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城市信息学（Urban Informatics）
- 城市丛书是全球城市研究和地理研究的资源。它为该领域的最新发展提供了独特和创新的资源，为城市研究、城市地理、规划和区域发展提供了一个全面而全面的出版场所。
- 该丛书出版的同行评议书籍涉及城市化、可持续性、城市环境、可持续城市主义、治理、全球化、城市和可持续发展、空间和区域研究、城市管理、交通系统、城市基础设施、城市动态、绿色城市和城市景观。它还邀请研究在国家、区域和地方各级记录城市化进程和城市动态，欢迎个案研究以及比较和应用研究。
- 该系列将吸引城市学家、地理学家、规划师、工程师、建筑师、政策制定者，以及所有对当代城市研究和创新领域的广泛概述感兴趣的人。
第一章
总体介绍
摘要：城市信息学是基于新信息技术，运用系统的理论和方法来理解、管理和设计城市的跨学科研究方法。城市信息学将城市科学、地理信息学和信息学相结合，是融合许多跨学科视角研究城市系统的一种特别及时的方法。这本编辑的书旨在满足迫切需要的工作，系统地介绍了城市信息学的原理和技术。这本书聚集了40多个世界领先的研究团队，他们来自广泛的学科，他们在城市信息学的各个领域提供了最先进的状态和最新的研究成果的全面评论。本书分为六个部分，分别涵盖了城市信息学的概念和理论基础、城市系统与应用、城市传感、城市大数据基础设施、城市计算和城市信息学的未来展望。这一导论章提供了城市信息学的定义和本书的结构和范围的大纲。
1.1 定义城市信息学
城市信息学是一门跨学科的理解、管理和设计城市的方法，使用基于新信息技术的系统理论和方法，并以当代计算机和通信的发展为基础。它整合了城市科学、地理信息学和信息学：城市科学提供了对城市地区活动、地点和流动的研究；地理信息学为测量现实世界中的时空和动态城市目标并管理测量数据提供了科学和技术;信息学提供信息处理、信息系统、计算机科学和统计学的科学和技术，支持开发城市应用程序的探索。
该领域涵盖了定义城市系统的许多部门。这些部门通常是单独研究的，例如交通、住房、零售活动、涉及废物分配、水、电和其他能源的物质基础设施，以及人口结构、经济位置、城市发展和与城市和城市系统有关的一系列相关观点。使城市信息学与这些学科方法不同并互补的是这样一个事实，即计算是方法和模型用于产生更深层次理解的核心方式:许多问题涉及到城市如何运作，它们如何产生不同的形式，它们的动态如何反映它们的增长和衰退方式，以及它们如何混合，隔离和分化不同的人口和活动。
使城市信息学成为一个特别及时的方式来聚集和融合涉及计算的许多跨学科观点的原因是，在过去的二十年中，计算机已经缩小到可以用作传感器并嵌入到各种物理基础设施中，以及在移动环境中被大量人口使用的程度。这意味着，突然之间，我们现在拥有了有关城市实时运行的数据流，这是迄今为止我们大多数数据收集方法还没有通过传感器实现自动化时普遍无法获得的。这就产生了所谓的大数据——实时生成的数据，种类繁多，因此数量几乎是无限的。这些数据可能是持续运行的传感器的产物，并为我们所关注的系统提供即时更新。对于这些数据，我们需要新的方法和模型来帮助我们理解和解释仍然相关的旧模型。这就把24小时城市提上了议事日程，本书的许多章节都反映了这样一个事实，即时间动态现在是这个信息学领域的一个重要特征。现在，时间在我们的模型中得到了深刻的反映，而在过去，我们更多地关注空间多样性。
城市信息学领域仍在快速发展，包括新的传感技术、新型空间数据科学、新的分析方法（从空间计量经济学中的传统统计方法，一直到机器学习和多元分析的新发展），使分析人员能够以前所未有的方式探索大数据。就我们在此收集到的资料中各具特色的领域而言，值得注意的是，主要采用物理方法研究城市结构、形态和动态的新方法正被用来定义一种新型城市科学。我们现在能够利用来自传感器的实时移动数据——无论是通过固定传感器监测交通，还是通过移动传感器监测电话和其他社交媒体——这意味着我们对城市的了解比迄今为止的任何研究都要丰富得多。因此，流动性研究已成为城市信息学的核心，而基础设施、城市污染和废弃物的动态发展，简而言之，城市的新陈代谢，也通过城市分析逐渐凸显出来。城市信息学的很大一部分涉及从卫星遥感到室内导航等多种空间尺度的传感，而在传感和可视化方面，城市三维空间的发展现已成为常规。城市信息学的另一个重要职能是将所有这些想法拼接在一起，而过去被视为互不关联的城市模型类型——土地利用和交通、城市微观模拟、蜂窝自动机和基于代理的模型——的发展现在已成为更广泛议程的一部分。
