2024年城市交通数字化转型白皮书：城市大脑，探索“数字孪生城市”

阿里云研究中心白皮书系列 城市大脑：探索数字李生城市 城市交通数字化转型自皮书 田丰，杨军 C阿里云研究中心 全球TOGAF认证企业架构师，英国OGC认证ITIL 田丰 阿里云研究中心高级总监 Expert，ISO20000和ISO27001主任审核师。已出版8 本著作，《云上工业智能》、科技之顺》、《科技之颠2》、 《互联网3.O》、《互联网+：从IT到DT》、《互联网+：未来 空间无限》、《大数据领导干部读本》、《激活生产力：DT 经济构筑中国产业新生态》，以及诸多新商业、新科技战 略研究报告。 现担任联合国秘书处前沿科技特激专家，中国云 体系联盟常务理事，工信部人才交流中心工业和信息化特邀专家，中国互联网协会核心专家，英国注册会计师协会、新加坡管理大学商学院、中欧国际商学院、长江 商学院、新华社商学云、淘宝大学、阿里云大学、阿里巴 巴创业大学、新浪商学院特邀讲师巾。 普经供职于IBM、HP等世界50O强企业，拥有15 年企业战略咨询、企业架构实施经验，带领咨询团队为 金融、航空、政府、制造、能源、通信等领域的数十家全 球大中型企业完成战略转型规划、企业架构设计、核心 系统建设项目。 曾就职于中国信息通信研究院，从事10年信息通 信技术方面的前沿技术研究，研究方向包括云计算、大 数据，人工智能、芯片、移动支付、无线充电、物联网、区 块链等。担任通信标准化协会大数据与区块链工作组 副组长。曾主编云栖社区电子刊物《云栖科技评论》。 牵头和参与10多项国家标准、行业标准、国际标准的制 定，参与多项科技部重大专项研究工作。 杨军 阿里云研究中心战略总监 致谢 在《城市大脑：探索“数字李生城市”》写作期间 阿里云研究中心得到了 阿里云城市大脑 山景老师及其团队 达摩院机器智能 方广老师及其团队 高德地图 董振宁老师及其团队 （排名不分先后） 的大力支持，在此一并感谢。 目录 导语 .15 一、科技浪潮重构城市经济体3二、智慧城市的“智商”不足4三、“城市大脑”浪潮的去伪存真.四、“城市大脑”的四种超能力..9 .24 .26 五、“城市大脑”的五大应用场景，六、城市大脑保障安全宜居城市七、城市大脑的明天 阿里云研究中心 导语 早在2016年，习近平主席就在中共中央政治局第三十六次集体学习时明确提出：“我们要深刻认识互联网在国家管理和社会治理中的作用，以推行电子政务、建设新型智慧城市等为抓手，以数据集中和共享为途径，建设全国一体化的国家大 数据中心，推进技术融合、业务融合、数据融合，实现跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同管理和服务。“时至今 阿里云ET城市大脑实现数据共享、数据共创、数据自动控制的 互联网模式，苏州、杭州、衢州、上海、吉隆坡等创新名城踏上 了“人工智能高速公路”。 卢阿里云研究中心 一、科技浪潮重构城市经济体 “中国的城市化与美国的高科技发展将是深刻影响21世纪人类发展的两大 主题。” 一一诺贝尔经济学奖获得者约瑟夫·斯蒂格利茨 人类文明历史上，每一次科技大爆发都会重新决定全球城市的经济排名。工 业革命时，河流沿线的人类城市演变为工业资源聚集地，世界中心是英国的曼彻斯特、利物浦、格拉斯哥等十万人口的城市；电力革命时，输电网沿线的人类城市形 成电气资源聚集地，世界中心迁往美国的纽约、芝加哥、费城、底特律、洛杉矶、波顿、匹兹堡等百方人口大都币；当今的信息革命，互联网骨干网沿线的人类城币 是数据资源聚集地，约瑟夫·斯蒂格利茨说对了一半，世界中心正在向中国的北京、 上海、深圳等干万人口超大城市转移，城市拥有的计算力总量决定了数字经济发展的排名与潜力，反之经济衰退则会引发“城市收缩”现象（麦肯锡预测2015到2025年，发达国家约17%的大城币和全球约8%的城币其人口会收缩下降）。 