未來已來？“城市大腦”交通系統(tǒng)深度研究

導讀：2016年，“城市大腦”初次出現(xiàn)在公眾的眼前，短短三年時間里，它就從杭州市走到了全國乃至全世界的臺前。城市大腦做對了什么？本文將對該問題進行細致深入的探索。

“城市大腦是杭州獻給整個世界的一個禮物，就像當年羅馬給了世界一個下水道，倫敦給了世界一個地鐵，紐約給了世界一個電網(wǎng)。”

—— 阿里技術委員會主席王堅

城市大腦不等于智慧城市，城市大腦和智慧城市的差異在于對數(shù)據(jù)的使用。智慧城市更強調基礎設施鋪設，通過硬件實現(xiàn)功能。城市大腦更多聚焦于數(shù)據(jù)的使用，希望利用數(shù)據(jù)創(chuàng)造新的價值。以交通為例，城市大腦重在挖掘現(xiàn)有攝像頭采集數(shù)據(jù)的價值，通過海量交通數(shù)據(jù)源的匯集、融合、存儲和分析，強化政府決策與資源配置能力，并實現(xiàn)異常告警、交通疏導和智慧調度等功能。

根據(jù)杭州市城市大腦規(guī)劃和阿里云公布信息，起初根植于交通領域的城市大腦，現(xiàn)已在交通以外的警務、旅游、醫(yī)療等多個領域進行了試點布局。未來，城市大腦計劃向更廣闊的城市治理領域擴張。

城市大腦發(fā)展歷程

• 2016年3月，城市大腦在杭州啟動，由杭州市政府主導，包括阿里云在內(nèi)的13家企業(yè)參與其中。城市大腦在誕生之初就已明確了它的使命，就是解決城市“四肢發(fā)達，頭腦簡單”的弊病。

• 2016年10月，在杭州云棲大會上，城市大腦1.0版發(fā)布，引發(fā)了行業(yè)內(nèi)外的廣泛熱議，當時各方關注的主要問題是城市大腦的作用、架構和它相較于智慧城市的差異。

• 2017年11月，城市大腦與其余三家平臺一同入選“國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺”名單，城市大腦在改善城市交通治理方面的成效得到官方認同。

• 2018年5月，杭州市發(fā)布全國首個城市數(shù)據(jù)大腦規(guī)劃，時限為5年，規(guī)劃首次確定了城市大腦未來各階段的主要建設目標和應用領域（交通、平安城市、城管、旅游、醫(yī)療、環(huán)境、信用）。

• 2018年9月，城市大腦發(fā)布2.0版。

• 2018年12月，城市大腦(綜合版)發(fā)布，城市大腦步入3.0建設階段。

截至今日，城市大腦已覆蓋了杭州、通州、雄安、澳門、吉隆坡、蘇州、海口、廣州、重慶、西安、福州、衢州、烏鎮(zhèn)等十余個城市。

杭州市城市大腦發(fā)展現(xiàn)狀

2019年5月23日，億歐智庫發(fā)布了《道阻且長，行則將至——2019年中國智慧城市發(fā)展研究報告》，報告聚焦于智慧安防、智慧交通和智慧社區(qū)落地應用情況，圍繞政策完整度、基礎設施與服務水平、應用落地實施進度三大標準，對北京、上海、廣州、深圳、杭州等智慧城市發(fā)展水平較高的城市進行了逐一評估。其中，杭州市以85.6分位居第二，在智慧交通領域應用落地排序中位居第一。

相較于早在2011年就做好智慧城市發(fā)展規(guī)劃的上海市，杭州市在智慧城市建設規(guī)劃方面起步較晚，2015年杭州市經(jīng)信委出臺了第一部智慧應用發(fā)展規(guī)劃：《杭州信息經(jīng)濟智慧應用總體規(guī)劃（2015-2020 年）》。然而，在此后的短短幾年時間里，杭州市智慧城市建設水平就在城市大腦的輔助協(xié)同下，實現(xiàn)了高倍速增長。同時，城市大腦建設也由杭州市開始，向國內(nèi)外的十余個城市擴散。

億歐智庫擬在智慧城市的報告基礎上，進一步拆分城市大腦深耕的杭州市交通系統(tǒng)，梳理關鍵技術要點，以解答一個重要問題，城市大腦是如何提高杭州市智慧城市發(fā)展水平的？

城市大腦背后的技術

2016年，源于王堅對城市數(shù)據(jù)治理的靈感，城市大腦雛形在杭州市誕生。參與城市大腦啟動階段建設的13家企業(yè)中，除去硬件廠商、運營商和政務信息化企業(yè)，其余企業(yè)表現(xiàn)出兩大共性，一是地域分布方面，以本地化企業(yè)為主；二是技術布局方面，企業(yè)在人工智能（視覺識別方向）領域擁有技術儲備。其余企業(yè)包括阿里云（杭州）、浙大中控（杭州）、海康威視（杭州）、大華股份（杭州）、依圖科技（上海）。