最后但并非最不重要的一点是，该领域还关注其理论、模型和工具如何与更广泛的治理、风险、安全、犯罪、健康和福利以及地理统计等问题相关联。所有这些特征都包含在我们对城市信息学的定义中，我们希望读者在阅读本书中的众多文章时，能够拼凑出自己对这一领域的全貌。
1.2 背景：城市信息学的起源
出版本书的想法源于大数据时代城市信息学在学术界和产业界的快速发展。在学术界，许多大学都开设了与城市信息学相关的本科和研究生课程。例如，深圳大学的城市信息学本科课程、伦敦大学学院（UCL）的智慧城市与城市分析硕士课程、纽约大学的应用城市科学与信息学研究生课程、东北大学的城市信息学硕士课程、华威大学的城市信息学与分析硕士课程，以及香港理工大学（HKPU）的城市信息学与智慧城市硕士课程和博士研究领域。
随着不同的研究小组认识到城市信息学应用于当代城市问题的培训和研究的重要性，这类课程正在迅速扩展。这些课程的共同目标是促进教育和研究活动，以应对全球快速城市化进程中城市所面临的各种挑战。在产业界，智慧城市是城市发展和管理的一大新趋势，而城市信息学则是智慧城市的核心技术。根据 Grand View Research 和 Zion Market Research 的最新报告，2017 年全球智慧城市市场规模达 9553 亿美元，预计到 2025 年将达到 2.57 万亿美元。如此巨大且不断增长的市场是由许多因素驱动的，例如全球城市人口的快速增长和促进城市可持续发展的需求。然而，系统介绍城市信息学原理和技术（包括城市科学、城市系统和应用、城市传感、城市大数据基础设施和城市计算）的书籍却寥寥无几。我们迫切需要编辑和出版此类书籍，让当前和下一代人才掌握应对城市所面临挑战的知识。我们的贡献就是满足这一迫切需求。
出版这本书是香港大学在国际上推广城市信息学的一系列活动之一。其他活动包括发起和组织国际城市信息学会议(ICUI)系列，建立国际城市信息学学会(ISUI)和国际城市信息学杂志(IJUI)，开发新的硕士课程和城市信息学与智慧城市博士研究领域，并成立智慧城市研究所进行前沿研究。
ICUI由香港大学土地测量及地理资讯学系主办，为世界各地的顶尖科学家、青年学者和研究人员提供一个分享城市资讯的平台。ICUI系列的第一届会议于2017年举行，约有40场演讲，主题涉及城市系统、城市传感、时空大数据、城市计算和城市解决方案。第二届大会于2019年举行，主题为“走向未来的智慧城市”。来自18个国家和麻省理工学院、哈佛大学、剑桥大学、伦敦大学学院、ETH、艾伦图灵研究所等机构的280多名与会者参加了会议，并就18个主题发表了120多篇演讲。ICUI 2019还介绍了国际城市信息学学会(ISUI)。ISUI旨在促进城市信息学领域的知识和经验的国际交流，通过区域和国际学术交流计划、出版物和跨学科专家网络，帮助其成员在专业领域取得成功。
香港其他多所大学亦在城市资讯学及智慧城市发展方面作出贡献。例如，香港大学成立了香港城市实验室，香港中文大学成立了未来城市研究院，香港科技大学开发了GREAT智慧城市研究院。香港大学一直就城市信息学的不同课题进行研究，并积累了大量的理论、方法、先进技术和成功应用案例，为本书提供了最新的材料。
本书是在邀请城市信息学各领域 40 多位世界顶尖学者及其团队撰写本书各章节的基础上完成的。在书中，他们不仅进行了全面的评述，还分享了他们在城市信息学各个领域的最新研究成果，以及利用新兴城市信息学技术解决城市问题的生动实例。其中一些章节是由国际城市信息学大会系列会议的与会者撰写的，但其中包含的是新材料，而不是这些会议上的发言。
这本书的目的是供研究人员和学生从广泛的学科相关的城市信息学，城市科学，城市系统和应用，城市传感，城市大数据基础设施和城市计算使用。它将成为城市信息学、智慧城市研究、交通与土木工程、地理学、地球科学、城市规划、地理信息科学、环境科学、资源科学、土地利用等专业本科生和研究生的教科书。它还可以作为政府、商业和工业部门的从业人员和专业人员的参考书，例如城市规划师、计算机科学家、数据科学家、地理学家、政策制定者、建筑师设计师、测量师、城市管理者和环境科学家。
1.3 书的结构
