杭州“城市数据大脑”：交通治堵的探索和实践

（杭州市交警支队，浙江 杭州 310014）

近年来，各地交警着眼于提高城市道路通行能力，不断深挖潜力、创新做法，系统、科学地推进交通治堵工作，并在最大化调配警力资源的基础上，大力开展智能交通建设，以作为辅助执法、治堵、治乱的重要手段。但由于各大中城市普遍存在城市资源利用率不足的问题，直接或间接造成交通治堵过程中出现了道路资源供给矛盾突出、综合治理协同性欠缺、智能交通使用不充分、数据资源难以融合应用等问题和短板，从而导致现有治堵手段无法及时、有效契合道路交通发展趋势，甚至部分创新举措在实际应用后，因交通流特征等拥堵“因子”的剧变，出现了措施持续性不强、过早“夭折”的尴尬局面。对此，在当前交通拥堵这个“城市病”严重影响城市经济活动和市民日常出行的背景下，亟需交警部门在治堵手段上有重大突破，避免与实际交通特性、趋势变化出现不匹配的问题；同时，必须深耕道路资源、提高智能交通的利用率，确保交通治堵在现有复杂交通环境中“激流勇进”，而不是“节节败退”。随着大数据、云计算、人工智能技术的兴起，城市交通管理、交通工程出现了新方向、新思路，看到了交通治堵模式有效变革的“曙光”。在2017年杭州云栖大会上，杭州“城市数据大脑”V1.0项目成果正式对外发布。笔者借此机会，梳理总结杭州交警一年多来大数据交通治堵的探索和实践，并对下一步工作提出计划和设想。

一、杭州“城市数据大脑”的背景和由来

（一）高层决策的推动引导。2016年4月，习近平总书记在全国网络安全和信息化工作座谈会上提出“要以信息化推进国家治理体系和治理能力现代化，分级分类推进新型智慧城市建设”。2016年12月，中央城市工作会议提出要加强城市管理数字化平台建设和功能整合，建设综合性城市管理数据库，发展民生服务智慧应用。2017年6月，时任中央政法委书记孟建柱在主持百万政法干警学习讲座时指出，互联网把人与人连接起来，物联网把物与物连接起来，人工智能将使互联网与物联网连接，实现万物互联，可构建全球一体的数字“天网”。“天网”产生海量数据，对海量数据具有超级算力的“天算”和具有超级智能控制的“天智”，将使未来世界更可知、更可测。这为我们提高执法工作前瞻性、预见性，实现更人性化的管理和更精确化的治理，提供了无限可能。2017年4月，公安部在深圳召开全国城市交通管理工作现场会上指出“要加强信息共享融合，建设城市‘交通大脑’，打破‘信息孤岛’，充分运用大数据，提升城市交通管理的信息化水平”。近年来，高层对建设智慧城市，推进信息化建设的决策不断，为社会治理体系和治理能力现代化指明了方向，为“城市数据大脑”的应运而生提供了土壤。

（二）城市治堵的变革需要。2012年底，浙江省委、省政府作出了全省城市交通治堵五年工程的决策部署。杭州市委、市政府积极响应，提出了全省治堵看杭州的口号，建、管、限等多措并举，综合治理交通拥堵。其间，自2011年10月8日起，正式实施工作日交通高峰时段区域“错峰限行”交通管理措施；自2014年3月26日起实行全市小客车总量调控管理，并对“错峰限行”措施进行升级调整，加强车辆源头调控。截至2017年8月底，全市机动车保有量260万辆，其中老城区129万辆。“限购”政策的实施，解决了机动车购买从无序到有序的问题，放慢了机动车增长的势头，为杭州地铁、快速路等交通基础设施建设赢得了时间，但交通治堵这一城市病仍未得到根治。G20杭州峰会之后，中共杭州市第十二次党代会作出了提升城市国际化，打造独特韵味、别样精彩世界名城的决策部署，杭州市与阿里巴巴集团合作，打造国内首个“城市数据大脑”，推进城市治理体系和治理能力现代化。其中，杭州交警承担了大数据交通治堵项目，作为“城市数据大脑”的先导和探索。这是深入推进城市交通治堵的必然，更是提升城市治理体系和治理能力现代化的一个突破口和先导性工程，具有示范领跑的意义。

