1.1 引言

城市化的快速發展使得許多大城市得以發展和擴張，在使生活變得現代化的同時，也帶來了空氣污染、能源消耗增加和交通擁堵等重大挑戰。幾年前，考慮到城市復雜和動態的環境，要應對這些挑戰似乎是不可能的。如今，感知技術和大規模計算基礎設施在城市空間中產生了各種大數據，如人員流動、空氣質量、氣象、交通模式和地理數據。大數據隱含著一個城市的豐富信息，如果使用得當，可以幫助我們應對這些挑戰。例如，我們可以通過分析全市范圍內的人口流動數據來檢測城市道路網絡中的潛在問題。這樣，可以幫助城市在未來制定和實施更好的城市規劃[74]。另一個例子是通過研究空氣質量與其他數據源[如交通流量和興趣點（POI）]之間的相關性來探索城市空氣污染的根本原因[51，54]。

城市計算已成為一個跨學科領域，它將計算機科學與傳統的城市相關領域相結合，這些相關領域包括城市規劃、交通、環境科學、能源工程、經濟學和社會學等。如圖1.1所示，城市計算旨在釋放城市數據中知識的能量，以解決城市中的重大問題，從而在人、城市運營系統和環境之間實現三贏[66]。

盡管有一些文章在討論城市計算[22]，但它仍然是一個模糊的概念，有許多沒有解決的問題。例如，城市計算的核心研究問題是什么？這一研究領域面臨哪些挑戰？城市計算的關鍵方法是什么？有哪些代表性的應用程序？城市計算系統是如何工作的？為了解決這些問題，本章正式定義了城市計算的主要概念，介紹了計算機科學視角下城市計算的一般框架和關鍵研究挑戰。

圖1.1 城市計算的動機和目標