基于城市大数据分析的智能城市规划系统及方法

技术领域

本发明属于大数据技术领域，具体涉及基于城市大数据分析的智能城市规划系统及方法。

背景技术

"城市规划"是规范城市发展建设，研究城市的未来发展、城市的合理布局和综合安排城市各项工程建设的综合部署，是一定时期内城市发展的蓝图，是城市管理的重要组成部分，是城市建设和管理的依据，也是城市规划、城市建设、城市运行三个阶段中的前提。

城市规划是以发展眼光、科学论证、专家决策为前提，对城市经济结构、空间结构、社会结构发展进行规划，常常包括城市片区规划。具有指导和规范城市建设的重要作用，是城市综合管理的前期工作，是城市管理的龙头。城市的复杂系统特性决定了城市规划是随城市发展与运行状况长期调整、不断修订，持续改进和完善的复杂的连续决策过程。

公开号为CN107423858A的专利文献公开了一种城市规划方法，包括：S1、对待检测城市的城区进行区域划分，得到多个待检测区域；S2、实时采集多个待检测区域中每个待检测区域的多个红外图像和气象信息，以及待检测城市的郊区温度；S3、根据每个待检测区域的多个红外图像、气象信息和郊区温度获取每个待检测区域的热岛强度，将热岛强度达到预设阈值的待检测区域标记为重点区域；S4、对重点区域的基础信息和热岛强度进行综合分析，得到基础信息与热岛强度之间的相互作用关系；S5、根据相互作用关系确定待检测城市的城市规划建议。其通过对城市的红外图像和气象信息进行图像分析，以此作为城市规划的依据，再使用计算机按照设定的逻辑进行城市规划。其提升了城市规划的自动化程度，但由于其在进行规划设计的时候使用的参数变量较少，只考虑了气象信息和红外图像信息，使得规划结果的适用性不高，同时，由于得出的结果还需要人为的结合其他变量因素进行设计，使得其提升的城市规划的效率很有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供基于城市大数据分析的智能城市规划系统及方法，其利用获取城市中建筑单元的各种维度的参数，以此来构建城市的聚合体，再根据聚合体的信息流动来构建链路，实现了城市规划的自动化和智能化，相较于现有技术，制定的城市规划方案更加合理，效率更高，适用性也更强。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

提供了一种基于城市大数据分析的智能城市规划系统，所述系统包括：

数据获取单元，配置用于获取城市规划数据；所述城市规划数据至少包括三个维度的数据，分别为：物理参数、运行参数和环境参数；所述物理参数至少包括：城市内每个建筑单元的面积和高度；所述运行参数至少包括：城市内每个建筑单元的类型、人流量和人流方向；所述环境参数至少包括：城市内每个建筑单元的平均温度和气象信息；

聚合体构建单元，配置用于基于获取到的城市规划数据，将城市内每个建筑单元进行聚合体划分；所述聚合体划分的方法执行以下步骤：基于获取到的城市规划数据，使用预设的聚合算法，计算每个建筑单元的聚合分数，并按照从大到小的顺序进行排列；并按照排列顺序，将对应的建筑单元分别划分为四级聚合体、三级聚合体、二级聚合体和一级聚合体；

聚合圈构建单元，配置用于基于聚合体划分结果，构建聚合圈，具体包括：首先将四级聚合体作为中心，每个四级聚合体中配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；然后以三级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个二级聚合体和一个四级聚合体；最后以二级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；当完成所有的除一级聚合体以外的其他所有聚合体的配置后，将剩下的没有配置的一级聚合体进行随机安置；将每个四级聚合体、三级聚合体和二级聚合体和与其相邻的8个聚合体作为一个聚合圈；

城市反应链构建单元，配置用于构建聚合体之间的信息流动，具体包括：以任意一个包含四级聚合体的聚合圈为起点聚合体圈，找到起点聚合体圈中人流量最大的聚合体，以其对应的人流方向作为信息流动方向，以此过程对所有的聚合体圈进行处理，完成反应链构建；

