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：精細化和理性化設(shè)計已成為城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計的趨勢，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4個層面。依據(jù)各類城市大數(shù)據(jù)特征和應(yīng)用場景，城市大數(shù)據(jù)課程劃分為理論教學(xué)、數(shù)據(jù)處理和綜合實踐訓(xùn)練3個模塊，分別對應(yīng)原理背景、軟件技術(shù)、實踐操作的能力提升。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)處理和清洗校驗技術(shù)、數(shù)據(jù)分析能力、數(shù)據(jù)可視化能力;綜合實踐訓(xùn)練模塊指選取不同的研究課題和應(yīng)用場景，進行大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用實踐。

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;綜合實踐訓(xùn)練

中圖分類號：G642.41? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：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《國務(wù)院關(guān)于促進云計算創(chuàng)新發(fā)展培育信息產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)的意見》《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》《大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》等。上述文件均以加強大數(shù)據(jù)開發(fā)與利用為目標(biāo)，主要內(nèi)容包括推動大數(shù)據(jù)在教育科研等多個領(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、交通、景觀等。通過傳統(tǒng)的實地踏勘、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)狀和居民活動規(guī)律，由此獲得的城市運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)已不適用于動態(tài)多變的城市系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)可以彌補上述缺陷，深入刻畫城市物質(zhì)空間和社會環(huán)境。這不僅為客觀認識城市系統(tǒng)并總結(jié)其發(fā)展規(guī)律提供了可能性，同時也為城市規(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，精細化、智能化管理和設(shè)計已成為城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)的發(fā)展趨勢。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)計方案提供精準(zhǔn)的數(shù)理統(tǒng)計分析與高擬合優(yōu)度的預(yù)測模型構(gòu)建。城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計中，大數(shù)據(jù)已經(jīng)進行了多個場景的應(yīng)用。近兩年來，各類規(guī)劃和設(shè)計的編制、評價與管理過程中，大數(shù)據(jù)在前期研究、方案預(yù)測與動態(tài)評價等方面都發(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)展提供了強有力的技術(shù)支持，是推動城鄉(xiāng)規(guī)劃決策從經(jīng)驗決策向有限理性決策轉(zhuǎn)變的主要推動力[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。

在上述背景下，大數(shù)據(jù)方法作為城鄉(xiāng)規(guī)劃領(lǐng)域的一項新技術(shù)，可以為設(shè)計類課程提供基礎(chǔ)支持。作為應(yīng)用性較強的專業(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、社會與城市發(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空范圍內(nèi)難以用傳統(tǒng)常規(guī)手段捕捉、存儲、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的決策力、洞察力和優(yōu)化力，是一種具有較高容量、增長率和多樣性的信息資產(chǎn)。大數(shù)據(jù)具有5V特點（最早由IBM提出）：Volume（大量）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Value（低價值密度）、Veracity（真實性）。5V特點決定了大數(shù)據(jù)科學(xué)能夠觸及居民活動、城市建設(shè)、政府管理、科技研發(fā)以及企業(yè)經(jīng)營等多個社會領(lǐng)域。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用場景包括改善城市、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)以及移動信息設(shè)備數(shù)據(jù)，是互聯(lián)網(wǎng)公司在日常運營中生成、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、價值密度低為主要特征。對這些海量、分散、多樣的數(shù)據(jù)進行采集、存儲和關(guān)聯(lián)分析，可細化和補充對城市與居民的認知，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測未來發(fā)展趨勢。

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，可在多個空間尺度更加精細地認知城市環(huán)境，并進行全面的客觀評價和實時的動態(tài)評估。行為大數(shù)據(jù)指對居民行為特征的反映，如手機信令數(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)包含動態(tài)、精準(zhǔn)的“人（who）—時（when）—地（where）”信息，可挖掘城市居民在多個空間尺度和時間段的活動特征，彌補傳統(tǒng)研究只能在較小尺度和某個時間截面認知居民行為規(guī)律的不足，為城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計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)驗和直覺的局限，為規(guī)劃決策提供強有力的支撐。

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)委員會提出城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)人才應(yīng)具備六項能力：前瞻預(yù)測、綜合思維、專業(yè)分析、公正處理、共識建構(gòu)和協(xié)同創(chuàng)新。前瞻預(yù)測能力是基于客觀發(fā)展規(guī)律預(yù)測城鄉(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)劃對象的未來需求和影響效應(yīng)[3]。上述三項為基礎(chǔ)能力，均要求城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生具備較強的量化數(shù)據(jù)分析能力[4]。