2019年，城市大腦開放生態(tài)吸引到的服務商數(shù)量進一步增加。據(jù)《城市大腦探索“數(shù)字孿生城市”白皮書》披露，全國范圍內(nèi)參與城市大腦建設的企業(yè)中，人工智能獨角獸廠商即有數(shù)十家。除去上文提及企業(yè)外，還包括銀江股份、易華錄、上海電科、圖盟、商湯科技、東方網(wǎng)力、中興科創(chuàng)、浙大網(wǎng)新、泰瑞等主要企業(yè)，各企業(yè)基于在自身專長領域的經(jīng)驗和技術儲備，紛紛投身于城市數(shù)據(jù)治理和公共服務改進浪潮。

其中，據(jù)杭州市數(shù)據(jù)資源局披露信息，在杭州市城市交通大腦建設中發(fā)揮了重要作用的單位包括：

• 浙大中控：信號燈自動配時算法、綠波系統(tǒng)與重點車輛管控系統(tǒng)、交通大數(shù)據(jù)處理與分析。

• 銀江股份：信號燈自動配時算法、城市交通畫像與交通健康狀況素描。

• 大華股份：人車視頻結構化處理。

• 數(shù)源科技：公交及新能源出租車物聯(lián)網(wǎng)設備供應、車輛信息處理與分析。

• ?？低暎?/strong>圖像視頻監(jiān)控及存儲設備供應、編解碼算法、Smart視頻監(jiān)控技術。

• 阿里云：Maxcompute計算平臺、數(shù)據(jù)采集平臺、數(shù)據(jù)交換平臺、開放算法平臺、數(shù)據(jù)應用平臺。

• 高德地圖：數(shù)據(jù)底盤（路網(wǎng)信息、人流軌跡、實時路況、政府開放數(shù)據(jù)等）、大數(shù)據(jù)處理與分析、公共服務系統(tǒng)。

為刻畫上述單位機器視覺能力，億歐智庫對榜單評測資料和相關學術論文資料進行了檢索整理。并從系統(tǒng)支撐角度上看，對底層阿里飛天云平臺架構進行了梳理。

KITTI榜單

KITTI榜單排序標準是計算機視覺技術在車載環(huán)境下識別立體圖像(stereo)、光流(optical flow)、視覺測距(visual odometry)、3D物體檢測(object detection)和3D跟蹤(tracking)等項目的性能。根據(jù)榜單項目成績排名，阿里巴巴iDST、AILabsX在行人識別、鳥瞰圖檢測項目表現(xiàn)突出，大華股份作為人車視頻結構化處理的主要單位，在2D汽車檢測、3D跟蹤、場景流量評估和景觀分割項目表現(xiàn)突出，二者技術方向相互補充，構成城市交通大腦強大的圖像和視頻分析能力。

注：本文僅跟蹤iDST、AILabsX、DH-*名稱在榜單中的排序，原iDST已納入達摩院MIT機器智能技術研究院，獲知其是否繼續(xù)參與KITTI數(shù)據(jù)集識別，以及其提交成績使用的名稱。

根據(jù)阿里云官方披露信息，上述行人檢測、車輛識別等技術已應用于城市交通大腦的建設之中。

機器視覺論文

億歐智庫對CVPR、AAAI、ACM-MM收錄的阿里系視覺識別相關論文進行了樣本搜集，論文研究方向主要是對車輛、行人的識別，以及識別效率及識別準確度的提升等方面。

阿里飛天云平臺

阿里飛天云是阿里云開發(fā)的大型分布式計算系統(tǒng)，目前已發(fā)展至2.0階段。系統(tǒng)集成阿里云在基礎設施、邊際網(wǎng)絡、系統(tǒng)適配、人工智能和公共云領域的全方位技術能力，為城市交通大腦運行提供穩(wěn)定、高效和安全的支撐。

基于城市大數(shù)據(jù)多元匯聚、海量數(shù)據(jù)、大規(guī)模實時計算和數(shù)據(jù)敏感性特征，發(fā)展城市級大數(shù)據(jù)平臺的關鍵在于平臺的存儲、計算與安全能力。飛天云平臺在上述領域擁有自主產(chǎn)權的豐富技術儲備。

• 盤古分布式存儲系統(tǒng)：EB級存儲，全球首個微秒級延遲，百億級IOPS公有云存儲集群。

• Maxcompute大數(shù)據(jù)計算： EB級數(shù)據(jù)存儲，內(nèi)建多種計算模型和服務接口，滿足廣泛的數(shù)據(jù)分析需求，一切服務“開通”即用。在速度、成本和存儲讀取能力方面均獲得過世界級競賽排序第一的成績，相較于Hive、Spark/SQL有巨大的速度領先優(yōu)勢。

• Blink流計算：實時數(shù)據(jù)洞察，關鍵性能指標為開源Flink的3-4倍，數(shù)據(jù)延遲降至亞秒~秒級，單個作業(yè)吞吐量達百萬(記錄/秒)級別，兼容各類云數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。

