)網(wǎng)裝置引入公園智能設(shè)施與行人活動數(shù)字化管理[16]。每個智能長椅配置有可供手機充電的太陽能裝置和用于收集公園空間使用趨勢和行人軌跡數(shù)據(jù)的WiFi 設(shè)備。這種智能長椅不僅為公園使用者帶來便利，還能為公園管理局提供實時信息和量化數(shù)據(jù)以實現(xiàn)由數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理決策。2019 年，紐約市交通局（Department of Transportation,DOT）與大都會交通管理局（The Metropolitan Transportation Authority,MTA）、紐約警察局（The New York City Police Department,NYPD）合作開展了“公交提升行動”計劃[17]。該計劃旨在通過公交優(yōu)先政策工具包、增加攝像頭設(shè)備、公交車道執(zhí)法、公交服務(wù)管理舉措和公交路線優(yōu)化等措施，將全市公交車速度提高25%，從而鼓勵使用公共交通以緩解交通擁堵。綜上，城市在多種數(shù)字信息技術(shù)的支持下，呈現(xiàn)出虛實結(jié)合的人居場景演變與智慧化的應(yīng)用場景，不僅為城市的規(guī)劃、設(shè)計、治理過程帶來了多種數(shù)字化、智慧化的技術(shù)支持，還為隨后開展的城市分析提供了大量數(shù)據(jù)資源與實證研究依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)分析的類型分類，根據(jù)參考文獻(xiàn)[21]繪制

2 基于人居活動數(shù)據(jù)的城市分析

2.1 城市分析的內(nèi)涵

早在1960 年代就興起了對數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析內(nèi)涵的討論，美國數(shù)學(xué)家和統(tǒng)計學(xué)家Tukey J.認(rèn)為數(shù)據(jù)分析（data analytics）是通過發(fā)掘、解讀、交流數(shù)據(jù)所揭示模式規(guī)律的研究方式[18]。對于城市分析（urban analytics）的內(nèi)涵，不同專家學(xué)者提出了多種解讀和定義。例如Batty M.認(rèn)為城市分析是一種快速新興的工具，用于解決大數(shù)據(jù)、城市模擬、地理人口統(tǒng)計等問題[19]；Goodchild M.認(rèn)為城市分析是通過利用來自社交媒體、眾包、感知網(wǎng)絡(luò)等新興數(shù)據(jù)資源進(jìn)行城市研究創(chuàng)新[20]。數(shù)據(jù)分析的類型可根據(jù)其方法途徑、復(fù)雜程度與智能價值分為描述性分析（descriptive analytics）、診斷性分析（diagnostic analytics）、預(yù)測性分析（predictive analytics）與規(guī)范性分析（prescriptive analytics）[21]。描述性分析旨在利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計與可視化等方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行總體描述與特征總結(jié)；診斷性分析主要通過回歸模型與歸因分析等來對不同變量間的相關(guān)性與因果關(guān)系進(jìn)行分析驗證；預(yù)測性分析利用統(tǒng)計模型、機器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)等方法對歷史數(shù)據(jù)或抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以實現(xiàn)預(yù)測的能力；規(guī)范性分析亦利用多種統(tǒng)計模型和機器學(xué)習(xí)方法，但其目的偏向于提供建議與推薦（圖2）。

基于人居活動的城市數(shù)據(jù)分析流程可大致歸納為以下5 個步驟:（1）數(shù)字化（digitizing），即利用多種技術(shù)將多源信息轉(zhuǎn)化為機器可讀的數(shù)據(jù)格式；（2）計量化（quantifying），即將觀察結(jié)果計數(shù)和測量為數(shù)據(jù)的數(shù)量；（3）流程化（pipelining），即策劃在整個生命周期中數(shù)據(jù)存儲庫的管理與使用，包括創(chuàng)建、存儲、傳輸、歸檔和更新；（4）模型化（modeling），通過構(gòu)建基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)的回歸模型、預(yù)測模型或分類器，以實現(xiàn)由數(shù)據(jù)驅(qū)動的歸因、識別、分類、預(yù)測、推薦等多種分析算法；（5）可視化（visualizing），即將分析結(jié)果進(jìn)行圖形化展示以及可實現(xiàn)用戶交互的信息界面。

