我国自主产权的智慧城市软件：北大赵鹏军教授团队研发的博雅智城·CitySPS 平台

赵鹏军，英国社会科学院院士，北京大学博雅特聘教授，北京大学校学术委员会委员，北京大学城市规划与设计学院院长，北京大学城市与环境学院教授。国家杰出青年科学基金获得者、自然资源部科技创新领军人才（国土空间规划领域）。现任国际地理联合会（IGU）交通地理委员会副主席，国际SSCI 期刊Cities：The International Journal of Urban Policy and Planning主编，英国剑桥大学土地经济系客座教授，自然资源部陆表系统与人地关系重点实验室主任等。主要从事交通地理学和城乡规划学研究。

2022 年是人类发展史的重要标志年。在2022 年，全球人口突破80 亿，其中超过45 亿的人口居住在城市。城市贡献了全球80%的GDP，同时，排放了全球75%的温室气体。城市在给人类提供生存空间、社会福祉、文明进步、文化繁荣的同时，自身也面临着人口拥挤、住房紧张、交通拥堵、环境污染、疾病传播等“城市病”问题。城市已成为全球可持续发展的主战场。如何缓解城市问题已成为学界、政界、产业界所关注的前沿科学问题、关键决策难题和重要产业发展议题，也成为与老百姓日常生活密切相关的民生话题。

2022 年11 月，第四届世界科技与发展论坛发布了由来自10 余个国家和地区涵盖生物学与生命科学、能源科学、环境科学、城市科学、先进制造、材料与微纳米科学、人工智能与信息科学、地球科学以及社会科学等多个领域的科学家所评选的“2022 年度人类社会发展十大科学问题”，其中三个问题是关于城市的问题（如何构建绿色、高效的城市废弃资源的再利用体系？如何构建高速、立体、网络、智能的人类宜居城市形态？如何优化城市布局和功能来降低资源消耗？）。探究城市问题解决方案，已远远超出单一学科的研究范畴，需要诸多学科共同努力。

▲ 城市人口流动-路网复杂系统的关联

城市的两个子系统人口流动和路网环境都属于复杂系统，使用量化模拟的技术手段可以探究两个复杂系统的空间相互作用和影响程度。

城市是一个复杂生命体。这个生命体有地貌、气候、水文、人、植物、动物、土壤等要素，有人口流、运输流、能源流等“血液”，有以居住区、工业区、生态区等功能区为主的“肌体”，有道路、电力、绿廊等基础设施构成的“骨骼”，有水、空气、土地、矿产、粮食等资源“营养供给”，也有垃圾、污水、大气污染物等废物排放。这个生命体具有生长、衰败（收缩）、生病、更新、自适应等生命过程。城市各个要素、流、功能、设施、环境等之间相互联系、相互作用，共同形成城市复杂系统。

对“城市病”的监测、诊断、治疗需要统筹考虑，不能“头疼医头”“脚疼医脚”，要从以单一职能部门为主的解决方案向多部门协同解决转换。这客观上需要对城市复杂生命体开展系统的精准模拟与预测。城市系统模拟与预测技术为全面认知和统筹治理城市问题提供了重要支撑，是城市研究的前沿领域，也是智慧城市的技术难点。已有城市模型存在全系统分析能力不足，缺少对城市复杂巨系统整体运行规律的解析能力，尤其是忽略了城市复杂系统的本质，对城市各子系统之间动态影响、互联互馈规律认识不足，无法全面精确地反映城市运行特征的问题；现有城市模型致力于数据可视化、数字孪生、城市单一子系统信息化等工作，数理计算模型匮乏，缺少城市系统预测与解析能力，难以对城市发展趋势做出预测和预警；已有模型应用场景单一，缺乏城市系统决策支撑，无法满足同时模拟土地、人口、交通等全系统的决策需求，导致智慧城市软件的应用受限，不易落地和推广。

▲ 我国智慧城市发展阶段

近年来，随着窄带物联网（narrowband internet of things，NB-IoT）、5G、大数据、人工智能等新兴技术的快速发展，城市决策已进入“智慧决策应用”时期，对城市模拟软件提出了“平台集成”“AI+白箱模型”“时空计算”“仿真推演”等系列新需求。由万物互联走向万物智联，更加强调城市复杂性、科学决策、预测预警。新一代的智慧城市模拟软件应具有“信息底座”“知识赋能”“智慧决策”等综合优势，才能满足日益复杂的城市模拟仿真与全场景智慧决策需求。

