用可移动传感器测量一个城市的脉搏

假设你在曼哈顿有10辆出租车。在一个典型的日子里，他们覆盖了这个区街道的哪一部分?

在回答这个问题之前，我们先来看看为什么知道这个事实是有用的。城市有很多东西需要测量:空气污染、天气、交通模式、道路质量等等。其中一些可以用附在建筑物上的仪器来测量。但研究人员也可以在出租车上安装便宜的传感器，并在城市的更大范围内进行测量。

那么，需要多少辆出租车才能走完一定的距离呢?

为了找到答案，麻省理工学院的一个研究小组分析了三大洲九个主要城市的交通数据，并得出了一些新的发现。几辆出租车就能覆盖惊人的大面积，但要覆盖一个城市，需要更多的出租车。有趣的是，这种模式似乎在世界各地的大都市地区都在复制。

更具体地说:通常每天只有10辆出租车覆盖曼哈顿三分之一的街道。此外，每天大约需要30辆出租车才能覆盖半个曼哈顿。但由于出租车往往有收敛的路线，每天需要1000多辆出租车才能覆盖曼哈顿85%的面积。

“出租车的感知能力出乎意料地强大，”麻省理工学院可感知城市实验室(MIT Senseable City Lab)博士后凯文•奥基夫(Kevin O’keeffe)表示。

然而，O ‘Keeffe观察到，“有一个递减的回报规律”也在发挥作用。“前三分之一的街道几乎是免费的，有10辆随机的出租车。但……然后就越来越难了。”

芝加哥、旧金山、维也纳、北京、上海、新加坡和其他一些主要的全球城市也出现了类似的数值关系。

“我们的研究结果表明，每个城市出租车的感知能力非常相似，”O ‘Keeffe观察到。“我们重复了分析，你看，所有的曲线(绘制出租车覆盖范围)都是相同的形状。”

这篇题为“量化车队的感知能力”的论文本周发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上。除了通讯作者O ‘Keeffe，合著者还有Senseable City实验室的研究员Amin Anjomshoaa;康奈尔大学(Cornell University)数学教授史蒂文•斯特罗加茨(Steven Strogatz);意大利比萨可感知城市实验室和CNR信息和远程信息研究所的研究科学家Paolo Santi;以及麻省理工学院城市研究与规划系(DUSP)实践教授、Senseable City Lab主任卡洛•拉蒂(Carlo Ratti)。

Senseable城市实验室的成员长期以来一直在研究基于传感器数据的城市。在这样做的过程中，他们注意到一些传统的传感器部署是有权衡的。例如，建筑物上的传感器可以提供一致的日常数据，但其范围非常有限。

固定位置传感器公司的奥基夫说:“它们在时间上很好，但在空间上不行。”“机载传感器具有相反的特性。它们在空间上很好，但在时间上不行。卫星可以拍摄整个城市的照片，但只有当它经过城市时，这是一个相对较短的时间间隔。我们问了这样一个问题，‘有没有什么东西结合了这两种方法的优点，在时空上都能很好地探索这座城市?’”

在车辆上安装传感器是一个解决方案。但哪个车?公共汽车有固定的路线，覆盖有限的地面。Senseable City实验室的成员在马萨诸塞州剑桥市的垃圾车上安装了传感器，但即便如此，他们收集的数据也没有出租车多。

这项研究帮助促成了目前的研究，该研究使用了来自多个城市和私营部门的研究数据，以更好地了解出租车覆盖模式。研究人员首先对曼哈顿进行了研究，他们将其划分为大约8000个街区，并得出了初步结果。

尽管如此，曼哈顿仍有一些独特的特征——例如，通常是常规的街道网格——而且不能保证它产生的指标在其他地方也会类似。但在一个又一个城市，同样的现象出现了:少量的出租车可以在一天内行驶超过一个城市的三分之一，稍多一点的出租车可以到达半个城市，但在那之后，需要更大的车队。

“这是一个非常有力的结果，我很惊讶地看到，无论是从实践的角度，还是从理论的角度，”O ‘Keeffe说。

这项研究的实际方面是，城市规划者和决策者等人现在可能对某些级别的移动传感所需的投资以及他们可能获得的结果的程度有了更具体的认识。例如，一项关于空气污染的研究就可以考虑到这类数据。

“城市环境感知对人类健康至关重要，”拉蒂说。“直到今天，主要是通过少数固定和昂贵的监测站来进行传感。然而，一个全面的框架来理解移动传感的力量仍然是缺失的，这也是我们研究的动机。结果令人难以置信地令人惊讶，因为我们只用几个移动的探测器就能很好地覆盖一座大城市。”

正如O ‘Keeffe承认的那样，构建移动传感项目的一个切实可行的方法可能是在出租车上安装传感器，然后部署相对较小的车队(就像谷歌在地图项目中所做的那样)到达出租车实际上从未涉足的街道。

奥基夫说:“几乎可以肯定，你对流行领域存在偏见。”“你可能服务于贫困地区。解决这个问题的方法是采用混合方法。(如果)你在出租车上安装传感器，那么你就可以用几辆专用车辆来增强它。”

奥基夫是一名训练有素的物理学家，他认为这一结果对于全球城市研究中继续使用移动传感器来说是个好兆头。

“城市如何运作是有科学依据的，我们可以利用它使事情变得更好，”O ‘Keeffe说。