作為城市分析的先行者，紐約市于2013 年正式成立“數(shù)據(jù)分析市長辦公室”（Mayor's Office of Data Analytics,MODA）并明確了該機構(gòu)組織的3 項重點工作：（1）為本市其他機構(gòu)提供數(shù)據(jù)分析支持服務(wù)；（2）促進(jìn)城市機構(gòu)與多方主體之間的數(shù)據(jù)共享；（3）管理和推廣多樣化的城市開放數(shù)據(jù)項目，其內(nèi)容涵蓋城市的市政運營、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)、租戶保護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)等不同空間尺度與時效性的城市分析與決策支持[22]。在方法層面，對于城市原始數(shù)據(jù)的處理解讀往往需要依賴信息學(xué)（數(shù)據(jù)和信息的使用）、分析學(xué)（從數(shù)據(jù)中提取知識）和城市專業(yè)領(lǐng)域知識（理解知識的相關(guān)性和潛在價值）等多學(xué)科的知識技能。因此，城市分析貫穿了城市信息系統(tǒng)的后端（數(shù)據(jù)管理）、中端（算法與模型）、前端（信息輸入輸出與交互界面），其成果不僅包括數(shù)據(jù)分析結(jié)果（類似于傳統(tǒng)咨詢企業(yè)所提供的解決方案服務(wù)），還包括作為用戶友好體驗和靈活使用接口和門戶網(wǎng)站（作為數(shù)據(jù)控制臺或終端）。綜上，城市分析與傳統(tǒng)城市量化研究不同，數(shù)據(jù)不僅可作為實證研究的依據(jù)，還能為城市信息管理設(shè)計、智慧城市系統(tǒng)運維、決策支持算法等方面提供信息源。

2.2 城市多源數(shù)據(jù)融合分析的多尺度發(fā)現(xiàn)

多源大數(shù)據(jù)與多模態(tài)信息能更全面地反映人與多尺度、多維度空間中多種元素的相互作用，為使用機器學(xué)習(xí)與信息可視化等技術(shù)開展科學(xué)量化分析提供了豐富資源。紐約市作為數(shù)據(jù)驅(qū)動城市運營和開放數(shù)據(jù)的先驅(qū)，近年來在不斷建設(shè)的過程中逐漸形成了豐富多樣的城市數(shù)據(jù)資源環(huán)境。在地點和場所尺度，與人居活動相關(guān)的城市建成空間元素，例如土地使用情況、建筑物占地、街道網(wǎng)絡(luò)、公共交通設(shè)施、公共空間家具、行道樹等，均已進(jìn)行了數(shù)據(jù)化記錄并實現(xiàn)城市公共數(shù)據(jù)開放化。通過空間提取、清理、融合等數(shù)據(jù)處理流程后，這些信息可支持對城市本地微觀區(qū)域特征進(jìn)行量化，客觀定量地描述局部空間質(zhì)量及其場所特征，并進(jìn)一步支持解讀分析當(dāng)?shù)貏討B(tài)多變的人居行為活動。例如，作者先前名為“量化場所”（quantifying places）的研究項目利用紐約市多源大數(shù)據(jù)，對該市范圍內(nèi)100 個地點的局部空間元素及其場所特征進(jìn)行了量化、分類與回歸模型分析，相關(guān)結(jié)果闡釋了不同類型場所中行人活動的主要驅(qū)動因素，并揭示了人居活動分析中城市環(huán)境（空間因素）和社會動態(tài)（事件因素）的重要考量因素[23]。

在人居健康層面，筆者先前的一項研究利用紐約市內(nèi)174 個郵政編碼區(qū)內(nèi)居民的就醫(yī)活動行為記錄量化計算了城市不同局部空間中季節(jié)性呼吸疾病就醫(yī)率，并結(jié)合反映環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)、人口等因素的多源數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建地理加權(quán)的多元回歸模型（Geographically Weighted Multivariate Regression Model,GWMR）分析了包括建筑質(zhì)量、空氣質(zhì)量（PM2.5 濃度）、花粉暴露、人口年齡、家庭經(jīng)濟(jì)因素與過敏性哮喘就醫(yī)率間的相關(guān)性[25]。由此可見，除了建成環(huán)境及其場所特征，城市中不同空間局部的人居活動往往伴隨著經(jīng)濟(jì)、社會、文化、健康等多重因素的累積疊加效應(yīng)。

