New Urban Science, City Lab and Urban Informatics

目录第1篇新城市科学导论第 1 章新城市科学的起源与发展 .................................................. 002 1.1 城市科学 ..................................................................................002 1.2 复杂系统 ..................................................................................007 1.3 新城市科学 ..............................................................................011 1.4 本章小结 ..................................................................................015 本章参考文献 ...................................................................................016 第 2 章前三次工业革命与城市科学 ...............................................019 2.1 第一次工业革命与城市科学 ......................................................020 2.2 第二次工业革命与城市科学 ......................................................025 2.3 第三次工业革命与城市科学 ......................................................032 2.4 本章小结 ..................................................................................037 本章参考文献 ...................................................................................038 第 3 章第四次工业革命与新城市科学 ............................................

Taking cities as objects for observation, understanding, conceptualisation, and practice has always been the continual focus of urban researchers, planners, and designers. It is also the central theme of the journal Environment and Planning B (EPB) . From the steam and electrical revolution to the information revolution, disruptive technologies have continuously reshaped cities and driven the innovation of methods and means in urban studies ( Batty, 2022 ). In recent years, cutting-edge technologies such as information and communication technology (ICT), autonomous driving, artificial intelligence, and large language models have been proliferating amidst the Fourth In- dustrial Revolution. These disruptive technologies have not only rede fined and reshaped urban spaces and daily life but also exerted a profound in fluence on the work and intellectual discourse of urban education, research, and practice professionals ( Mitchell, 2000 ). In this context, city laboratories have been gradually emerging in recent decades, exempli fied by institutions such as the Santa Fe Institute, the Centre for Advanced Spatial Analysis, the Senseable City Lab, the QUT Design Lab, the Future Cities Laboratory, the Urban Informatics Lab, and Beijing City Lab. These laboratories are dedicated to developing technical, computational, and data-driven solutions to sustainability challenges, aiming to create more liveable and equitable cities.

51 51 城市空间“找茬” 师文图︱龙瀛 Urban Space “Problem-Finders” Long Ying 在科学研究中， 我主要致力于城市空间分析， 旨在利用先进技术手段对城市空间问题进行深入诊断， 对空间规律进行归纳， 以及对空间效能的提升路径进行识别 。例如 ， 我曾经研发过“美度仪” “丑度计” 工具， 前者对应从正面9 个维度对城市设计质量进行评估， 后者则是从负面利用空间失序的角度对空间进行评估。借鉴了空间失序理论， 城市物质空间失序一般体现为5 个方面的要素， 分别是建筑、 沿街商业、 环境绿化、 道路和基础设施， 每个类别又细分为总计 19 个要素， 我们所做的， 就是针对北京 30 万张众多的街景图片， 找寻以上要素。 在从事长期相关研究后， 我在日常生活中 ， 往往也会对生活空间质量多加关注， 越来越培养起了给各类城市空间“找茬” 的习惯。直到有一天看到了北京大学李迪华老师的微博， 发现他也在进行类似的工作， 并向12345 提出意见， 顿时觉得找到了知己， 由此， 我自封为城市空间“找茬” 师。 谈及中国城市的空间品质， 过去二十年里， 我们见证了其显著进步 。城市数量、 规模及设施水平均有大幅改善， 人居环境质量显著提升。那么为何还要致力于给城市空间“找茬” ？ 因为当前城市空间仍存在诸多问题， 影响日常生活和观瞻。我也经常感慨， 城市空间的质量， 也是当下中国与发达国家的差距之一。因此， 我们对城市空间进行“找茬” ， 是为了好上加好， 为了给更完美的人类居住空间环境营建提供支持。 给城市空间“找茬” ， 我们的工作主要集中于建筑物外的室外空间， 即开放空间或公共空间， 而非室龙瀛，清华大学建筑学院副教授。 图1︱空间失序指标体系及示例图像图片来源：陈婧佳，2021 52 53 规划治理 PLANNING AND GOVERNANCE 现空间失序的场所， 然而， 目前尚未出现可复制、 低成本、 高效率的大规模测度方法。我们以北京五环内街道空间为例， 探索了一种基于海量街景图像数据、 结合虚拟审计和深度学习模型的方法， 来智能量化城市街道的空间失序现象。 研究结合文献梳理与实地调研， 构建了囊括中国城市特征的空间失序量化要素体系（ 图1 ） 以及审计标准手册， 基于自主开发的虚拟审计在线系统， 通过小范围人工评估的方式验证了要素体系及审计方法的有效性， 并构建了空间失序样本库。借鉴成熟的 Faster R-CNN、 SSD目标检测算法和SegNet 语义分割算法进行模型训练、 优化， 最终选择了针对每个空间失序要素表现最优的深度学习模型。 在对北京五环内街道空间的实证研究中， 我们收内空间——后者留给室内设计师探讨。 “找茬” 的方法， 有些是我们实验室内部利用开放数据分析开展的， 有些是走到城市空间中采集数据再回到实验室智能分析识别， 还有的是我个人的非科学、 系统的初步尝试。 1 北京城市空间失序的现象相较于整洁、 有序、 安全的环境， 空间失序指的是缺乏修缮和管理甚至长期闲置废弃， 导致的品质较差甚至衰败的城市景观， 并干扰了居民对公共空间的正常使用。随着人们对城市空间品质需求不断提升， 作为建成环境负面特征的空间失序现象逐渐受到关注。

