用户名
密码
(30天内有效)
注册
注册
首页 > 案例资料 >

从5G探索未来城市规划和空间设计:场景与案例丨城市数据派

我要收藏
2019-12-20

本文为智慧城市与智能空间前言研究系列第四篇的上篇,中规院学术信息中心(创新中心)与中规院(北京)规划设计公司新技术中心及科技公司将持续推出系列前瞻研究,敬请关注。 



前 言

面对5G蓬勃发展的趋势,城市规划与空间设计人员应当对技术的发展特点及其对城市空间的影响有所了解,确保城市规划与设计是面向未来、保持先进的。本文从城市规划师的角度,对5G的技术特点、发展愿景、其与其他智能化技术的结合及其在城市空间,尤其是对生产生活影响最大的三类空间——出行场景、生活场景、工作场景中将产生的影响进行简要分析与阐述。



背 景

从4G发展的经验来看,新一代移动通信技术的发展与其他技术相互作用会创造一大批新应用,例如4G的发展直接推动的移动支付发展带来了共享单车、共享汽车等新应用,从而改变了出行场景,使得空间规划设计既要考虑共享交通工具的出行、停放需求,也要考虑其带来的出行习惯的改变从而改变城市形态。事实上,过去城市规划与空间设计常常是被动的应对技术变化。本文尝试主动从城市交通、工作场景、住宅人居等几个场景出发对5G将在城市空间带来的影响进行论述。 

1576823018714170.jpg

在新型智能城市中,5G作为生产环境的重要一环,是连接生产工具——云计算、生产资料——大数据,应用新型生产力——人工智能,探索新型生产关系——区块链的重要一环。同时我们不应忽视5G本身URLLC、eMBB、mMTC特征的结合以及其与其他技术耦合组合产生的新应用,应更加积极的对5G的发展及未来进行研究探索。 

1576823094212280.jpg

5G与人工智能、云计算、物联网等技术结合推动智慧城市发展 

图源:《5G新时代,引领智慧社区新未来》. 朱常波.



1 城市交通-出行场景


由于5G突破性的性能提升,网联汽车、自动驾驶汽车、智能网联汽车及其配套设施所组成的车联网被认为能从5G的部署中获得很大的发展机会。实际上,全面实现无人驾驶对于大众来说还是比较遥远的目标,但不得不说通信技术的发展包括4G已经对我们的出行场景产生许多影响,除了之前我们谈到的共享单车的例子,BRT的设计也与移动通信网络技术的突破息息相关,对交通工具的精准感知促进了对交通态势的预估,从而使出行场景更加可预测,从而整体提升效率,通过为汽车和道路基础设施提供大带宽和低时延的网络,5G能够提供高阶道路感知和精确导航服务。


城市交通不是几个企业的突破能改变的场景,出行场景的变革是城市级的行为甚至可以说是国家级的行为,就城市规划设计方面来看,5G带来的创新交通应用其未来会给现有的建成环境和土地利用带来设计、规划和功能上的影响。城市规划者应秉承可持续性发展和以人为本的设计原则,提出了重塑城市形态的建议。总体来说,这些影响可以体现在行车车道、卸客车道、路标和信号灯、自行车道和人行道、停车场、城市交通体系及用地重新开发上。


• 行车车道:业界普遍认为由于自动驾驶汽车的高效性能,可以再减少一个行车道的需求,省下来的空间可以用作卸客车道、人行道或自行车道。

微信图片_20191220142518.jpg

现代城市典型街道断面

1576823140960780.jpg

自动驾驶过渡期的街道断面 

1576823187443831.jpg

完全无人驾驶时代的街道断面 

图源:《畅想弗罗里达州的未来:无人驾驶汽车时代的交通和土地利用》


还有一点是业界普遍认可的,随着汽车数量的减少,空间需求降低。即使汽车需求量不下降甚至上升,因为智能化的交通系统效率更高,对道路空间的需求也将会大幅下降,道路空间的需求量将随着自动驾驶的深化程度而逐渐降低。 


• 卸客区域:自动驾驶接入公共交通系统将逐步使得停车需求几乎消失,但是卸客区域的需求将会大大增加。如何设计drop off的上下车空间不仅仅是自动驾驶体系的重要一环,也是智能交通体系的重要用户体验环节,在某些区域,如果能做到能感知、可控制,人类驾驶的交通工具也需要灵活的上下客区域以便更灵活的配置交通资源。