（三）科技发展的必然趋势。近几年，杭州交警大力发展ITS智能交通系统建设，在处理海量信息、实时检测计算数据、优化交通控制等方面，取得了长足的进步，但仍难满足城市交通管理的需求。在大数据时代，城市交通管理、交通工程已经不再单纯依赖交通控制系统自身数据，而是需要来自不同领域、不同行业的数据与ITS系统自身产生的数据串并融合，一起为交通治堵服务。随着IT向DT的科技革命，大数据、云计算、人工智能的兴起，数据成为生产资料，计算成为生产能力。大数据交通治堵，离不开数据的采集整合，更离不开交通数据的计算挖掘。这方面，阿里巴巴集团具有大数据的技术优势和人才优势，杭州公安交警部门具有管理经验和需求分析优势，两者结合、优势互补，能够把利用大数据治理交通拥堵的理想变为现实。可以说，开展“城市数据大脑”项目建设，是政府管理与企业技术的一次联姻，是科技创新发展的结果。

二、“城市数据大脑”的定义和内涵

经过不断深入研究和实践，我们定义，“城市数据大脑”是一个城市的政府机关按照城市涉及“城市生命体”的理论和“互联网+政府治理”的思维，整合汇集政府、企业和社会的数据，创新运用大数据、云计算、人工智能等前沿科技与城市工作领域的融合计算，构建能对整个城市运行实现生命体征感知、事件预测预警、公共资源配置、宏观决策指挥、优化“城市病”治理的一个人工智能中枢。基于这一定义，杭州“城市数据大脑”具有三个层面的含义。

（一）“城市数据大脑”是城市的“大脑”。这个“大脑”是一个开放、共享、服务的大脑，不是一个简单的信息管理系统或控制系统。一个城市建一个“城市数据大脑”。一个政府部门或系统可以建一个行业“系统”。“城市数据大脑”就是杭州这座城市的人工智能中枢，下面还有公安、交通、城管、卫生等一个个“系统”。城市“大脑”的定位是整个城市人工智能中枢和数据的交换、汇总等，是未来城市的重要基础设施。城市数据“大脑”不仅可以在治理交通问题上发挥巨大作用，而且在城市管理的各方面都具有广泛的应用场景。同时，城市数据“大脑”为整个城市的应急指挥而研发应用，各行业“系统”为各自的指挥中心而研发应用。

（二）“城市数据大脑”是数据的“大脑”。DT时代，互联网是城市发展越来越重要的基础设施，大数据是越来越重要的生产资料，云计算是越来越重要的公共服务。数据是城市大脑的“血液”，一切围绕数据来整合、汇集、计算和应用。杭州以建设“城市数据大脑”为抓手，加大数据资源整合开放力度，着力打破信息孤岛，加快形成“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的治理模式。“城市数据大脑”V1.0聚焦交通问题治理，不仅采集应用来自ITS系统的数据，还采集整合来自不同领域、不同行业数据，相互融合，形成大数据，一起为城市交通治理服务。

（三）“城市数据大脑”是治理的“大脑”。“城市数据大脑”建设的目的和初衷是用科技创新提升城市治理体系和治理能力现代化。因此，“城市数据大脑”从先进性、领先性、实用性的角度进行研发，为实现城市资源科学配置和高效使用、政府部门之间融合协作解决问题提供方法和路径。比如，城市交通拥堵问题涉及规划、建设、管理等多部门、上下游、前后端。“城市数据大脑”的投入应用，大数据计算的结果，能为城市交通建设、规划提供依据，共同完善城市交通的制度、结构、方法、功能、运行等一整套治理体系，并能使政府各部门着眼于城市交通管理全局性的发展规律和方向，以整体、动态、平衡、协调的思路将交通的各个方面有机结合，形成城市交通最为有效的战略指导思想。“城市数据大脑”V1.0的研发过程中，以交通管理实际需求为引领，改变数据己用观念，融合气象、交通、学校、医院等多层面数据，实现对数据整理、建模、分析，切实打破信息壁垒，真正体现数据价值，并以数据协同促进部门协同，共同对交通拥堵等“城市病”进行治理。