2.3 理解賽博空間人居活動情況

如上文所述，近20 年來的信息技術(shù)革新帶來了城市生活改變，人居系統(tǒng)在數(shù)字化趨勢下亦演變出其在賽博空間（cyberspace）的諸多行為，反映出了列斐伏爾（Lefebvre H.）在《空間的生產(chǎn)》（The Production of Space）中所提出的由“現(xiàn)實—精神—社會”所構(gòu)成的三元空間下的人居活動行為模式[26]。數(shù)字政務(wù)平臺、社交網(wǎng)絡(luò)、自媒體、虛擬現(xiàn)實、元宇宙等多種新型信息交流與管理方式為理解更加具有動態(tài)性、時效性、多維性的城市人居活動提供了新的數(shù)據(jù)資源與實證研究依據(jù)。與此同時，新的信息源和數(shù)據(jù)格式亦需要通過新的分析方法對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行描述性解讀、歸因分析、聚類識別以及時空預(yù)測。

在2010 年以來，紐約市多個政府部門對其相關(guān)業(yè)務(wù)開展了數(shù)字政務(wù)管理、城市信息系統(tǒng)升級、數(shù)據(jù)融合分析等多種數(shù)字化、智能化提升，以不斷融合城市管理運維在物理空間、社會空間、賽博空間中的高效融合。以紐約市建筑局（NYC Department of Buildings）為例，其對建筑活動許可、建筑安全檢查、建筑質(zhì)量評估、建筑能耗能效、建筑產(chǎn)權(quán)信息等相關(guān)部門業(yè)務(wù)開展了信息采集、數(shù)據(jù)分析與智能化決策支持應(yīng)用。例如，作者先前的一項研究對紐約市建筑局1,058,547 項建筑改造活動許可記錄進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，通過自然語言處理技術(shù)對其進(jìn)行了內(nèi)容分析、主題趨勢和話題模型的構(gòu)建，從而識別城市居民自發(fā)進(jìn)行的建筑改造活動的時空動態(tài)[27]。在了解居民對物理空間的利用改造之外，也可以通過社交媒體平臺信息來了解城市人居動態(tài)，尤其是包括情緒、態(tài)度、意見等超越物理空間活動的人居信息動態(tài)。針對此，作者的研究團(tuán)隊曾對紐約市274 個社區(qū)相關(guān)社交媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行時序變化和輿情態(tài)度識別分析，通過對賽博空間信息的提取來衡量城市社區(qū)鄰里變化與居民實時態(tài)度，探索了一種基于社交媒體動態(tài)的城市輿情指標(biāo)構(gòu)建、社區(qū)情況預(yù)警監(jiān)測和公眾意見收集的綜合技術(shù)途徑[28]。

3 城市人居活動數(shù)據(jù)分析的痛點

隨著信息技術(shù)與人工智能不斷滲透人到居空間與城市生活中，當(dāng)代城市“物理—賽博—社會”三元空間中多種因素與人不斷交互影響，演化出眾多新的用戶體驗和生活場景，為人與城市空間交互帶來了新問題、復(fù)雜爭議與未知風(fēng)險。整體而言，較為顯著的問題主要包括由數(shù)字鴻溝帶來的數(shù)據(jù)偏差問題、由高精度觀測帶來的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題以及由多主體多系統(tǒng)帶來的協(xié)同問題。