城市既是“资源高地”，文存在“效率洼地”。十九大报告中指出，我国社会主 要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛 盾。亚里士多德说：“人们来到城市是为了生活，人们居住在城市是为了生活得更快乐”，但历经数干年的发展，国人深切感受到交通拥堵、生活不便、环境恶化等城市之“痛”。人口高度集中进一步加剧了城市公共资源的供需矛盾，为城市治理者带 造我们。 来日趋严峻的种种挑战。我们的城市“生病”了，交通拥堵、环境污染、治安违法等问题饱受市民病，其中交通成为所有城市的通病，浪费了大量市民时间与石油能源，面对就业与居住空间分离、超大规模路网、复杂车流变化，以人力为主的交通管理效率成为制约整个城市发展的短板，因为我们如何塑造城市，城市就如何塑 3 城市大脑 二、智慧城市的“智商”不足 “人类用了5000多年的时间，才对城市的本质和演变过程有了一个局部的 认识，也许要更长的时间才能完全弄清那些尚未被认识的潜在特性。” 美国社会哲学家刘易斯·芒福德 图硬件过度建设，全局数据智能不足 近20年来，智慧城市建设花费巨资，却没有根治“城市病”。我们以智慧交通 为例剖析当今遇到的三大挑战： 1）智慧城市第一难是“数据多效果少”。大数据时代城市治理的挑战在于海 量公共数据与全局管控效果之间的矛盾，城市中的环境、设备、市民日夜不停地产 生活动数据、环境数据（环境传感器、城市摄像头、电磁线圈）等，在线上再造了 个镜像般的“数字李生城市”，但人类监管者却无法一目了然，靠人力很难深入理 4 阿里云研究中心 的良好愿望出发，“交通人治”模式往往会陷入“硬件建设-交通拥堵”的怪圈，国内很多城市为了提升交管、治安、环保能力，每年铺设大量摄像头、线圈等硬件设 施，一个城市的全部摄像头记录的视频数据量，相当于1000亿张图片，一个人要 不到10%，而且不同监管部门的硬件重复建设导致数据孤岛越来越多，然后却无 法及时保障每一位市民的出行安全与体验， 2）智慧城市第二难是“单点强而全局弱”：俗称“打地鼠”问题。在复杂多变 的交通网络中，安装单点智能摄像头、智能红绿灯属于指标不治本，拥堵路口、治安事件会动态转移到附近路段，老问题产生新问题，怎么都管不完、治不好，市民 的全局出行效率并没有得到整体提升。单点数据分析往往带来“近视眼“问题， 幸好云计算让全量数据实时融合、大规模网络模型运算成为每个城市用得起、用得好、用得爽的互联网技术，即保证个体效率要求，又避免城市中出现整体运行效率瓶颈，在局部应急和全局最优之间找到决策平衡点。国内的交通灯“单点优化” 图城市加密：北京建筑密度 已经遇到效能瓶颈，大规模全局交通优化是全球业界公认的发展方向。 5 城市大脑 3）智慧城市第三难是“科技新落地少”：俗称“知易行难”问题。人工智能 等高新技术的城市化推广，像多米诺骨牌一样触发城市管理存量系统和现行执 因此数字化创新技术的“开放性”是城市转型升级的成败关键。一方面“云原生” (CloudNative）应用服务商让现有的系统平滑迁移，另外一方面互联网级数据 开放平台、PB级数据治理体系让全球更多的生态伙伴、产业极客加入进来，遵守 是，时的“人脸识别”技术在交通场景中适用范围小推广难，路面摄像头都安装 在6到12米高的灯杆上，加上天气环境因素、摄像头分辨率不高，单一产品改造对 行人识别难度很大，如采用手持设备刷脸识人，又会陷入警力紧繁缺、人海战术的老路上，仅解决一个单点问题无法根治错综复杂的“城市病”。 中国城市化飞速发展，为公共服务管理水平带来日益复杂的综合性挑战。过 去二十年，中国城市投资超过5000亿元建设的传感网络已经领先全球，但硬件重 市如同一个四肢发达、头脑简单的“植物人“。