在當(dāng)前智能化社會發(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)全國城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)指導(dǎo)委員會的統(tǒng)計資料，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)計提供基礎(chǔ)支持，值得我們深入思考和探索。要達到上述目的，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)用場景，基于應(yīng)用場景，有目的地進行課程安排和教學(xué)計劃。

四、城市大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用場景

依據(jù)研究對象，可將城市大數(shù)據(jù)的研究內(nèi)容劃分為城市空間、城市人口、城市交通和城市管理4個方面。按照研究尺度，城市大數(shù)據(jù)的應(yīng)用分為4個層面：區(qū)域?qū)用妗⒖傄?guī)層面、控規(guī)層面和街道設(shè)計層面。每個層面均有對前述4個研究內(nèi)容的涉及。本文選取每個層面的典型研究案例進行匯總闡述。值得注意的是，單獨依靠某一個數(shù)據(jù)或某一類數(shù)據(jù)進行分析的意義有限，多數(shù)研究場景是基于多源數(shù)據(jù)的分析，是城市大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的結(jié)合，從行為大數(shù)據(jù)中提取居民活動特征，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，彌補傳統(tǒng)“一致性評估”的局限性[6]。

（一）區(qū)域?qū)用?/p>

在區(qū)域?qū)用妫謾C信令數(shù)據(jù)能夠有效彌補傳統(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]。

中心城市日常運營中的“實際服務(wù)人口”，超出傳統(tǒng)城市規(guī)劃體系中的“常住人口”。使用手機數(shù)據(jù)，可提取短期駐留人口在城市的時間停留、空間分布、出行強度等特征，從而對城市空間發(fā)展進行有針對性的優(yōu)化[9]。

在交通方面，根據(jù)手機數(shù)據(jù)的通信特征，可提取測度地下軌道交通站點客流的特征，并將其與基站識別軟件實測數(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換乘客流量等的應(yīng)用，為優(yōu)化軌道交通規(guī)劃設(shè)計與運營管理提供支撐[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。使用手機數(shù)據(jù)，可估計街區(qū)尺度的城市活力特征（居民活動強度、流動性、停駐時長和不穩(wěn)定性等），評估不同街區(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，還可使用手機信令數(shù)據(jù)提取城市公共中心的活動人群行為特征，進而分析公共中心體系的服務(wù)層級、服務(wù)對象、服務(wù)半徑及能級特征與演變規(guī)律[12]。

（四）街道設(shè)計層面

街道研究可以使用感知人群活動的行為大數(shù)據(jù)進行較長時間維度或大范圍、精細化地觀測街道活力，從而記錄多個尺度下相當(dāng)數(shù)量的使用者在街道連續(xù)時空中的精細化行為和感受，評價街道活動特征，進而審視街道空間設(shè)計，特別是與使用者行為感受密切相關(guān)的場所概念及其相關(guān)理論。以新視角來感知城市街道，已有研究從量化驗證的思路出發(fā)，使用更為細致的行為記錄等手段，以量化模型或統(tǒng)計的方法，以期深化建成環(huán)境影響街道活力的設(shè)計理論，提出更好促進活力的街道設(shè)計策略[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，包括三個模塊：理論教學(xué)、數(shù)據(jù)處理和綜合實踐訓(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)用場景，包括區(qū)域規(guī)劃、總體規(guī)劃、控規(guī)和街道設(shè)計等內(nèi)容。

理論教學(xué)模塊共6課時，包括2個部分。首先，用2課時介紹城市大數(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課時介紹城市大數(shù)據(jù)的前沿研究、城市大數(shù)據(jù)在各個城市尺度上的應(yīng)用（包括依據(jù)不同研究場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、如何辨析計算結(jié)果的有效性，以及按照傳統(tǒng)理論和經(jīng)驗認知合理解讀分析結(jié)果，并提出對規(guī)劃設(shè)計有效的實施策略。

（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，包含多個軟件的操作學(xué)習(xí)，包括Arc GIS、SPSS、空間句法的加強學(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，其中4個學(xué)時用于Arc GIS的加強學(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的高級分析工具，以及這些工具可被應(yīng)用的場景;2學(xué)時用于加強學(xué)生對SPSS的操作，分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)計特征以及多種回歸分析方法的簡單原理、操作和結(jié)果解讀;2課時用于空間句法的加強學(xué)習(xí)，包括軟件操作和分析解讀;6學(xué)時用于帶領(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)生雖不能在較短時間內(nèi)熟練掌握上述編程語言和軟件，但可以對基本原理和語言邏輯進行了解，便于課下的后續(xù)深入學(xué)習(xí)。