中国城市科学研究会编著中国科学技术出版社 ·北京· 中国科协学科发展研究系列报告中国科学技术协会 / 主编城市科学学科发展报告 2022 — 2023 图书在版编目（CIP）数据 2022 — 2023 城市科学学科发展报告 / 中国城市科学研究会编著 . -- 北京 : 中国科学技术出版社 , 2024. 8. （中国科协学科发展研究系列报告） . -- ISBN 978-7 -5236-0830-2 Ⅰ . C912.81 中国国家版本馆 CIP 数据核字第 20244Y544T 号策划刘兴平秦德继责任编辑齐放李洁封面设计北京潜龙正文设计中文天地责任校对张晓莉责任印制李晓霖出版中国科学技术出版社发行中国科学技术出版社有限公司地址北京市海淀区中关村南大街 16 号邮编 100081 发行电话 010-62173865 传真 010-62173081 网址 http://www.cspbooks.com.cn 开本 787mm× 1092mm 1/16 字数 400 千字印张 18.75 版次 2 0 24 年8月第1 版印次 2 0 24 年8月第1 次印刷印刷河北鑫兆源印刷有限公司书号 ISBN 978-7-5236-0830-2 / C·265 定价 105.00 元 （凡购买本社图书，如有缺页、倒页、脱页者，本社销售中心负责调换） 首席科学家仇保兴专家顾问王建国杨焕明吴志强郭仁忠江亿余刚俞孔坚毛其智何兴华李迅徐文珍乐可锡韩爱兴周卫编写组王云杨德凭厉晓宇王文静张哲源李沁伟林斌辉李海龙刘朝晖龙瀛茅明睿周强田大江杨可扬李文竹姜冬睿陈美玲陈果于凤倩学术秘书郄振生城市科学学科发展报告 2022 — 2023 序习近平总书记强调，科技创新能够催生新产业、新模式、新动能，是发展新质生产力的核心要素。要求广大科技工作者进一步增强科教兴国强国的抱负，担当起科技创新的重任，加强基础研究和应用基础研究，打好关键核心技术攻坚战，培育发展新质生产力的新动能。当前，新一轮科技革命和产业变革深入发展，全球进入一个创新密集时代。加强基础研究，推动学科发展，从源头和底层解决技术问题，率先在关键性、颠覆性技术方面取得突破，对于掌握未来发展新优势，赢得全球新一轮发展的战略主动权具有重大意义。 中国科协充分发挥全国学会的学术权威性和组织优势，于 2006 年创设学科发展研究项目，瞄准世界科技前沿和共同关切，汇聚高质量学术资源和高水平学科领域专家，深入开展学科研究，总结学科发展规律，明晰学科发展方向。截至 2022 年，累计出版学科发展报告 296 卷，有近千位中国科学院和中国工程院院士、2 万多名专家学者参与学科发展研讨，万余位专家执笔撰写学科发展报告。这些报告从重大成果、学术影响、国际合作、 人才建设、发展趋势与存在问题等多方面，对学科发展进行总结分析，内容丰富、信息权威，受到国内外科技界的广泛关注，构建了具有重要学术价值、史料价值的成果资料库， 为科研管理、教学科研和企业研发提供了重要参考，也得到政府决策部门的高度重视，为推进科技创新做出了积极贡献。 2022 年，中国科协组织中国电子学会、中国材料研究学会、中国城市科学研究会、 中国航空学会、中国化学会、中国环境科学学会、中国生物工程学会、中国物理学会、中国粮油学会、中国农学会、中国作物学会、中国女医师协会、中国数学会、中国通信学会、中国宇航学会、中国植物保护学会、中国兵工学会、中国抗癌协会、中国有色金属学会、中国制冷学会等全国学会，围绕相关领域编纂了 20 卷学科发展报告和 1 卷综合报告。