展望未来，中国的城市化发展让“城 市加密”（提升密度）成为必由之路，2016年发布的《世界城市报告》指出，未来20年全球发展中国家的城市，每年都会新增近7500万人口，为了满足这些人的需 求，城市的规模、密度、复杂度将持续上升，若想在如此多变的挑战中创新突破 实现广大老百姓期盼的“生活不费心，出行不费脑，城市有温度”，众多国内上一 代智慧城市急需升级到“最强大脑”。 卢阿里云研究中心 三、“城市大脑”浪潮的去伪存真 “一座城市就像一棵花、一株草或一个动物，它应该在成长的每一个阶段保持统一、和谐、完整。而且发展的结果决不应该损害统一，而要使之更完美；决不应该损害和谐，而要使之更协调。" 一一埃比尼泽·霍华德《明的田园城市》 最和谐的城市是次优的设计加上全局最优的运营。 一个城市最具战略价值的资源，不是房地产、不是税收，不是人口，而是数据。在互联网时代，数据是政府的治理依据，更是政府与每一位市民之间的感情 突破口。 城市治理本质上是网络协同。人类有史以来最大的产业协同网络不是诞生 纽带。正如习近平书记所说，城镇化是一个自然历史过程，涉及面很广，“越是复杂的工作越要抓到点子上，突破一点，带动全局”，而数据会告诉我们哪一点是关键 在二战，而是“双11购物节”中实战进化而生。2017年，零售业的“最强大脑为全球225个国家地区的数亿剩手党，协同177家客国物流企业，精准交付了8.12亿个 物流订单。由此孕育出的大计算、大数据、大智能的“科技红利”，从互联网产业溢 出，致力于彻底解决有限人力条件下的交通运输难题。在十多年互联网科技实战基础上，针对现代城市中复杂挑战，阿里巴巴集团整合阿里云大数据与智能计算团队、达摩院视觉计算团队、高德出行的三大核心科学家团队，研发出具有全球领 先水平的阿里云ET城市大脑。 为什么说城市大脑是世界领先的中国原创黑科技？ 城市大脑是阿里巴巴集团普惠科技群的“制高点”，以阿里云的弹性计算与大数据处理平合为基础，结合机器视觉、大规模拓扑网络计算、交通流分析等跨 学科领域的顶尖能力，在互联网级开放平台上实现城市海量多源数据收集、实时 条，能够实时处理人所不能理解的超大规模全量多源数据（整体认知），能够洞悉人所没有发现的复杂隐藏规律（机器学习），能够制定超越人类局部次优决策的全局最优策略（全局协同）。与之相反，局限于单一数据来源、只卖设备不懂业 性风险。 当城市发展遇到数据科学家，改变世界的科技产品诞生了。在城市大脑的背 后，聚集着众多全球顶级的阿里巴巴数据科学家团队。例如IEEEFelloW华先胜老 师领导的视觉计算团队，获得行人检测、车辆检测、行人再识别三项世界纪录。三 篇城市大脑视觉计算的技术论文同时入选国际顶级学术会议一一国际计算机学 警算法、人工智能识别及信号控制系统、跨摄像头搜索技术。阿里云首席机器智 表关于在动态拓扑网络下进行速度预测的文章，成为该领域引用次数最多的文章 之一（388次），奠定了阿里云ET城币大脑交通网络计算的基础， 8 ） 阿里云研究中心 四、“城市大脑”的四种超能力 “城市是巨大的自然现象，超过了我们改变事物的能力，也超过了我们所能了解的关于应该如何去改变城市的知识。” 一一美国人本主义城市规划理论家凯文·林奇城市数据远远超过人类的认知能力，巨T城市大脑成为人类认知城市、改造 城市、运营城市的强大助手，拥有超越人类的四种“超能力”。 全面全星实时 拥有全面、全量、实时的多源大数据，所以阿里云ET城市大脑具有四大超能 力: 超能力一：机器视觉认知能力，提升城市视频数据价值与感知能力， 第一，全面识别路况，“百事通”全景认知。城市中很多路面下理藏的地磁线 圈年久失修，部分区域故障率高达50%，这些“传感盲区”，路面摄像头获得的视 增路面设备，城市大脑通过接入所有主流厂商的摄像头、传感设备，在不同视频质量、光照、大气、夜晚等实战场景中，能够根据细节差异快速有效识别出人、车、事