1576823222451761.jpg

未来超级终端-无人驾驶汽车

图源:传感器专家


• 路标和信号灯:车路协同的发展将改变交通指示设施的功能,从视觉指导功能到智能化基础设施的转变短暂来说需要大量投资也会使得交通指示设施愈加复杂,但长远来看针对自动驾驶系统的指示信号通过5G等下一代通信网络进行传输将会大大减少对路面标示的需求,因此可以考虑更多的景观及文化设施的设计。


• 停车区域:自动驾驶系统将会对现有的停车需求带来巨大的改变,业界普遍认为自动驾驶系统的建立将会解放城市大量且尚未满足需求的空间——地面停车空间,因为大量的自动驾驶汽车可以自行前往郊区或地下进行停放或充电,自动驾驶系统没有卸客后停车的需求,将会对停车体系带来深远的变化,而这个变化带来的城市空间的释放或许将是自动驾驶蓬勃发展的重要基础。


• 非机动及人行车道:自动驾驶短期上路对非机动车及行人出行将带来较大威胁,行人和非机动车的不确定性也是自动驾驶汽车上路的重要限制,在某些自动驾驶的试点区域,非机动车道可能需要给自动驾驶汽车腾出空间,两者之间也许会有类似于卡口的硬隔离,但随着自动驾驶体系的扩大及普遍应用,设计人车人流体系,例如将大多数货运及快速车道移到地下应该是大势所趋,因此更多的步行尺度及骑行空间将会被创造出来。


• 城市交通体系及用地重新开发:在5G推动新一代智能化发展的进程中,城市用地将面临重新开发或以新思路进行开发的步骤,这个过程并不是一蹴而就,新的空间将被设计为绿地、公园、公服设施等,交通出行场景的改变也必将改变我们生活和工作的行为模式,因此对其他空间的重新设计有着不可忽视的作用。


事实上,自动驾驶在5G和新一代人工智能技术的推动下蓬勃发展为城市空间带来的变化远不止于此,许多专家认为如今正是为未来城市交通建立系统性规则的关键时期,许多企业或学者提出了柔性道路及其他的新型道路设计体系,其中包括了适应自动驾驶体系的各类街道种类以及路权、编码等管理细则。自动驾驶体系对城市空间的变化是城市规划面临的重要命题,本文限于篇幅不再过多赘述,更详细的关于自动驾驶对城市空间的改变包括对TOD和MAAS模式的影响将在未来的系列专题中进行阐述。



2 生产活动-工作场景


在城市演变的过程中,生产活动一直都扮演了非常重要的角色。城市的形成与组织形式也是为了提高生产效率,创造更多价值。通信技术作为连接各项数字化技术的关键,它的发展催生各行业的不断创新:ICT、媒体、金融、保险在数字化发展曲线中已经独占鳌头,零售、汽车、油气化工、 健康、矿业、农业等也在加速其进程。


最新一代移动通信技术——5G在通信效率方面的突破也深刻影响了生产活动的各个环节,从而在很大程度上将改变传统的工作场景。这些变化不仅出现在虚拟经济领域,也将深刻改变工业、农业及服务业的业态从而对空间设计提出新的要求。


例如上文提到的交通场景将对生活和生产场景产生许多影响,因为对交通体系的变革将会改变职住关系在空间的体现形式,也许未来工业活动、商业活动和住区空间之间的协调关系将会以一种更理想的形式呈现。 


• 5G推动以VR/AR为代表的视觉技术对工作场景的影响

虚拟现实(VR)与增强现实(AR)是能够彻底颠覆传统人机交互内容的变革性技术。变革不仅体现在消费领域,更体现在商业世界和生产活动中。VR/AR业务对带宽的需求是巨大的,5G最大的价值使得高质量VR/AR内容处理走向云端,满足用户日益增长的体验要求的同时降低了设备价格,VR/AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。4G的峰值流量虽然也可以满足一部分VR、AR的需求,但一些高阶VR/AR应用需要更高的速度和更低的延迟。