Over the past decade, disruptive technologies have profoundly impacted various aspects of cities, changing the methods, subjects, and pathways of urban research and practice, an d reshaping the connotation and extension of the concept of city laboratory. Based on the development of disruptive technologies in the Fourth Industrial Revolution, this paper analyses the influence of disruptive technologies on the research of city laboratory from the perspectives of methodology, ontology, and practice and also criticizes the limitations of current studies in terms of data analysis, research perspectives, and practical applications. This paper further proposes an d anticipates, through practical cases, the potential, future development trends and opportunities of city laboratory in developing active urban sensin g methods, studying new lifestyles and spatial structures, and empowering planning, design, an d management policies through digital innovatio n technologies. Finally, we call for the integration of the above three new opportunities to address ne w urban spatial problems and challenges such as urban renewal and shri nking cities under the background of socioeconomic development, aiming to provide new perspectives and references for the development of disciplines related to human settlement environment.

The advancement of technology has significantly propelled the progression of urban science. Influenced by the Fourth Industrial Revolution, urban science has entered a new phase termed the new science of cities. This paper analyzes the origins and developmental trajectory of the new science of cities, further elaborates on the essence and scope of the new science of cities, and categorizes it into three dimensions based on the concept of using cities as laboratories. In the domain of new urban science, the emergence of voluminous, high-density, and high-frequency data, alongside the increasing adoption of proactive urban sensing technologies and innovative methodologies such as artificial intelligence, has fostered a paradigm shift in research methodologies. Regarding the science of new cities, technological advancements have profoundly impacted the urban entity, affecting individual daily activities, social organization, and urban spaces, with an escalating number of studies focusing on these emerging urban phenomena to investigate their spatiotemporal laws. In terms of future cities, the advancement of new technologies is set to drive the transformation of urban spaces, prompting urban scientists to deduce future urban spatial prototypes and innovate their creation methods. Urban scientists are urged to seize the opportunities presented by the era to collectively advance the development of the new science of cities.

With the rapid development of computer technology, urban informatics, as a new discipline in the field of urban planning, has gradually attracted academic attention. The rise of urban informatics puts new pressures on urban plan- ning, but it also provides a new perspective of analysis. This paper is a summary of a panel discussion among scholars in urban informatics held at the 2020 International Association for China Planning(IACP).In this context, the panel outlines the definition of urban informatics, and the difference between urban informatics and urban analytic and computing, and found that urban informatics pays more attention to end user. This indicates that urban informat- ics has been more than a supporting role in urban planning or design, and is increasingly integrated with urban plan- ning. The panel also discusses the connotation of urban informatics and its wide application in practice, and illustrates with examples. At the same time, the team identifies the difficulties of its development mainly reflected in the two aspects of resources and talents, and the learners of urban planning discipline have natural advantage in learning urban informatics. Finally, the panel discusses how to improve teaching, and concludes that the promotion of good cases, discipline integration, training data thinking rather than focusing too much on methods and other concepts. All in all, this panel’s report contributes to the wider discussion about the role of urban informatics plays in urban planning.