城市规划单元，配置用于基于构建的聚合圈作为城市规划中的商圈，基于构建的反应链作为城市规划中的道路，完成城市规划。

进一步的，所述聚合算法使用如下公式进行表示：

其中，P为计算出的聚合分数；S为建筑单元的面积；H为建筑单元的高度；T为建筑单元的类型；B

进一步的，所述气象函数使用如下公式进行表示：G(D)＝lg((D(W

进一步的，所述将建筑单元分别划分为四级聚合体、三级聚合体、二级聚合体和一级聚合体的方法包括：聚合分数排列在前10％的建筑单元筛选出来作为四级聚合体；将聚合分数排列在前20％～前10％的建筑单元作为三级聚合体；将聚合分数排列在前30％～前20％的建筑单元作为二级聚合体；将聚合分数排列在前30％以外的建筑单元作为四级聚合体。

进一步的，所述城市反应链构建单元在构建反应链时，还包括：在将信息流动作为反应链时，需要保证每个聚合体与其相邻的三个聚合体的聚合体类型不完全相同。

进一步的，所述城市规划单元在完成城市规划后，还需要将没有连接的商圈，自动连接到与其相邻的商圈。

基于城市大数据分析的智能城市规划方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：获取城市规划数据；所述城市规划数据至少包括三个维度的数据，分别为：物理参数、运行参数和环境参数；所述物理参数至少包括：城市内每个建筑单元的面积和高度；所述运行参数至少包括：城市内每个建筑单元的类型、人流量和人流方向；所述环境参数至少包括：城市内每个建筑单元的平均温度和气象信息；

步骤2：基于获取到的城市规划数据，将城市内每个建筑单元进行聚合体划分；所述聚合体划分的方法执行以下步骤：基于获取到的城市规划数据，使用预设的聚合算法，计算每个建筑单元的聚合分数，并按照从大到小的顺序进行排列；将聚合分数排列在前10％的建筑单元筛选出来作为四级聚合体；将聚合分数排列在前20％～前10％的建筑单元作为三级聚合体；将聚合分数排列在前30％～前20％的建筑单元作为二级聚合体；将聚合分数排列在前30％以外的建筑单元作为四级聚合体；

步骤3：基于聚合体划分结果，构建聚合圈，具体包括：首先将四级聚合体作为中心，每个四级聚合体中配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；然后以三级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个二级聚合体和一个四级聚合体；最后以二级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；当完成所有的除一级聚合体以外的其他所有聚合体的配置后，将剩下的没有配置的一级聚合体进行随机安置；将每个四级聚合体、三级聚合体和二级聚合体和与其相邻的8个聚合体作为一个聚合圈；

步骤4：构建聚合体之间的信息流动，具体包括：以任意一个包含四级聚合体的聚合圈为起点聚合体圈，找到起点聚合体圈中人流量最大的聚合体，以其对应的人流方向作为信息流动方向，以此过程对所有的聚合体圈进行处理，完成反应链构建；

步骤5：基于构建的聚合圈作为城市规划中的商圈，基于构建的反应链作为城市规划中的道路，完成城市规划。

进一步的，所述聚合算法使用如下公式进行表示：

其中，P为计算出的聚合分数；S为建筑单元的面积；H为建筑单元的高度；T为建筑单元的类型；B

进一步的，所述气象函数使用如下公式进行表示：G(D)＝lg((D(W

进一步的，所述将建筑单元分别划分为四级聚合体、三级聚合体、二级聚合体和一级聚合体的方法包括：聚合分数排列在前10％的建筑单元筛选出来作为四级聚合体；将聚合分数排列在前20％～前10％的建筑单元作为三级聚合体；将聚合分数排列在前30％～前20％的建筑单元作为二级聚合体；将聚合分数排列在前30％以外的建筑单元作为四级聚合体。

