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史文中:城市群多元时空数据智能感知

2022-03-15 10:44 来源:中国城市规划网

导读

2021年9月30日下午,2020/2021中国城市规划年会暨2021中国城市规划学术季“论道规划二十二:数字化支持城市群协同发展”在线上成功举办。香港理工大学智慧城市研究院院长、国际欧亚科学院院士史文中教授应邀作了题为《城市群多元时空数据智能感知》的主旨报告。

作者 | 史文中 香港理工大学智慧城市研究院院长,国际欧亚科学院院士、教授

香港理工大学智慧城市研究院的研究领域主要包括人工智能遥感目标识别、城市时空大数据平台、时空大数据及其分析、三维移动测图等方面。以上工作大部分可以服务于城市群研究协调发展。

一、人工智能遥感目标识别技术

人工智能遥感的目标识别可以用于识别建筑物、飞机、油罐、道路、车辆等城市目标,以及多个城市目标的共同识别,可以应用于单一城市以及城市群多个城市的目标监测,为城市群的协调发展提供数字支撑。

1 建筑物提取和变化检测

建筑物是城市的重要的目标,我们可以通过航空影像或是卫星影象识别目标,除了二维建筑物,也可开展三维建筑物识别,通过数字地面模型以卫星影像结合,通过滤波、分割和分类,可以发现三维建筑物的变化,包括新建筑物增加以及现有建筑物加层次,可以用于城市中违法建筑物的发现。

2 灾害检测

滑坡等城市灾害是城市面临的重大挑战,用人工智能方法去实现滑坡识别速度为专业人员人工识别的8倍,正确识别率可达90%以上,可提供形状、范围、高度、滑动轨迹等丰富的滑坡信息。除此之外,还包括了对泥石流、滚石的识别。

3 地表覆盖和土地利用变化检测

用深度学习的算法发现可能发生用地变化的区域,通过现有算法做不确定性的延伸发现变化,并给出认为这种变化的概率高低,提供更加客观的描述。该项技术已应用于浙江、江苏的相关项目,对于研究区域的城镇化空间格局,或是地理国情的变化,可以采用影像识别快速发现变化,为区域性变化以及协调发展提供基础数据。同时也可应用于典型的变化检测,如耕园草-水系,林地-建设用地等。

4 违规建筑以及扩建检测

通过影像识别,可以发现有新建的非法用地或加建的局部,对城市用地的变化进行智能监测。

5 闲置土地变化检测

如原来闲置的规划用地为绿地,后续加建了建筑物,或者有些临时性变成停车场,又或是由集装箱变成了一个建筑区。这些需要用变化检测的技术来发现,找出城市中用地的变化,为城市发展找出更多的用地。香港用地不够,土地供应不足,房价较高,这项技术可以为香港政府发现用地提供支持。

6 基于视频的城市目标识别与跟踪

用无人机或者红外相机,对动态目标(如汽车)进行跟踪,锁住路上的车流量,可以实现对交通流的监测,以及不同类型的车辆监测。

二、移动测图与城市三维建模

在建设数字城市需要有三维模型采集技术,我们研究的三维移动测图系统S2DAS,可以实现室内外连续无缝测图,厘米级高精度,轻便,灵活,实时获取三维数据。人穿戴设备后在香港理工大学的校园里行走,可以扫描周围的建筑,屋顶和道路,并经过后端处理,变成三维的建筑物模型。同时也适用于室内外复杂大场景,如维多利亚海湾星光大道等。具体应用有:

1 旧社区活化与重建

可快速采集市区三维数据,用于城区维修与改造,可克服复杂市区中,GPS信号难以接收,或无法提供较高精度坐标的问题,可采集活化建筑物周边的三维数据,辅助活化建筑物设计与建造,可与设计模型结合,进行活化结果展示。

2 构建建筑信息模型(BIM)

从点云中自动识别并生成三维门窗等,从而自动生成房间的三维模型,与建筑信息模型(BIM)对接,可实现数据转换。

3 城市时空大数据平台

团队研发了城市时空数据综合平台,对多维城市模型、地下空间、BIM,以及多元数据进行存储和管理,并开展城市分析,如交通、经济大数据的分析模型,为城市区域性发展提供分析支持。同时包含了智慧校园,智慧物流等。

三、新冠肺炎发病风险时空预测

预测新冠肺炎发作风险的扩展加权核密度估计模型,模型计算了对武汉市封城和不封城的情况下对其他城市的影响。研究结论表明由于武汉的封城,其他城市的发病风险高峰延迟了1-2天,有40%以上的城市风险降低8%-21%。中等风险城市发病风险降低最为显著,这是武汉封城对其他城市的贡献。同时该项工作也开展了以下应用:

1)精准防控,我们将香港分成291个小区,可以预测每个小区每一天的发作风险。4月24号是香港的高考日,可以预测每一间学校所在的区是高风险区域还是中高风险区域,对这些区域的防控提出更高预防措施的建议。

2)应用到台湾、日本等地区,支持出入境政策及跨境贸易。

同时我们还开展了疫苗方案制定,可视化及发病风险预测平台等工作,如大湾区病例可视化,研究香港、深圳、珠海、澳门等区域性的疫情情况,共同为协调抗疫提供数据分析支持。

供稿单位:深圳市城市规划设计研究院有限公司,深圳大学建筑与城市规划学院

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