三、“城市数据大脑”V1.0的探索和实践

随着IT向DT的科技革命，大数据、云计算、人工智能的兴起，数据越来越成为生产资料，计算越来越成为生产能力。杭州“城市数据大脑”V1.0的研发建设，充分发挥了公安交警部门的经验优势和阿里巴巴等企业的技术优势，创新理念，科技攻关，为推进城市治理体系和治理能力现代化探索路径和方法。

（一）构建实现路径。经过不断的理论研究和探索实践，我们初步定义：“城市数据大脑”是一个城市的政府机关按照城市学“城市生命体”理论和“互联网+现代治理”思维，整合汇集政府、企业和社会的数据，创新运用大数据、云计算、人工智能等前沿科技与城市治理领域进行融合计算，对整个城市运行实现生命体征感知、事件预测预警、公共资源配置、宏观决策指挥、优化“城市病”治理，而构建的一个平台型人工智能中枢或综合体。从内涵上讲，“城市数据大脑”是城市的“大脑”，是数据的“大脑”，更是城市治理的“大脑”，其本身定位为一个人工智能中枢或综合体，所以在交通V1.0研发过程中，规划了“全面感知、战略主导、智能模仿、反哺系统”的实践路径。全面感知，用历史和实时大数据作比较分析，找准并攻克矛盾，实现交通管理由定性向定量管理的转变；战略主导，以交通工程和管理需求为引领，垂直整合大数据、视频检测、云计算以及人工智能等技术，优化城市交通管理的信号系统、监控系统以及指挥系统等系统的效率，而非深入、单独去做系统；智能模仿，用人工智能技术学习模仿、训练固化信号配时等经验；反哺系统，通过学习训练，使系统掌握自动巡查报警并找到混合模式下最佳的信号配时方案等，反哺监控、信号等交管系统，以达到提升管理水平、缓解交通拥堵的目的，最终让群众有获得感。这一规划设计，既明确了V1.0研发建设的出发点，又找准了突破前行的工作路径，并在平台之上强化原有系统、原有数据的各自效率及横向联系，由此驱动各项工作破冰前行。

（二）搭建平台架构。杭州市公安局交警支队和阿里巴巴团队通过战略、战术、管理三个层面，以需求引领技术，将实际应用作为支点，搭建起平台架构。战略层，即注重城市交通的战略性、宏观性管理，实现交通点、线、面特征向宏观指标的展现，解决交通治理、安全防控的反复性、失调性问题，以系统论的方法来统筹面上交通和区域交通；战术层，即以数据技术为支撑、寻找本质，找出交通管理的影响因子和非直接关系的关联因子，并立足视频、信号、匝道、断面等检测技术，分门别类建立交通特性分析模块，同时，不断积累数据资源，以规律性、反复性、周期性的统计科学，预判交通流、拥堵、安全风险等趋势，实现城市交通管理的预警、预判、预决功能；管理层，即以实战运用为导向，统筹V1.0与路面警力、智能设施之间的协调关系，通过勤奋度评估、系统运作监测、问题收集修正等，加强对V1.0日常运作的状态掌握，指导实战单位更好地运用服务于实战。