中国科学技术出版社 ·北京 · 学科发展报告综合卷 2020 —2021 中国科协学科发展研究系列报告中国科学技术协会主编中国科协科学技术创新部组编策划秦德继责任编辑赵佳封面设计中科星河正文设计中文天地责任校对吕传新责任印制李晓霖出版中国科学技术出版社发行中国科学技术出版社有限公司发行部地址北京市海淀区中关村南大街16号邮编 100081 发行电话 010-62173865 传真 010-62173081 网址 http://www.cspbooks.com.cn 开本 787mm×1092mm 1/16 字数 465千字印张 20.75 版次 2022年8月第1版印次 2022年8月第1次印刷印刷河北鑫兆源印刷有限公司书号 ISBN 978-7-5046-9520-8 / N·291 定价 98.00元 （凡购买本社图书，如有缺页、倒页、脱页者，本社发行部负责调换） 图书在版编目（CIP）数据 2020 — 2021 学科发展报告综合卷 / 中国科学技术协会主编；中国科协科学技术创新部组编 . -- 北京：中国科学技术出版社，2022.8 （中国科协学科发展研究系列报告） ISBN 978-7-5046-9520-8 Ⅰ . ① 2 … Ⅱ. ①中… ②中… Ⅲ. ①科学技术—技术发展—研究报告—中国— 2020 — 2021 Ⅳ . ① N12 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2022）第 064990 号学科发展报告综合卷 2020 — 2021 专家组组长高鸿钧包为民副组长吕昭平李党生凯赛尔 · 阿不都克热木赵巍胜成员 （按姓氏笔画排序） 于小虎田刚田伟刘峰刘文杰刘亚东刘兴平孙春雷李军李晓刚何满潮张莹陈炳东陈晔光林天胡海岩徐颖徐梦珍康乐董尔丹魏均民编写组顾问仇保兴杨焕明毛其智俞孔坚张爱林王战军李迅余刚徐文珍乐可锡何兴华周卫孙久文秦波王文岩编写组成员 （按姓氏笔画排序） 王云王方王兰王焯王广志王文静王亚男王向荣毛开云方丹方敏方祖烈左建平龙瀛叶蒙宇田大江付彦荣刘晓刘启斌刘曜玮齐飞孙斌孙立宁李玉阳李明良李宗真李海龙杨湛杨可扬杨宝路杨德凭吴顺川余策谷晓红张学博张梦宇张博文张新伊陈蒙陈海生林鹏林伯阳林斌辉赵新柯红缨贾建中钱林方唐杰戚均慧彭屹葛耀君熊燕戴琼海学术秘书李沁伟杨海晶高凡丛书序当人类社会跨入 21 世纪第三个十年时，世界百年未有之大变局加速演进，新一轮科技革命和产业变革不断深入发展，正在重塑全球经济结构；科技创新活跃而密集，科技成为国际竞争的主要领域。 新中国成立特别是改革开放以来，在中国共产党的坚强领导下，中国创造了经济全面快速发展、社会长期保持稳定、人民逐步摆脱贫困的世界奇迹。中国在科技领域从“一穷二白”不断向世界科技前沿奋力追赶超越，取得了历史性的成就，彰显了中国制度的优势。科技立则民族立，科技强则国家强，已经成为中国全社会的共识。 中国科学技术协会（以下简称中国科协）始终以习近平总书记关于科技创新的一系列论述为指导，热切响应习近平总书记“加快建设科技强国，实现高水平科技自立自强”的伟大号召，扎实履行为科技工作者服务、为创新驱动发展服务、为提高全民科学素质服务、为党和政府科学决策服务的社会责任。作为科技学术共同体的重要力量，着眼于推动科技创新，为建设创新型国家和打造科技创新体系倾挚一臂之力。 学科的创立、成长和发展，是科学技术创新发展的基础，是科学知识体系化的象征， 是创新型国家建设的重要方面。深入开展学科研究，总结学科发展规律，明晰学科发展方向，对促进学科的交叉融合并衍生新兴学科，继而提升原始创新能力、加速科技革命具有重要意义。