3.1 數(shù)字鴻溝造成的數(shù)據(jù)偏差

數(shù)字鴻溝（digital divide）問題體現(xiàn)在社會不同群體對信息技術(shù)的可接入（access）和使用（use）方面體現(xiàn)出的差異性[29]，包括了設(shè)備的可用性、技術(shù)使用主動性、技術(shù)的社會支持與信息技術(shù)使用目的等方面所呈現(xiàn)出的差異性。因此，城市中不同社區(qū)在數(shù)據(jù)中的表現(xiàn)程度通常并不相同，不同社區(qū)和群體之間存在數(shù)字資源差異，低收入人群與社區(qū)可能存在數(shù)據(jù)缺失或數(shù)字表達(dá)不完整等問題。以紐約市民投訴與公共服務(wù)熱線311 數(shù)據(jù)為例，McLafferty 等通過對全市范圍市民關(guān)于室內(nèi)臭蟲（bed bug）投訴行為的分析揭示了居民自發(fā)行為地理信息（volunteered geographic information,VGI）背后的地理空間與社會經(jīng)濟(jì)偏見。分析比對發(fā)現(xiàn)，關(guān)于家居室內(nèi)臭蟲的假陽性（false positive）投訴往往出現(xiàn)在高品質(zhì)住宅和高收入社區(qū)人群，若單純以此數(shù)據(jù)作為市政服務(wù)和城市健康依據(jù)，就會導(dǎo)致低收入社區(qū)的實際問題遭到忽視[30]。因此，隨著智慧技術(shù)持續(xù)滲入城市規(guī)劃、治理和運維等工作環(huán)節(jié)，相關(guān)決策與智能化控制不斷依賴居民活動數(shù)據(jù)，亟需重視由于數(shù)據(jù)質(zhì)量、采樣偏差、測量誤差及其相關(guān)分析算法所帶來的數(shù)字不平等（digital in equality）問題。

3.2 高精高頻數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢查

除了上文所介紹的由數(shù)字鴻溝所帶來的數(shù)據(jù)偏差之外，智慧城市背景下的諸多人居活動數(shù)據(jù)具有高精度、高頻率、多尺度的特點。這些來自于傳感器監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)運維、地理位置服務(wù)（location-basedservices）、手機信令、智慧應(yīng)用、信息平臺、社交媒體等多種信息源的數(shù)據(jù)為存儲、清洗、檢查、解讀等一系列處理流程帶來了技術(shù)挑戰(zhàn)[31]。以傳感數(shù)據(jù)為例，Teh H.等通過對6970 篇使用傳感數(shù)據(jù)的研究論文進(jìn)行分析，對傳感數(shù)據(jù)的常見錯誤進(jìn)行了總結(jié)，排序前5 位最常見的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題分別是異常值（outlier）、缺失數(shù)據(jù)（missing data）、偏差（bias）、漂移（drift）和噪點（noise）[32]。需要強調(diào)的是，許多數(shù)據(jù)質(zhì)量問題不僅僅源于監(jiān)測設(shè)備的系統(tǒng)性誤差和傳感裝置調(diào)試問題，還可能是由當(dāng)?shù)厝司踊顒佑绊懚斐傻?。例如，先前一項關(guān)于紐約市社區(qū)空氣質(zhì)量檢測的研究表明，局部微觀尺度的空氣質(zhì)量監(jiān)測極易受到當(dāng)?shù)鼐用裣募緫敉鉄净顒拥挠绊?，從而對觀測數(shù)據(jù)采集帶來異常值的干擾[33]。因此，隨著更多的智能設(shè)備不斷走入日常生活，城市分析需要應(yīng)對多源、高精度和高頻率的數(shù)據(jù)處理、檢查和解讀任務(wù)。

3 城市局部空間多種要素提取，引自參考文獻(xiàn)[24]