（三）推动实际应用。杭州市公安局交警支队坚持主导、主动、主控，论证选择中心城区高架路、主干道和萧山区部分道路为样板，经过昼夜技术攻坚，V1.0于2017年5月份上线测试训练，7月份在交警指挥中心试运行，10月份正式对外发布，一步一个脚印，边探索、边实践，稳步推动该项目落地见效。一是技术突破。在V1.0研发过程中，通过艰难的科技攻关，在公安专网环境下，搭建起以混合云为基础的网络架构，成功解决了公安网与互联网数据交换问题，有效确保数据安全，成为全国公安机关首创，极具推广意义。在此基础上，实现“球机视频监控事件自动报警、交通实时状态判定和预警算法、人工智能反哺信号控制系统”三大技术突破，推进城市资源的科学配置和高效使用。相关的三项技术论文均入选国际顶级计算机学术会议ACM MM，展现了交通视频领域人工智能最新成果。特别是“城市数据大脑”项目攻克了球机视频检测技术——区别于固定监控，球机监控具有变焦和360角度变化，自动对交通事故、交通拥堵、违法停车、行人和非机动车等四大类12项交通事件进行24小时全天候自动巡检。平台运行以来，视频监控日均自动发现事件500余起，以机器智能、机器换人来实现事件第一时间发现报警，用最亮的机器眼睛，解决人工查看无法全覆盖以及发现被动、迟缓的问题。二是打通壁垒。城市交通拥堵问题涉及规划、建设、管理等多部门、上下游、前后端，而大数据的计算结果，不仅对于治理城市交通拥堵，而且能为城市交通建设、规划提供客观依据，共同完善城市交通的制度、结构、方法、功能、运行等一整套治理体系。在市委、市政府的大力支持和市数据资源管理局的牵头协调下，“城市数据大脑”V1.0改变了各个部门“数据己用”、“敝帚自珍”的观念，有效收集整合起数据资源，打破了信息“孤岛”和数据“烟囱”，形成了“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的治理模式，为今后以数据为纽带，促进部门协同治理“城市病”探索了路径。三是实效检验。V1.0具备智能感知路况、智能判定堵情、智能巡查事件、智能优化配时、智能辅助指挥等五大基本功能，具体由交警指挥中心为主应用，辖区大队分区具体实施，专业力量合成作战，推动指挥体系专业化、信号配时社会化、路面勤务动态化，提高了对整个城市交通管控能力和试点道路的通行效率。一方面，警务效能明显提升。V1.0推动了交通执法的信息化、智能化和精准化。2017年5月份推出以来，大幅提升了非现场执法和视频图像深度应用对重点车辆、重点违法的查处力度，2017年6-11月，交通违法查处量已连续6个月位居全国36个大中城市首位。另一方面，试点道路通行效率提升明显。市区试点的中河—上塘高架道路、莫干山路等主干道平均延误分别下降15.3%和8.5%，高架道路出行时间节省4.6分钟；萧山区5平方公里试点范围内平均通行速度提升超过15%，平均节省出行时间3分钟，120、119、110等特种车通行速度最高提升超过50%、救援时间减少7分钟以上。

四、“城市数据大脑”V2.0的推进计划和设想

“城市数据大脑”V1.0平台在全国系首创，其成功研发运用，体现了杭州市委、市政府的前瞻科学决策——它不仅为交通治堵找到了“蓝海”，而且为推进城市各领域治理体系和治理能力现代化探索了路径。2017年12月8日，习近平总书记在中共中央政治局第二次集体学习时强调，要运用大数据提升国家治理现代化水平。“城市数据大脑”完全契合习近平总书记关于“辅助科学决策，创新治理模式；集中共享数据，打通信息壁垒；利用数据平台，提高防范能力；加强政企合作，形成治理合力”的讲话精神。近期，杭州市委、市政府从推动制度创新与技术创新同频共振，构建共建共治共享城市治理格局，不断提高社会治理的社会化、法治化、智能化、专业化水平的高度出发，对2018年城市数据“大脑”建设作出新的部署，要求加快研发建设“城市数据大脑”V2.0项目。“城市数据大脑”V2.0项目主要围绕以下四个方面推进。