以AR、VR为代表的视觉技术对空间的影响是跨越距离的,例如在教育领域,虚拟现实的教学将使教育资源的分配跨越地域的限制,教育空间的设计也可以被重新设计,部分集中化的教学空间也将不再需要,学校的功能也将有所改变,同样的改变也将因为5G推动在医疗空间发生,有助于医疗资源的优化配置,也许会新增一些社区级别医疗空间负责感知患者状态,医生通过医疗视觉技术进行诊断甚至治疗。


视觉技术体验的优化可以替代某些实际操作具有空间或其他方面高成本的场景,例如飞行器驾驶培训、消防培训、高层施工培训甚至军事演练等。许多国家与地区的VR公司与消防与救援队建立了合作伙伴关系。通过VR和AR为应急服务队伍能够在更安全的环境中进行培训提供了第一手经验。

1576823249662195.jpg

消防VR模拟  

图源:搜狐


• 5G推动智能智造对生产活动的影响 

1576823271320504.jpg

5G与智能智造   

来源 : ABI Research


对于尖端智能制造场景,5G带来的灵活、可移动、高带宽、低时延和高可靠的通信是基本的发展要求。创造是生产活动的核心,之前提到的AR技术将增加协同的效率,使得装配和每一个环节的工人更为高效。


5G的通信基础可以支撑更多的机器人参加工作,人工智能的深度介入将会提升生产环节的运转效率,降低维护等成本,对各类生产活动的结果进行预测将进一步优化生产结构。从而提升供应链的透明度,与智能交通系统结合将对城市产业空间产生新的需求。例如厂区内物料调动将会率先成为无人驾驶的应用空间。


事实上,物流业巨头已经将无人物流机器人应用在各个中枢中,生产环节的智能化也能增加多个工厂联动的能力,中心化的生产空间将会带来更大的价值。


在农林业和畜牧业,5G也将改善其生产条件,降低远程工作及危险性工作对劳动力的依赖。5G的部署将增加农林业无人机的应用范围,在更广的范围内使农业获得智能化的支撑,因为5G不仅支撑无人机飞行,也支撑海量的传感器、控制器械等。大型畜牧业与农业的生产能力也将大大提升,从而可以在考虑基本农田、草场等需求时可以采取更加灵活的配置方式。

1576823294584751.jpg

5G网络将使无人机在农业应用更加广泛 

图源:大疆


在能源领域,馈线自动化(FA)系统对于将可再生能源整 合到能源电网中具有特别重要的价值,其优势包括降低运维成本和提高可靠性。5G的超低延时移动通信网络正是FA系统发展的重要瓶颈之一,这对能源领域有几个影响。


首先是故障率大大降低带来的运维成本降低,从而对能源系统维护设施的需求也将降低,并且可以应对风能、太阳能等新能源入网的潮汐压力不同的问题,也会使能源管理的门槛降低,大型的能源中继设施的需求也会降低,避免城市空间中巨大能源站点对空间的占用以及对生活空间的影响。 


• 5G推动智能传感与监控在城市治理中的作用

5G高并发量、超大带宽、低延迟性的特点将使能各类传感器和视频图像在智慧城市中的应用,尤其是人工智能AI驱动的智能视频图像将会在城市安全及城市运行中发挥重要作用,从多个环节实现智能化管理运行,从而也会对城市空间中的各类原有  技术不能解决的问题提出新的解决方案。


例如人流感知、智能监控使得治安情况、公共安全事件更加可控,由此对城市公共活动空间包括夜间经济等采取不同的设计思路。各类传感器也将主动发现城市和居民的需求,主动的发现问题而不是被动的解决问题,这一点可以应用在城市的规划、更新工作中。

1576823316986226.jpg

5G传感设施在智慧城市中的应用 

图源:腾讯云 



3 住宅人居-生活场景


住宅区的设计往往与上文提到的交通出行及生产活动息息相关,尤其是对于参与日常常经济活动的绝大多数普通市民来说,通勤对于其住宅选择有着重大影响力,往往一条地铁和快轨的开通能带动一大片的房地产热度。


而正如上文所述,在低影响开发的背景下,交通系统对城市空间的影响将继续降低,真正将道路和城市从以车为导向变为以人为导向的空间。现有的停车空间及冗余的交通空间将可以被再开发为绿地、公园等有利于人居环境的空间。