本发明的基于城市大数据分析的智能城市规划系统及方法，其利用获取城市中建筑单元的各种维度的参数，以此来构建城市的聚合体，再根据聚合体的信息流动来构建链路，实现了城市规划的自动化和智能化，相较于现有技术，制定的城市规划方案更加合理，效率更高，适用性也更强。主要通过以下过程实现：

1.聚合体的构建：本发明通过基于建筑单元来构建聚合体，构建后的聚合体更能反应建筑单元本身的特征，因为在构建过程中本发明使用了多维的参数，使用聚合模型来实现，最终，在实现城市规划时，得到的方案更具备适用性；同时，另一方面，由于本发明使用基于聚类的观念，将建筑单元抽象化，使得分析起来的效率更高，只需要考虑较为重要的参数影响，忽略掉其他参数的影响，不仅可以提升方案构建的效率，也可以提升准确性，因为城市规划中的参数间往往存在矛盾关系，如果不能妥善处理这种矛盾关系，往往会导致结果适得其反；

2.反应链的构建：本发明的反应链的概念是基于网络中的链路来构建的，因为网络中的信息流的交互与城市规划中的道路的人流或车流具备很强的共通性；使用这种方法来构建城市之间的道路，一者可以提升道路的利用率，二者还可以确保构建的道路的合理性更强，因为如果一味的考虑人流量，大量进行道路构建，则会导致大量资源的浪费，加重城市运行负担；

3.城市规划的自动化：本发明通过抽象构建的方式来实现城市规划的自动化，其中使用创新的聚合算法来构建聚合体，提升了城市规划的自动性，降低了人力成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于城市大数据分析的智能城市规划系统的系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于城市大数据分析的智能城市规划系统及方法的聚合圈的构建的原理示意图；

图3为本发明实施例提供的基于城市大数据分析的智能城市规划系统及方法的信息流动的生成原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，基于城市大数据分析的智能城市规划系统，所述系统包括：

数据获取单元，配置用于获取城市规划数据；所述城市规划数据至少包括三个维度的数据，分别为：物理参数、运行参数和环境参数；所述物理参数至少包括：城市内每个建筑单元的面积和高度；所述运行参数至少包括：城市内每个建筑单元的类型、人流量和人流方向；所述环境参数至少包括：城市内每个建筑单元的平均温度和气象信息；

聚合体构建单元，配置用于基于获取到的城市规划数据，将城市内每个建筑单元进行聚合体划分；所述聚合体划分的方法执行以下步骤：基于获取到的城市规划数据，使用预设的聚合算法，计算每个建筑单元的聚合分数，并按照从大到小的顺序进行排列；并按照排列顺序，将对应的建筑单元分别划分为四级聚合体、三级聚合体、二级聚合体和一级聚合体；

聚合圈构建单元，配置用于基于聚合体划分结果，构建聚合圈，具体包括：首先将四级聚合体作为中心，每个四级聚合体中配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；然后以三级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个二级聚合体和一个四级聚合体；最后以二级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；当完成所有的除一级聚合体以外的其他所有聚合体的配置后，将剩下的没有配置的一级聚合体进行随机安置；将每个四级聚合体、三级聚合体和二级聚合体和与其相邻的8个聚合体作为一个聚合圈；

城市反应链构建单元，配置用于构建聚合体之间的信息流动，具体包括：以任意一个包含四级聚合体的聚合圈为起点聚合体圈，找到起点聚合体圈中人流量最大的聚合体，以其对应的人流方向作为信息流动方向，以此过程对所有的聚合体圈进行处理，完成反应链构建；

城市规划单元，配置用于基于构建的聚合圈作为城市规划中的商圈，基于构建的反应链作为城市规划中的道路，完成城市规划。

参考图2，图2为构建聚合圈的原理示意图。首先，聚合体的构建原则基于数据聚类的概念。因为在城市规划中，每个建筑单元是否进行了最合理的安排，不仅可以决定城市的美观，还能决定建筑单元的效能是否发挥完毕。合理的安排不仅可以节约能源，还能让城市运行更加顺畅。因此，针对每个关键的建筑单元，都需要进行完善的评估。