（一）构筑强大的计算能力和数据安全防御系统。一是搭建混合云平台。计算能力是城市“大脑”的物质基础，是支撑城市“大脑”所需海量数据（特别是高清视频数据）的实时汇聚、存储和分析，而且是全局全量数据的离线和在线处理的核心关键。对此，我们正在搭建基于互联网架构的混合云平台，该平台能够提供EB级别存储，支持万路级别视频数据的实时分析，以及10PB级别结构化数据的日处理能力，将能为自身数据、政府数据、社会数据融合运算提供强大的支撑。二是完善数据安全防御体系。以责任共担模型为核心，分别在计算平台、数据资源平台和IT服务平台落实相应的技术措施控制安全风险，以此建立符合国家、行业安全标准的“城市数据大脑”平台，并结合互联网大数据和追踪溯源工具，在黑客入侵、数据安全和数据滥用等安全事故发生时，将能提供追踪和缓解等应急响应措施。同时，通过生命周期管理、安全运维、安全培训、红蓝军对抗等安全运营手段，持续提升平台的安全能力，保证数据安全、系统稳定运营。

（二）积极拓展应用范围带来正向的蝴蝶效应。V1.0仅接入93个路口和高架匝道信号灯，140路监控视频（相当于市区5%的规模）。今后的拓展计划将分3步走：一是根据市委、市政府2017年重点改革任务要求，V1.0要在原有基础上，增加路口视频、信号灯接入数量，在2017年年底前扩大至城区9%的范围。该项工作已经完成。二是“城市数据大脑”V2.0以工程性项目为要求，扩展规模初步定为1700余路视频、800余路信号灯（相当于市区43%的规模），进一步深化完善指标和功能，抓紧编制项目研发建设方案，2018年付诸实施。三是计划利用3年的时间把范围拓展至杭州主城区，实现183公里快速路网、261处匝道的高效控制，1739个地面道路交叉路口通行的实时检测，1916公里道路堵点的即时反映，3500路视频监控堵点、乱点发现和视频机器智能的道路巡查。

（三）搭建涵盖展现、智能、关联的人工智能综合体。按照从战略着眼、从战术着手的原则，深入开发大数据交通治堵的关联性因素。一是对城市交通生命体征指标进一步细化，产生生化指标。二是基于交通流量和速度，分析城市交通时变、周变、月变的时间规律和交通拥堵发生、汇聚、消散的空间规律，并以此来均衡交通流、加强交通诱导。三是通过对道路交通事故四项指数、事故与车辆、事故与违法、事故与警情以及事故级别、事故概率、事故黑点等做大数据分析，为交通安全预防提供对策措施，推动“城市数据大脑”从交通治堵向安全防控延伸，拓展深度应用功能。

（四）配套推进交警大数据警务机制改革。杭州“城市数据大脑”V1.0的启动，催生了“数据警务”的生根萌芽。“数据警务”是指在大数据条件下，公安机关在警务活动中对数据信息进行深度挖掘、智能处理，及时产生具有警务价值的情报成果，用以指导警务实战的一种警务模式，是公安信息化应用的高端形态。项目上线运行后，杭州市公安局交警支队开始筹建“城市数据大脑”交通信号配时中心，今后将对全市的信号灯进行集中、统一、专业的配时管理。2017年9月启动了首批由24警+48特保组成的交警机动队TPTU，采取大功率摩托车巡逻为主的勤务模式，快速处置“城市数据大脑”报警发现的各类事件，目前分别在高架和景区大队试点并取得成功，下一步将在其他城区扩大试点，逐步改变交警传统的警务机制和管理模式，真正把大数据作为战斗力生成方式，推动“城市数据大脑”与交通管理业务工作的融合，从传统警务向数据警务转变，努力实现公安交通管理工作的转型升级。

[1]中国政府网.习近平在中央政治局第二次集体学习时强调审时度势精心谋划超前布局实国家大数据战略加快建设数字中国[EB/OL].（2017-12-09）[2018-01-06].http://www.gov.cn/xinwen/2017-12/09/content_5245520.htm.

[2][美]美国交通研究委员会.北京工业大学交通研究中心任福田、刘小明、荣建等，译.道路通行能力手册[A].北京：人民交通出版社，2007.

[3]涂子沛.大数据[M].南宁：广西师范大学出版社.2012.

[4]杨东援，段征宇.大数据环境下城市交通分析技术[M].上海：同济大学出版社，2015.