3.3 多主體多系統(tǒng)多場景協(xié)同

智慧人居規(guī)劃設(shè)計與管理需要應(yīng)對多利益主體、多參與主體、多技術(shù)系統(tǒng)與多智慧場景協(xié)同的難題，這源自城市規(guī)劃設(shè)計學(xué)科和人居環(huán)境科學(xué)問題的復(fù)雜性。因此，未來城市需要能整合數(shù)據(jù)管理、計算分析、公眾科學(xué)一體化的城市信息整體框架以支持城市分析過程中所涉及的多主體、多系統(tǒng)和多場景協(xié)同難題[34]。具體就數(shù)據(jù)分析而言，需要整合基于各種集體現(xiàn)象觀測的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析框架既要應(yīng)對基于傳感系統(tǒng)的環(huán)境客觀測量，還要考慮代表不同利益和參與主體評價的主觀反饋[35]。從模型構(gòu)建的角度來看，城市現(xiàn)象的復(fù)雜性往往分布在多個尺度上，通常具有無標(biāo)度統(tǒng)計特性且難以通過預(yù)測目的的簡單平均值表示。這說明了僅基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計建模和模擬預(yù)測的局限性，也突出了人工解讀在城市問題實際管理應(yīng)用，尤其是涉及語義和認(rèn)知判斷方面的必要性。此外，城市分析模型往往還涉及到市民活動行為、城市文化、社會經(jīng)濟(jì)等多個領(lǐng)域，這些非系統(tǒng)性的行為活動加上難以量化的社會文化影響，可能會造成模型結(jié)構(gòu)及其參數(shù)相關(guān)性在不同情況下發(fā)生變化，從而導(dǎo)致不準(zhǔn)確的解讀與誤判[36]。

4 人因工程視角對城市分析的啟示

城市人因工程學(xué)（Urban Ergonomics）是通過建立描述性模型以支持城市的空間體驗量化與設(shè)計干預(yù)的設(shè)計科學(xué)途徑[37]。城市人因工程學(xué)源于人因工程學(xué)和人居環(huán)境科學(xué)的交叉融匯，其目的是改善城市空間與基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，使其更好地服務(wù)居民在生理、社會、心理等維度上的生活、安全與健康的質(zhì)量[38]。其秉承著以人為本的原則，涵蓋人體工程學(xué)（人體生理學(xué)）、認(rèn)知工效學(xué)（感知心理學(xué)）與組織工效學(xué)（社會技術(shù)系統(tǒng)）3 個具體領(lǐng)域，利用多種技術(shù)工具來改善設(shè)計學(xué)過程中的空間認(rèn)知與干預(yù)，并綜合考慮個人尺度體驗與多主體利益的平衡。它基于多學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域知識，關(guān)注人與環(huán)境的交互，并通過多樣化的科學(xué)技術(shù)手段理解這種復(fù)雜關(guān)系[36]。圖4 概括了城市分析與城市人因工程學(xué)之間的聯(lián)系，作者認(rèn)為城市人因工程學(xué)對城市分析的啟示主要體現(xiàn)在“人本性”“交互性”“社會性”3 個方面。

4.1 城市分析的人本性

“人本性”指城市應(yīng)遵循亞里士多德“城邦源于保生存，成于求幸福”的基本理念，城市規(guī)劃學(xué)者梁鶴年曾圍繞“城市人”的概念對以人為本的城鎮(zhèn)化開展探討[39]。時至今日，無論是智慧城市規(guī)劃設(shè)計，還是智慧人居場景運營，抑或是數(shù)據(jù)驅(qū)動的城市分析，都應(yīng)秉承科技向善和以人為本的規(guī)劃價值導(dǎo)向[40]。在城市人因工程領(lǐng)域，以人為本的設(shè)計由Mike Cooley 提倡，是一種交互式系統(tǒng)開發(fā)方法，旨在通過關(guān)注用戶及其需求，并通過應(yīng)用人為因素/人體工程學(xué)、可用性知識和技術(shù)，使系統(tǒng)可用和有用[41]。城市人因工程作為探討未來城市空間智慧化與人性化設(shè)計的重要途徑，在平衡“人—人、人—社會、人—環(huán)境”[42]這3 種維度間的互作互用發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此經(jīng)常與“人為因素”交替使用而統(tǒng)稱為HFE/EHF（Human Factor Ergonomics）。