这本书有六个部分，涵盖了在城市信息学的广泛主题的最新发展。这些主题包括城市信息学的概念和理论基础，城市信息学在理解和管理各种城市系统中的应用，城市传感，城市大数据基础设施和城市计算。虽然各部分是相关的，但它们可以按任何顺序阅读，除了第一部分，第一部分旨在概述城市信息学的背景，因此应该在其他部分之前阅读。
在整体介绍之后，第一部分（城市科学的维度）将重点放在城市科学的概念和理论基础上，因为它是在将城市作为一个系统进行研究的过程中发展起来的。它强调了城市互动、人类动态、新陈代谢和城市经济的当代理论，并将这些理论与研究21世纪城市的新城市科学的更广阔视野联系起来。
第二部分（城市系统和应用）的章节讨论了城市信息学在理解、分析和管理各种城市系统中的应用。其中包括城市旅行和人员流动、城市货运系统、犯罪和安全、污染监测、能源系统、健康和福祉、风险和复原力以及城市治理方面的应用。使用最先进的城市信息学来识别问题并为这些问题提供可行的解决方案。
第三部分（城市传感）的章节描述了现有的和新的城市传感方法，包括遥感、地面传感器、全球导航卫星系统(GNSS)、移动地图技术、室内定位技术、用户生成内容以及其他对推进城市科学具有相当大潜力的发展。
第四部分（城市大数据基础设施）重点关注与城市大数据基础设施新发展相关的问题，包括与大数据、地理隐私、三维城市建模、三维地籍、基于规则的建模、网络基础设施、空间搜索和城市物联网相关的问题。这些新发展可能会推动城市信息学和更广泛的城市科学取得重大进展。
第五部分（城市计算）的各章从计算机科学和城市建模的角度阐述了城市信息学的各种主题。具体研究或应用领域包括可视化分析、云计算和移动计算、数据挖掘、人工智能（AI）和深度学习、基于代理的建模、微观模拟、蜂窝自动机建模和交通建模。各章重点介绍了计算技术、原理和模型在城市环境和应用中的发展和使用。第六部分（城市信息学的价值）由迈克尔-F-古德柴尔德（Michael F. Goodchild）就城市信息学的目标、意外后果的可能性以及可能的问责方法进行了广泛而前瞻性的讨论，为本书画上了句号。
1.4 回顾与展望
在21世纪的第三个十年里，我们发现自己拥有了一种发达的能力，可以获取关于城市的大量信息，并拥有了进行广泛分析的工具。在北京、伦敦、纽约、香港和新加坡等世界城市正在进行的项目在本书的章节中有很多地方被描述，有充分的理由相信，城市信息学这个新兴领域将继续发展。但是，虽然读者会在接下来的文章中发现丰富的细节，但他或她也会认识到，书中所描述的是第一世界的活动，主要局限于全球北方。所有这一切对全球南方意味着什么仍然是一个几乎没有解决的问题，我们只能猜测如果这种遗漏继续下去可能会发生什么。
城市信息学是一个年轻的领域，毫不奇怪，它很难组织成独立的子领域。当读者在书的不同章节和不同语境中遇到城市流动性或城市热岛等问题时，他或她会很好地意识到这个问题。希望随着该领域的成熟和其原则变得更加清晰，一个更好和更健壮的城市信息学概念模型将及时出现。我们期待未来有一本或多本教科书将这个领域提炼成一个简单、简明和基于理论的结构。然而现在，这种方法必须更加全面。
还缺少什么？首先是历史感，即早期城市如何处理有限的信息资源，以及如何利用所拥有的工具。约翰-斯诺（John Snow）绘制的 1854 年伦敦霍乱疫情地图是推理的杰作（约翰逊，2007 年）；而智能灯柱的概念在 19 世纪 90 年代末安装于伦敦的冥王星灯中有着引人入胜的先例（https://www.british-history.ac.uk/survey-london/vol47/pp52-83）。我们应该能从早期的反事实方法中学到很多东西。其次是对未来可能出现的意外后果、技术博弈和颠覆的认识。信息技术的发展史中不乏突破性成果误入歧途的例子，这些成果的应用目的既恶意又充满黑暗。
本书的许多章节都对城市信息学的积极潜力充满热情和兴奋，没有纠缠于消极因素，这是可以理解的。这些可能性将在本书结尾的第六部分中讨论。最后，与任何数据密集型领域一样，始终需要解决不确定性以及与之相关的数据来源和测量误差问题，特别是考虑到该领域的时空重点。鉴于空间和时间领域都存在很强的统计依赖性，处理不确定性问题并不是简单地在每个数据项上加一个加号或减号。
引用科尔齐布斯基（Korszybski，1933 年）的话说，The Map is Not The Territory地图不是疆域，数据只是现实的近似值和代表。
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