Ｖ（ ： ＼ １ ８ 专访龙濂 ： 从城市大数据到新城市科学 Ａｎ Ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｌ ｏ ｎ ｑ Ｙｉ ｎ ｇ ： Ｆｒｏ ｍ Ｕ ｒ ｂａ ｎ Ｂ ｉ ｇ Ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｏ Ｎ ｅ ｗ Ｕ ｒ ｂａ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃｅ 编者按 ： ２ ０ １ ８ 年 １ １ 月 １ ４ 日 ， Ｂ ＡＣ 建筑创作” 在清华大学建筑学院采访了该校特别研究员 、 博士生导师龙 Ｉ 话题涉及尨瀛从事规划大截据研究的个人经历 、 目前的研究方向和方法 ， 以及未来獅酔的发展 。 Ａ Ｃ ： ８Ｅ Ｓ 如傅在自 Ｂ 的学 ３ ３ 和工作＆ 班中接Ｈ ＳＩ Ｍ 市规划 ＆ 大数鼷领域？ 出子 《 样的考虑， ｆｌ 揮 ７在商校进抒大敝麵与 Ｍ市相关的研究工作 ？ ？ ■ ： 我的本科和硕士就读于清华大学环境科学与工程学院 ， ２０ ０ ４ 年硕士毕业后进入北京市城市规划设计研究院工作 ， ２０ ０ ８ 年起用三年时间读完了清华大学城市规划专业的在职博士 。 我是从硕士阶段开始接触数据和 Ｇ Ｉ Ｓ 相关的霣化硏究课题 ， 当时的课题是 “ 図域水污染控制系统规划支持模型研究 ” ， 主要是开发了一个简单的规划支持系统来支持污水处理厂的布局规划 ＾ ２０ ０ ２ 年可用数据相当有限 ， 仅有最基本的 Ｇ Ｉ Ｓ 数据和统计数据供硏究者使用 ， 只能采取 “ 小数据 ＋ 大模型 ” 的方式 ， 即把有限的数据用力地用系统和模型来折腾 ， 以实现科研价值 。 ２ ０ １ ０ 年 ， 一个偶然的工作机会 ， 我接触到了北京市公交一卡通数据 。 以一千万持卡人的出行数据为基础 ， 我和合作者 ２ ０１ ２ 年在 《 地理学报 》 上发表了 《 利用公交卡刷卡数据分析北京职住关系和通勤出行 》 一文 ， 是国内一项较早开展的城市大数据实证硏究工作 ， 也开启了我的城市大数据研究之路 。 ２ ０１ ３ 年 ， 由我创办的研究平台北京城市实验室 （ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｉ ｔ ｙ Ｌ ａｂ ， Ｂ Ｃ Ｌ ） 成立 ， 这是国内首个开放的量化城市研究网络 ， 展示 、 共享跨学科的霣化城市研究资源和成果 。 ２ ０１ ５ 年底我受邀加盟清华大学 ， 研究方向进一步拓展 ， 只要是和城市空间相关的研究 ， 都是我感兴趣的话题 。 总体上我个人研究从环境跨到了规划 ， 从系统和模型开发跨到了量化城市研究与数据增强设计 ｍ （ Ｄ ａ ｔａ Ａ ｕｇ ｍ ｅ ｎ ｔ ｅｄ Ｄ ｅｓ ｉ ｇ ｎ 、 Ｄ Ａ Ｄ ） 。 目前我们更侧重人本尺度城市形态领域的硏究 ， 致力于回答什么是好的空间 ， 如何塑造好的空间 ， 进而发展相应的城市科学 。 ＡＣ ： 清介绍下您目黼的研死 ９ 队 《 工作主羅内 《 。 ＿ｆｌ ］ 发 ＿ 嫌的研究讎 ■ 澳及大敝鑭的在不 Ｎ ？１ Ｒ 下的成用 ， 并不 ＿ 寿子蠤个细分领 Ｍ ， 想在进揮研究嫌 ■ 的 Ｈ 的际准和 ９ 轘 Ｓ 扦么？ ＃瀛 ： 龙瀛实验室目前有 １ ５ 人左右 ， 团队成员包括博士后 、 博士生 、 硕士生 、 硏究助理和客座学生 。 我们认为城市本身就是一个实验室 ， 蕴含很多规律等待我们去挖掘 。 实验室的工作目标是通过深度挖掘数据 ， 与同行共享数据 ， 揭示城市的规律 ， 提升建成钚境质置 。 这里用四个层面的特点 ， 概括我们对城市大数据以及相应城市与规划研究的思考和价值观 。 囂视教胄早期的规划支持系统难以真正支持规划 。

The Fourth Industrial Revolution is profoundly changing our cities with a series of disruptive technologies, characterized for the boom of Internet industries and the everyday application and wide integration of intelligent technologies. Individuals’ traditional mechanical thinking has changed into a mindset based on big data, whose cognition also relies more and more on a combination of both virtual and physical reality experience. At the same time, cities, where we live, are witnessing a significant revolution in resource utilization, societal conditions, and spatial use. Along with the surge of new technologies and new data represented by computer technologies and multi-source urban data, the (new) Urban Science, as a transdisciplinary combination of urban computing, Artificial Intelligence, augmented reality, and human-computer interaction, rises over the past decade. Research institutions and programs on the (new) Urban Science are flourishing globally, and increasing related degree programs and courses are offered by colleges and universities worldwide to respond to the needs of this new era.