由北京大学赵鹏军教授团队研发的博雅智城·CitySPS 平台（city simulating & planning system，CitySPS），该平台是面向城市与区域治理的智能决策系统。研发团队历时3 年精心打磨，在国家自然科学基金项目的支持下，依托自然资源部陆表系统与人地关系重点实验室，融合地理学、城乡规划学、交通工程学、经济学、系统科学等理论，聚焦城市系统的定量化模拟、科学评估和协同优化，研发能够支撑城市规划、建设、管理和运营等多样治理需求的综合技术平台。该平台构建时空大数据等多源数据库，量化解析城市土地、交通、人口、产业等子系统的运行状态、发展趋势及其相互作用规律，以“城市全系统计量模型”为技术内核，融合城市机理模型（“白箱模型”）和数据驱动模型（“黑箱模型”），实现城市系统的精确计量、精准预测和精细模拟。

▲ 智慧城市技术平台发展阶段

该平台是智慧城市应用软件，旨在创新智慧城市关键核心技术，推动智慧城市由“数字化、信息化”阶段向“智慧化”阶段跨越。该平台集数字平台、业务平台、决策平台于一体，推动城市治理精细化、科学化、智能化变革。其核心内涵是“科学计算，决策赋能”，聚焦决策中枢功能，推动场景应用落地，挖掘数字底座价值。在技术定位上，该平台体现出融合型架构、模块化组织、高性能计算、自主可控性等特点；在客户定位上，服务对象包括政府部门、规划院与设计院、房地产行业、智慧城市平台建设服务商等相关部门或机构，提供多种服务模式和部署方式。该平台在功能方面，包含城市计算、城市预测、城市决策三大核心功能，支持辅助城市治理、模拟开发建设等多类型典型应用场景。该平台具有面向决策的平台定位、全面系统的原理架构、量化精确的方法等主要优势。从数据、信息、知识和智慧等四个方面赋能CIM（城市信息模型，City Information Modeling），为面向五级三类国土空间规划实施监测的TIM(国土空间信息模型,Territory Information Modeling）提供城市模型与模拟技术。

▲ CitySPS平台城市状态监测综合可视化大屏

总之，博雅智城·CitySPS 平台是城市复杂系统模拟研究的成果，涵盖了城市运行规律的量化测定、城市系统的数学建模、城市计算的高性能技术研发、城市决策的系统化评价等多个方面，该平台开发是对城市理论的完善、城市模拟技术的创新、城市决策科学化和城市治理能力现代化手段的提升，也是研发我国自主产权的智慧城市软件的重大突破。

平台已完成北京、深圳等多地的应用部署，并上线了demo版，针对虚拟城市（岱墨市），提供城市计算与模拟的完整流程体验。本书用户可以免费注册使用，网址 https://demo.cityspsindex.cn。关注官方公众号（City_SPS），获取系统最新信息。

▲ CitySPS 平台三大模式赋能城市信息模型（CIM）

（赵鹏军著. 北京：科学出版社，2023.10）系统介绍了博雅智城·CitySPS 平台。本书包括四部分内容，共13 章。

• 第一部分（第１～４章）介绍了博雅智城·CitySPS 平台的科研与技术意义，该平台对完善城市复杂系统理论、突破城市系统模拟技术瓶颈、促进智慧城市平台的决策应用等具有重要价值。

• 第二部分（第5～９章）从理论构建、模型表达、量化方法等方面，对该平台的科学机理进行了详细介绍。

• 第三部分（第10～12 章）介绍了该平台的系统集成、高性能计算、软件开发、可视化等技术体系。

• 第四部分（第13 章）介绍了该平台的应用及推广。

本书得到国家自然科学基金项目（41925003、42130402）的资助。可供城乡规划学、地理学、交通工程学、管理学、环境科学、系统科学、计算机科学等学科领域的科研人员、政府管理人员、高等院校师生以及相关企业人员阅读、参考。

本文摘编自《城市复杂系统模拟技术：CitySPS 平台》（赵鹏军著. 北京：科学出版社，2023.10）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

审图号：京S（2023）037 号

ISBN 978-7-03-076387-7

责任编辑：郭允允 赵 晶

本书介绍了北京大学赵鹏军教授团队研发的博雅智城·CitySPS 平台。该平台聚焦城市系统的精确计量、精准预测和精细模拟，综合运用地理学、城乡规划学、交通工程学、经济学、系统科学等基础理论，量化解析城市运行规律，构建城市全系统计量模型，具有支撑城市规划、建设、管理和运营等多样治理需求的综合技术能力。该平台开发是对城市理论的完善、城市模拟技术的创新、城市决策科学化和城市治理能力现代化手段的提升，也是研发我国自主产权的智慧城市软件的重大突破。

（本文编辑：刘四旦）

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