4 城市人因工程學(xué)視角下的城市居民活動數(shù)據(jù)分析

具體在城市設(shè)計領(lǐng)域，人因工程從人體與空間的體驗、互動、感受出發(fā)，關(guān)注物理空間規(guī)劃設(shè)計與人交互所帶來的生理、心理影響與作用。城市人因工程關(guān)注人與城市建成空間之間的界面，將這些抽象的空間品質(zhì)定義為可感知與測量的城市體驗層次，并在宏（群體）、遠(yuǎn)（遠(yuǎn)體）、中（中體）、近（近體）、微（體表）5 個不同的尺度上開展科學(xué)研究與設(shè)計干預(yù)，以創(chuàng)造更加人性化的城市空間與智慧人居體驗[43]?？偨Y(jié)而言，作者認(rèn)為城市人因工程體現(xiàn)了從現(xiàn)代城市主義延伸出的新型人文主義理念，是未來設(shè)計科學(xué)探索的重要價值導(dǎo)向。

4.2 城市分析的交互性

“交互性”是指人因工程強調(diào)的“人—機器—環(huán)境”之間的多重交互及其在設(shè)計過程中的重要意義。以參與式城市設(shè)計為例，其設(shè)計過程中既將用戶參與作為研究手段或分析工具，也將用戶數(shù)據(jù)作為推進(jìn)設(shè)計研究的主要客觀依據(jù)和考量因素[44]。這兩種方式代表了參與式城市設(shè)計的不同階段：前者側(cè)重于將人的視角融入鄰里評估，默認(rèn)參與者和此項目并沒有直接利益關(guān)系，而是為了解城市局部情況與空間活動提供中立的客觀依據(jù)；后者則將參與者視為規(guī)劃設(shè)計的參與主體，通過將公眾參與引入場所營造和社區(qū)更新等多種設(shè)計情境中，通過將多方利益主體帶入決策情境以期達(dá)成更加完善的解決方案。以上兩種交互方式雖有不同的側(cè)重，但都依賴城市數(shù)據(jù)平臺對目標(biāo)受眾、研究人員或普通用戶的信息開放。

值得注意的是，雖然數(shù)字化智慧化技術(shù)為參與式設(shè)計提供了數(shù)智賦能的機遇，但隨著越來越多的信息技術(shù)介入于參與式設(shè)計中，信息源和數(shù)據(jù)量的增加也提高了數(shù)據(jù)的篩選、分析、管理和解讀流程的復(fù)雜性。此外，參與式設(shè)計往往需要高質(zhì)量和高準(zhǔn)確性的數(shù)據(jù)支撐，例如民意調(diào)查問卷的問題需要更加精準(zhǔn)的把控和引導(dǎo)?？偨Y(jié)而言，參與式設(shè)計雖然能有效解決當(dāng)?shù)鼐植繂栴}，但是城市規(guī)劃仍需要總體宏觀指引。因此，未來城市設(shè)計可借鑒人因工程手段來實現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息的廣泛度和精準(zhǔn)度之間的平衡關(guān)系，并進(jìn)一步構(gòu)建基于人機交互的參與式規(guī)劃設(shè)計模式，以便于更加全面精確地了解多元參與主體的特征與不同利益主體的訴求。

4.3 城市分析的社會性

“社會性”是指城市分析過程中的社會因素以及城市人因中所體現(xiàn)的社會屬性，這是分析個人活動擴(kuò)展至集群活動過程中的重要考量。早在1990 年代，Cohen 和Smith 就曾以人因工程學(xué)視角審視當(dāng)代城市病與社區(qū)問題，并提出“社區(qū)人因工程學(xué)”（community ergonomics）的設(shè)想[45]。Lane N.等進(jìn)一步提出可將基于人本尺度傳感的量化監(jiān)測串聯(lián)擴(kuò)大至社區(qū)尺度，從而得以分析“網(wǎng)絡(luò)社區(qū)行為”（networked community behavior）所反映的集群特征、社會連接與活動規(guī)律[46]。從社會性視角來看，社區(qū)人因工程學(xué)由社會子系統(tǒng)（社區(qū)居民）、技術(shù)子系統(tǒng)（機構(gòu)、服務(wù)、政策等）和社區(qū)人因程序（連接社會和技術(shù)子系統(tǒng)與環(huán)境的因素，例如經(jīng)濟(jì)）組成，旨在通過社區(qū)居民對其生活環(huán)境的把控以及對其行為對他人和環(huán)境后果的認(rèn)識，來彌合社區(qū)居民與環(huán)境之間的差距。社區(qū)人因工程學(xué)的核心是通過個體的生理過程、外部社會和文化環(huán)境以及組織機構(gòu)的自我調(diào)節(jié)來實現(xiàn)人類重要功能（如發(fā)展、感知、動機和學(xué)習(xí)）的自我控制和自我管理。在社區(qū)人因工程學(xué)中，個人被視為一個有組織的系統(tǒng)，其行為的指導(dǎo)和過程取決于個人對社區(qū)環(huán)境在經(jīng)濟(jì)、社會和文化方面的發(fā)展相互反饋控制的能力。