聚合体可以理解为基于建筑单元的各种维度的参数构建的一个盒子，而接下来进行城市规划，则只需要考虑盒子的摆放位置和连接关系。这样可以简化城市规划的过程。

但需要注意，在进行聚合体构建时，参数的维度至关重要。本发明之所以相较于现有技术能够更加具备适用性，是因为本发明使用了多个维度的参数来构建聚合体。理论上来说，参数的维度越多，构建的聚合体的完整性越强，也更具备适用性。

实施例2

在上一实施例的基础上，所述聚合算法使用如下公式进行表示：

具体的，城市的发展和城市问题的日益严重使人们逐渐认识到不能仅就城市论城市，必须从更大的范围——区域的甚至国土的范围来研究与城市有关的问题。自从格迪斯提出区域原则以后，区域规划和国土规划的实践以1933年开始实施的美国田纳西州区域规划的成果最为卓著；大城市地区的区域规划工作以纽约及其周围地区规划较早，也较有代表性。40年代制定的大伦敦规划在这方面有创造性的发展。后来，一些城市纷纷从商业、交通等方面从事大城市影响区域的研究，出现了区域科学。

从区域角度对工矿区进行规划，是区域规划工作的一项内容。较典型的例子有英国顿克斯特城市规划和苏联顿巴斯矿区规划等。对风景名胜区、休养疗养地区进行规划也属于区域规划领域。例如苏联黑海沿海地区和高加索矿泉地带的区域规划。

实施例3

在上一实施例的基础上，所述气象函数使用如下公式进行表示：G(D)＝＝lg((D(W

具体的，本发明通过基于建筑单元来构建聚合体，构建后的聚合体更能反应建筑单元本身的特征，因为在构建过程中本发明使用了多维的参数，使用聚合模型来实现，最终，在实现城市规划时，得到的方案更具备适用性；同时，另一方面，由于本发明使用基于聚类的观念，将建筑单元抽象化，使得分析起来的效率更高，只需要考虑较为重要的参数影响，忽略掉其他参数的影响，不仅可以提升方案构建的效率，也可以提升准确性，因为城市规划中的参数间往往存在矛盾关系，如果不能妥善处理这种矛盾关系，往往会导致结果适得其反。

实施例4

在上一实施例的基础上，所述将建筑单元分别划分为四级聚合体、三级聚合体、二级聚合体和一级聚合体的方法包括：聚合分数排列在前10％的建筑单元筛选出来作为四级聚合体；将聚合分数排列在前20％～前10％的建筑单元作为三级聚合体；将聚合分数排列在前30％～前20％的建筑单元作为二级聚合体；将聚合分数排列在前30％以外的建筑单元作为四级聚合体。

具体的，在城市规划的编制、审批、实施与管理过程中，必须遵循以下原则：①从实际出发，正确处理城市与乡村、生产与生活、局部与整体、，经济建设与国防建设、需要与可能的关系；②合理、科学地安排城市各项建设用地。尽量利用荒地、劣地，少占耕地、菜地、园地和林地；③切实保护和改善城市生态环境，防止污染和其他公害，保护城市绿地，搞好绿化建设；④注意保护文物古迹，保持与发扬民族风格和地方特色；⑤根据当前和长远发展的需要，确定城市的各项定额指标和建设标准，并同国家和地方的经济技术水平和人民生活水平相适应。

实施例5

在上一实施例的基础上，所述城市反应链构建单元在构建反应链时，还包括：在将信息流动作为反应链时，需要保证每个聚合体与其相邻的三个聚合体的聚合体类型不完全相同。

参考图3，图3中的信息流动作为反应链，但每个聚合体的信息流动的方向往往是具备多个方向的，因此需要找到人流量最高的方向，来作为信息流动的方向。这样做的现实意义在于，人流量往往是城市规划中较为重要的因素，确定人流量的方向，不仅可以合理规划道路，更能确定每个建筑的繁忙程度，以此来进行合理的安排，确保资源的利用率达到最大。