除此以外,视觉技术、远程医疗、远程教育、智能机器人、3D打印等都将改变城市生活空间的形态和创造全新的需求。


• AR、VR等虚拟视觉技术对生活空间的影响

“有一个新的观点认为,分散式团队是一个聪明的战略,它有利于初创公司以更低的成本招聘真正伟大的人才。”风险投资公司星火资本(Spark Capital)合伙人梅根•奎因(Megan Quinn)说。


在5G与人工智能等技术的推动下,工作和生活的边界可以逐渐模糊,很多需要大量创造力的工作将在线化,很多时候我们在规划创意产业时发现一个集中的空间也许与创新创意等理念恰恰相反,标准化车间化的环境也许不适于发现真正的思维火花,因此从虚拟空间入手,创造一个数字空间也许会带来意想不到的惊喜。


工作与生活边界模糊也会带来其他的问题,例如当远程办公成为一种长期机制时,那些在家办公的员工是否能够拥有与传统员工一样的工作保障?这些问题我们现在回答不了,但在主动或被动产生这种新的工作形态时,我们应该更多的主动去尝试解决问题。

1576823339646082.jpg

5G将为“数字游民”创造良好条件  

图源:腾讯科技


包括3D打印也将得益于5G的发展,更稳定和高效的网络环境将使3D打印的应用更广泛,3D打印可以使很多创造性工作、工作环节可以去中心化,模具打印、工具打印等需要协同的环节均可以远程实现,甚至有的公司尝试从用3D打印食品,这使住宅区的独立性和体验将会更完善。 

1576823361114726.jpg

3D打印使得居住区对于食品供应的需求更低 

图源:食品饮料产业链


• 远程医疗和远程教育对生活空间的影响

5G超大带宽和超低延迟特性,可以为远程医疗和教育带来新的发展机遇,而教育设施和医疗设施也是我们在考虑生活空间区位选择时候主要考虑的因素,而5G作为新一代通信技术,与人工智能、物联网等技术结合可以对智慧医疗和教育体系带来质的飞跃,因为从用户体验来说,移动通信技术的进行对于远程操作来说是极为重要的,尤其是远程医疗,无论是诊断还是治疗,都需要高带宽和低延迟这两个特征支撑。


对于医疗体系来说,虚拟化技术和远程操作、感知不能替代所有环节,但能为日益家中的医疗资源不足及分配不均的问题提供一个解决方案。例如高度标准化的复查复诊可以在家庭或者前置的分布式的医疗车或医疗站中完成,身处县城也可以享受一线专家操刀或指导手术,对于面临有限的医疗资源分配问题时,5G的加速发展无疑能一定程度缓解这个问题,并且这方面不必像自动驾驶汽车等突破需要城市级国家级的全力投入,可以在一些地方先试先行,可以迅速迭代发展,因此及其具有发展潜力。

1576823384440556.jpg

在家也可以享受专家级问诊


AR与VR是一种全新的交互方式,对于教育和学校形态的影响正在逐渐显现,5G支撑的AR与VR将大幅度提升远程教育的用户体验,可以让优质教育的传播跨越距离,虽然现在的远程教学在线教学已经践行了这一原则,但是由于教育注重言传身教,没有一定的沉浸感,很难让学生迅速学习,尤其是对于好奇心最终的K12阶段,沉浸式体验将使他们迅速获取知识。


同时一些例如实操课程、实验课程也可以通过VR、AR进行教学,降低教学成本的同时的也可以降低一些化学实验等的危险性。当然,这样的视觉技术只能替代一部分教学场景,学校可以继续承担学生必须要到校进行的素质教育的作用。


因此,从这个角度来看,居住区对于过度集中化教育和医疗设施的依赖程度可以通过5G的发展降低,我们可以期待教育和医疗资源分配更加均匀,作为城市设计者也应对这个趋势更加敏感,对此做出回应。

1576823408542868.jpg

5G推动远程教育体验提升 


• 智能机器人对生活区的影响

5G和人工智能对机器人应用的领域将不仅局限于制造业领域,在居住区生活场景中也将会有很多应用,事实上,扫地机器人等已经广泛普及,但是从事社区工作和物业工作的服务机器人由于其移动性和复杂性,对网络的即时性和带宽要求极高。