社區(qū)人因工程學(xué)包含7 項原則，分別為：（1）以行動為導(dǎo)向的方法注重對選定目的和目標(biāo)的關(guān)注，旨在實現(xiàn)集體目的和觀點對所關(guān)注問題的影響，并通過具體行動來達(dá)成具體目標(biāo)和愿望；（2）通過個人參與、行動小組、委員會等機制促進(jìn)公眾參與，為居民提供思想源泉、激勵手段、教育新思想與新行為方式；（3）通過加強多樣性管理和沖突處理，城市社區(qū)能夠更好地應(yīng)對不穩(wěn)定因素，提升自身的環(huán)境跟蹤和互動能力；（4）鼓勵式學(xué)習(xí)在控制權(quán)轉(zhuǎn)移、知識轉(zhuǎn)移和技能轉(zhuǎn)移等技術(shù)向社區(qū)轉(zhuǎn)移的過程中發(fā)揮作用；（5）通過創(chuàng)建具體任務(wù)、行動和學(xué)習(xí)機會來建立自律，以提高個人或團(tuán)體對環(huán)境施加影響的能力；（6）整合反應(yīng)性反饋、工具性反饋和操作性反饋機制，使閉環(huán)控制、社會跟蹤和自我調(diào)節(jié)原則在社區(qū)環(huán)境改善的設(shè)計和實施過程中發(fā)揮作用；（7）通過評估實施操作要求、衡量有效性并利用信息反饋來持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新原有規(guī)劃[47]。

作者認(rèn)為，城市分析的社會性既體現(xiàn)在其結(jié)果所揭示的社會問題，也體現(xiàn)在其過程中所帶來的社會效益。以紐約市為例，該市政府與紐約大學(xué)、哥倫比亞大學(xué)、康奈爾大學(xué)理工學(xué)院等多所當(dāng)?shù)亟逃蒲袡C構(gòu)開展合作，通過建立“社區(qū)實驗室”的方式將公眾科學(xué)與社區(qū)參與和城市分析相結(jié)合，開展聚焦人群健康、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、社會保障等多方面的智慧人居探索[48]。這說明，在城市智慧人居的實踐過程中，城市分析的社會性、人本性、交互性往往呈現(xiàn)出相互交融的形式。

5 結(jié)語

隨著城市信息技術(shù)創(chuàng)新與大數(shù)據(jù)不斷涌現(xiàn)，基于人居活動數(shù)據(jù)的城市分析將在未來城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、治理過程中發(fā)揮更加重要的作用。而在新數(shù)據(jù)、新方法和新技術(shù)持續(xù)應(yīng)用于城市智慧人居發(fā)展的同時，未來的城市數(shù)據(jù)分析仍需更好地應(yīng)對信息偏差、數(shù)據(jù)質(zhì)量和多元主體需求等復(fù)雜挑戰(zhàn)。作者認(rèn)為，城市人因工程作為前沿新興的設(shè)計科學(xué)途徑，能夠有效地結(jié)合城市體驗量化研究與空間設(shè)計干預(yù)，并從“人本性”“交互性”和“社會性”3 個方面對城市數(shù)據(jù)分析進(jìn)行支撐?？偠灾谌司踊顒訑?shù)據(jù)的城市分析在智慧化城市規(guī)劃治理中承擔(dān)核心角色，而城市人因工程學(xué)的理論與方法對城市分析未來發(fā)展具有重要的科學(xué)啟示，將是探索智慧人居設(shè)計科學(xué)的關(guān)鍵路徑之一。