实施例6

在上一实施例的基础上，所述城市规划单元在完成城市规划后，还需要将没有连接的商圈，自动连接到与其相邻的商圈。

实施例7

基于城市大数据分析的智能城市规划方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：获取城市规划数据；所述城市规划数据至少包括三个维度的数据，分别为：物理参数、运行参数和环境参数；所述物理参数至少包括：城市内每个建筑单元的面积和高度；所述运行参数至少包括：城市内每个建筑单元的类型、人流量和人流方向；所述环境参数至少包括：城市内每个建筑单元的平均温度和气象信息；

步骤2：基于获取到的城市规划数据，将城市内每个建筑单元进行聚合体划分；所述聚合体划分的方法执行以下步骤：基于获取到的城市规划数据，使用预设的聚合算法，计算每个建筑单元的聚合分数，并按照从大到小的顺序进行排列；将聚合分数排列在前10％的建筑单元筛选出来作为四级聚合体；将聚合分数排列在前20％～前10％的建筑单元作为三级聚合体；将聚合分数排列在前30％～前20％的建筑单元作为二级聚合体；将聚合分数排列在前30％以外的建筑单元作为四级聚合体；

步骤3：基于聚合体划分结果，构建聚合圈，具体包括：首先将四级聚合体作为中心，每个四级聚合体中配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；然后以三级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在8个相邻的聚合体中至多只有一个二级聚合体和一个四级聚合体；最后以二级聚合体为中心，配置相邻的8个聚合体，在在8个相邻的聚合体中至多只有一个三级聚合体；当完成所有的除一级聚合体以外的其他所有聚合体的配置后，将剩下的没有配置的一级聚合体进行随机安置；将每个四级聚合体、三级聚合体和二级聚合体和与其相邻的8个聚合体作为一个聚合圈；

步骤4：构建聚合体之间的信息流动，具体包括：以任意一个包含四级聚合体的聚合圈为起点聚合体圈，找到起点聚合体圈中人流量最大的聚合体，以其对应的人流方向作为信息流动方向，以此过程对所有的聚合体圈进行处理，完成反应链构建；

步骤5：基于构建的聚合圈作为城市规划中的商圈，基于构建的反应链作为城市规划中的道路，完成城市规划。

具体的，本发明的反应链的概念是基于网络中的链路来构建的，因为网络中的信息流的交互与城市规划中的道路的人流或车流具备很强的共通性；使用这种方法来构建城市之间的道路，一者可以提升道路的利用率，二者还可以确保构建的道路的合理性更强，因为如果一味的考虑人流量，大量进行道路构建，则会导致大量资源的浪费，加重城市运行负担。

实施例8

在上一实施例的基础上，所述聚合算法使用如下公式进行表示：

实施例9

在上一实施例的基础上，所述气象函数使用如下公式进行表示：G(D)＝lg((D(W

具体的，本发明通过抽象构建的方式来实现城市规划的自动化，其中使用创新的聚合算法来构建聚合体，提升了城市规划的自动性，降低了人力成本。

实施例10

在上一实施例的基础上，所述将建筑单元分别划分为四级聚合体、三级聚合体、二级聚合体和一级聚合体的方法包括：聚合分数排列在前10％的建筑单元筛选出来作为四级聚合体；将聚合分数排列在前20％～前10％的建筑单元作为三级聚合体；将聚合分数排列在前30％～前20％的建筑单元作为二级聚合体；将聚合分数排列在前30％以外的建筑单元作为四级聚合体。

所属技术领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的存储装置、处理装置的具体工作过程及有关说明，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域技术人员应能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元、方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，软件单元、方法步骤对应的程序可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和属性约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

术语“第一”、“另一部分”等是配置用于区别类似的对象，而不是配置用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者单元/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者单元/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术标记作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非配置用于限定本发明的保护范围。