因此,5G的发展使得在生活场景中更多的机器可以提供物业服务,对于一些楼宇门禁、物业管理、园林清洁等工作环节来说,一方面机器人的成本更低,另一方面其运营效率更高,不同类型的人居环境将得到不同幅度的提升。


也许更多独立式的楼宇也可以得到很好的管理,或者分布式的住宅也不用担心劳动力的问题,这些都为住宅区设计提供了更多的可能性。

1576823434586541.jpg

5G将使更多服务机器人被部署在小区 



4 北太平庄志强北园5G智慧社区案例研究


在全国科学创新高地的海淀区,5G应用场景的探索早已初见端倪。5G的发展不仅对个人移动终端影响深远,也是移动通信技术对城市级应用的重要赋能,其对智能基础设施、智慧化治理等都有支撑作用。而作为城市中具备较为完善功能的基本单元——社区是5G在城市发展中应用的重要载体。


北京市海淀区于2018年初就开始谋划智慧社区的建设,5G赋能的智能社区就是其中重要的试点内容,其中北太平庄志强北园社区就是北京市首个5G+AIoT智慧社区,本文对志强北园智能社区的建设情况做简单整理及分析,希望能为5G在更广泛的场景中和未来的空间中应用提供参考。 

1576823467380953.jpg

志强北园5G社区位置范围 


• 社区基本情况及建设背景

位于北太平庄社区的志强北园兴建于上世纪八十年代,是典型的老旧小区,为板楼型建筑,社区内共2139户,30栋。志强北园是典型的具备相对完善的社区单元,范围内除了居民楼,还有幼儿园、养老服务、酒店等服务业态。


2018年,海淀在“智慧海淀”的基础上,筹划推出海淀城市大脑提升城市治理能力,聚焦于城市治理领域,建设支撑城市高效、稳定、精细化运行的全新基础设施。通过数据驱动、人机协同、跨界融合的新型城市治理模式提高城市治理效率、降低治理成本,从而建设安全、美丽、有序、创新且群众满意度高的高品质城市。

1576823490681643.jpg

海淀城市大脑助力建设高品质城市 


作为海淀城市大脑建设的一部分,建设40个智慧社区试点的工作在2018年便已经被提上日程,由于志强北园有海淀区内大量老旧小区的代表性,业态较为齐全,区内人员车辆密度大,并且范围适中,不仅代表了海淀区上世纪八九十年代修建的一批大型单位家属区,还代表了全国尤其是北方地区以板楼为代表的待改造的老旧小区。


因此海淀区通过先行先试、局部部署的形式在探索5G技术在社区层面的应用场景,开展志强北园5G社区建设,以5G技术支撑AIoT技术提升社区治理效率。 


• 5G智慧社区总体框架 

1576823519374019.jpg

5G智慧社区框架 


社区是城市治理的最小单元,具备智慧城市基础设施基本架构——“感传知用”,同时区级城市大脑的基础设施和应用为其提供支撑,智慧社区也是城市大脑触达基层的重要抓手,智慧社区为城市大脑提供实时数据资源,5G的部署保证了区、街镇、社区的多层级城市治理结构之间信息能快速流通,业务能及时协同,数据能快速融合。


智能感知是智慧社区结构中获取数据以及和用户产生交互的载体,主要包括公共设施设备感知、车辆感知、人脸感知、消防感知等。5G和物联网是将感知层与业务层连接的基础设施,5G的部署为更多需要低延时、大带宽、高并发的场景创造了可能,而这类需求正是在智慧城市建设中急需满足的。


数据资源池将数据通过元数据管理和数据治理提升数据利用效率,并搭建统一的应用支撑平台,提供统一的云服务、地理信息数据服务及运维服务等,最后是应用层,基于感知数据、共性能力支撑和业务痛点,在公共安全、社区管理、社区服务三个领域进行应用。



• 5G智慧社区安全服务


智能摄像头是5G提升社区治理效率的重要抓手,因为4G网络条件下,100兆的带宽同时接入四路摄像头在一个视频终端就会出现卡顿的现象,对社区安防摄像头的使用体验有很大影响。而5G网络传输速度是4G的100倍以上,目前对于志强北园的治理场景来说,同时接入二三十路摄像头均可以顺畅使用,画面流畅清晰,最多还可接入上百路高清摄像头,使得基层工作人员效率大大提高。