• 數(shù)據(jù)安全：超大規(guī)模的基礎防御能力，提供完善的數(shù)據(jù)加密、云防火墻、態(tài)勢感知等安全產(chǎn)品陣列，保護中國超過40%的網(wǎng)站，防御全國50%的大流量DDoS攻擊。

城市大腦四大能力

城市大腦將上述積累進行了落地應用，形成了以下四項核心競爭能力：

• 城市感知能力：接入主流廠商的攝像頭、傳感設備和原有損壞較嚴重的SCATS配套地磁線圈等全量多維數(shù)據(jù)，依靠流計算能力和機器視覺能力，在不同視頻質量、光照、天氣、夜晚等條件下，對人、車、物和交通異常情況進行實時識別，形成對城市路況的全面認知。實現(xiàn)秒級報警、信號燈智能配時、智能誘導（高德地圖）等能力。

• 全量數(shù)據(jù)平臺建設能力：實現(xiàn)上百PB數(shù)據(jù)的在線存儲和每日PB級別的計算吞吐能力，計算請求3S內(nèi)響應，數(shù)據(jù)實時接入延遲低于200ms。打破數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合分析，構建起了500多個指標的城市大腦指標體系，用以交通全局態(tài)勢刻畫，規(guī)律分析和精準管理。提升城市“數(shù)據(jù)密度”和“微粒管理”水平。

• 城市交通協(xié)同和交通預測：根據(jù)全局實時路況預測未來交通網(wǎng)絡狀態(tài)。實現(xiàn)更優(yōu)的城市管理、更高效的應急車輛導航、全局車輛調度和信號燈協(xié)同提供支撐。

• 數(shù)據(jù)價值挖掘能力：基于彈性計算、數(shù)據(jù)底盤和開放生態(tài)，隨著數(shù)據(jù)的不斷累積，越來越多的企業(yè)和優(yōu)秀人才得以加入，形成覆蓋視頻智能、數(shù)據(jù)智能和應用智能的城市大腦超市。

杭州市交通大腦收效

城市交通大腦應用于杭州市的效果直觀體現(xiàn)在效率的提升和服務的豐富上。

• 信號燈智能配時：已覆蓋路口1300個，接入視頻4500路。路段通行速度提升15%。

• 應急車輛一路護航：應急車輛到達時間節(jié)省50%。

• 智能巡檢系統(tǒng)：覆蓋3400路監(jiān)控球機，每2分鐘便對城市道路交通狀況進行一次掃描?？筛檭芍匾晃＼囕v，智能識別110種警情。主動報警，日均發(fā)現(xiàn)警情3萬余起，準確率95%以上。

• 警力調配系統(tǒng)：通過手持終端，直接指揮杭州市200余名交警就近前往現(xiàn)場處置。

• 公共交通工具調度：基于視頻、高德和運營商等數(shù)據(jù)，識別人群密集區(qū)域，測算所需運力，進行公交車班次規(guī)劃、出租車調度等，降低人群滯留率。

• 人工智能公交線路：基于公交大數(shù)據(jù)，設計全新公交線路、包括站點設置、線路布置、首末班車時間、潛在客流分析、運營時間設定等。已開通兩路數(shù)據(jù)大公交。

• 泊位全城共享：城市級共享泊位平臺，接入各類停車場庫泊位資源。市民通過支付寶或貼心城管應用即可預約停車，通過高德地圖獲得“車到位”的精確導航服務。

• 武林智慧停車系統(tǒng)：包括智能停車誘導系統(tǒng)和無感支付系統(tǒng)，實時監(jiān)測停車數(shù)量、空置率、周轉率，并基于數(shù)據(jù)智能預測下一時間段停車情況。

結語

城市大腦構想源于交通，但不會止于交通。多源數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)積累，必將引出更多奇妙的創(chuàng)想。除交通外，現(xiàn)在在杭州落地的還包括智慧警務（快感快知快處；天鷹全城檢索系統(tǒng)）、歡樂旅游（精準導流；在線一站式預定全流程旅游服務）、舒心就醫(yī)（先看病，后付錢）三大系統(tǒng)。同時，城市大腦還在人們看不見的地方，服務于城市的迭代規(guī)劃和轉型升級?；氐角拔膯栴}，城市大腦是如何提高杭州市智慧城市發(fā)展水平的？綜合來看，城市大腦的競爭優(yōu)勢在于全量多維數(shù)據(jù)融合、EB級數(shù)據(jù)存儲、高效與實時數(shù)據(jù)計算、領先的機器視覺能力、開放且易于接入的應用生態(tài)和豐富的用戶觸點（支付寶、高德地圖等）。

隨著《新型智慧城市評價指標（2018)》發(fā)布，各地城市大數(shù)據(jù)平臺部署擁有了具體明確的路徑。同時，各行業(yè)領軍企業(yè)如華為、騰訊、百度、京東、滴滴等在城市大數(shù)據(jù)平臺布局已陸續(xù)啟動，平臺建設預計將進一步加速。放眼未來，億歐智庫認為，秉持開放原則，熟知自身競爭優(yōu)勢，并能夠將其應用落地的企業(yè)將會在城市大數(shù)據(jù)平臺競爭中勝出。