1576823547422677.jpg

基于5G通信网络支撑,这些摄像头可实现人脸识别、人脸布控、大数据分析等功能,居民可以实现快速进入社区以及单元门,甚至做到无感进出,这是因为5G可以使得摄像头数据或经过边缘计算处理的结构化数据传到云端进行比对,快速的返回信号,从而改变了原来出入口智能设施反应慢、功能少的情况。


有了云端的数据库和算力支撑,摄像头还可以更加智能,例如监测社区周界,通过长期停留分析发现异常人员,另接入公安系统特殊人员数据库,及时发现违法犯罪人员。 

1576823592415904.jpg

志强北园5G社区运行系统平台 

图源:网易新闻


5G的部署为志强北园安全服务提供了强有力的支撑,不仅是对进出口管理,还能通过多种物联网感知设备的部署,多元数据融合提供创新业务,例如通过烟感设施监测消防情况,同时远程控制摄像头,监测消防通道堵塞情况,保证消防安全。在幼儿园等重点场所出现有异常人员长期逗留徘徊也会向管理人员或派出所实时报警。


各类设施设备一旦监测到异常,智能摄像头自动寻找能拍到异常点的镜头方向,为物业人员提供一手获取现场信息的机会。总体而言,5G赋能AIoT的应用使得传统分散低效的摄像头与各类传感器的使用效率得到大幅提升,使得感知设施更加智能。 


• 5G社区管理服务 

1576823622359295.jpg

5G智慧社区机房


在5G智慧社区,有了移动通信网络和AIoT技术的支撑,社区治理基层机构被赋予了更大的能力,在小区南门的门卫室就是智慧社区机房,机房内可以实时查看小区的各项运营情况,这些数据同时通过移动终端与社区管理人员互联互通,将小区内各项业态——居民楼、酒店、学校的实时情况,各类设施的运行状态通过大屏的形式展现在屏幕上,这些业务包括“设备感知”、“消防感知”、“人脸感知”、“通行感知”、“周界感知”、“井盖感知”、“满溢知”、“一键报警”、“盲点监控”,还有“城市感知”、“城市管理”、“系统管理”、“智慧养老”等场景可以进行拓展。 

1576823663245311.jpg

展示城市全要素实景信息,实现可视化城市管理 


5G智慧社区可以迅速接入海淀“一张图”等共性应用平台资源,真正做到多级联动的城市治理新形态,将城市治理的智能化能力下沉到基层,也使得城市治理的触手通过社区层级触达到居民。


• 5G智慧社区居民服务

志强北园根据群众需求,对其中大部分单元安装了智能门禁系统,征得群众同意后安装了人脸识别装置,并且可以远程开门,大大提升了群众居住的安全感和体验感。


同时在社区范围内,基于5G的网络支撑,为老年人提供了智能手环,对老年人健康情况进行实时监测,通过手机app让家人或社区老年人服务站点实时感知。在老年人通过门禁时会对老年进行识别,自动开门,降低老年人使用门槛。


同时,社区服务站的服务能力也得到了提升,政务机器人与警务机器人的安装让社区服务站在不增加人手的情况下为居民提供更多服务,体现了“最多跑一次”的政务改革精神,政务机器人和机器人为社区居民提供逾400项服务,快速实现人脸识别、证件识别等功能。 

1576823696136739.jpg

政务机器人

图源:网易新闻


• 案例小结

志强北园是典型的老旧小区,其在5G全面部署之前就落地实践的经验为5G在城市治理现代化的应用提供了很大的参考,尤其是在老旧小区改造等领域,提供了利用“云大智物”等在场景中的创新应对社区存量进行优化的思路,为城市治理从粗放型转向精细化提供了参考。


在智能城市最小功能集群单位-社区中,5G作为移动通信环境的基础设施,可以推动城市治理、社区服务、社区管理等场景变革创新,将云端与中心化的资源合理配置到基层单位,也让云端的城市大脑更好的通过基层单位——社区与城市的用户群体——居民直接连接,提升城市治理现代化水平。


本站声明

本文仅代表作者观点,不代表城市数据派立场;
本文系作者授权城市数据派发表,未经许可,不得转载;
本网站上的所有内容均为虚拟服务,一经购买成功概不退款,请您理解。

点赞0