人工智能技術在城市建設中的應用研究

摘 要：在智能建筑發展中出現交叉系統不協調、可擴展性差等問題的背景下，人工智能技術的應用為智能城市建設指引科學的發展方向。該文綜述人工智能技術的基本概念和發展歷程，通過實例分析智能城市建設中的人工智能技術應用，得到人工智能技術與城市建設深度融合方式。人工智能技術在城市建設中發揮著重要作用，將推動城市智能化、可持續發展。

關鍵詞：人工智能;城市建設;技術應用;深度融合;城市智能化

中圖分類號：TP18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）22-0014-04

Abstract： In the development of intelligent buildings， there are problems such as uncoordinated cross systems and poor scalability. The application of artificial intelligence technology provides the scientific development direction for intelligent city construction. This paper summarizes the basic concept and development process of artificial intelligence technology， and analyzes the application of artificial intelligence technology in intelligent city construction through examples. Get the deep integration of artificial intelligence technology and urban construction. Artificial intelligence technology plays an important role in urban construction and will promote the intelligent and sustainable development of the city.

Keywords： artificial intelligence; urban construction; technology application; deep integration; intelligent development of the city

隨著全球城市化進程的加速，人工智能技術在城市建設中的應用逐漸成為學術界和工程實踐中的熱點問題。城市作為人類社會生活和經濟活動的核心場所，面臨著諸多挑戰，如交通擁堵、能源浪費、環境污染等，而人工智能技術的發展為解決這些問題提供了新的思路和方法，其論文旨在探討人工智能技術在城市建設中的應用，并分析其在城市可持續發展中的作用和意義。

1 人工智能技術概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指使計算機系統能夠執行需要人類智力的任務的技術和方法的集合。它涵蓋了許多不同的技術和方法，包括機器學習、深度學習、自然語言處理、專家系統和計算機視覺等。

1.1 人工智能技術的基本概念和發展歷程

人工智能是一種模擬人類智能的技術，旨在使計算機系統能夠執行類似于人類的認知任務。其基本概念涵蓋了機器學習、專家系統、自然語言處理和感知技術等領域。人工智能的發展歷程可以追溯到20世紀50年代，早期的探索主要集中在符號邏輯和推理系統上[1]。20世紀80年代，專家系統成為主要研究方向。隨著計算能力的提升和數據的大規模應用，深度學習技術進一步推動了人工智能的發展。21世紀以來技術在圖像識別、語音識別、自然語言處理等領域取得了巨大進展，驅動了智能助手、自動駕駛、智能制造等應用的快速發展[2]。

1.2 常見的人工智能技術及其特點

常見的人工智能技術包括機器學習、深度學習、自然語言處理和計算機視覺等。機器學習是一種通過從數據中學習模式和規律來實現任務的技術，其特點在于可以處理大規模的復雜數據并從中提取特征，包括監督學習、無監督學習和強化學習等方法。深度學習是機器學習的一種，利用深層神經網絡來提取和學習數據的特征，具有高度的靈活性和表達能力，適用于圖像識別、語音識別等領域[3]。自然語言處理是使計算機能夠理解、處理和生成自然語言文本的技術，包括文本分類、情感分析和機器翻譯等應用，其特點在于可以處理不同語言和語言形式的文本，并實現語義理解和語言生成。計算機視覺使計算機能夠理解和分析圖像和視頻的內容，包括目標檢測、圖像分割和人臉識別等任務，具有高度的實時性和準確性，廣泛應用于智能監控、自動駕駛等領域。

2 智能城市建設中的人工智能技術應用

智能城市建設中人工智能技術應用廣泛，涵蓋交通管理、能源利用、環境監測等。智能技術使城市運行更高效、更環保、更便利，推動城市可持續發展[4]。

2.1 人工智能在智慧建筑設計中的應用

2.1.1 人工智能在智慧建筑中的總體概述

智慧建筑利用人工智能技術實現了智能能源管理、自動化安全監控、智能空調調節等功能，提高了建筑的能源利用效率、安全性和舒適度[5]。人工智能還賦予了建筑更強的適應性和智能化互動能力，使其能夠根據環境變化和用戶需求進行智能調整和優化，推動建筑行業向智能化、可持續發展的方向發展。

2.1.2 人工智能在智慧建筑的架構體系

智慧建設體系構架中包含4個重要層級，即負責大數據收集的技術基礎級、智能應用級、智慧建設管理平臺和綜合應用程序尾端。管理者可以使用PC網頁、移動應用程序和現場LED顯示屏控制數據，實現對站點動態的實時監控。智能建設現場信息化、智能化和可視化管理正在逐步實現，如圖1所示。

2.1.3 人工智能在智慧建筑中實施技術路徑

智能建設現場的建設主要依靠人工智能技術，云計算技術和其他相關硬件設施。人工智能技術能收集人力的實時狀態，在工地可以收集機械設備材料的使用及其他信息。通過視頻監控技術，能獲得現場影像數據，并通過互聯網和局域網傳送數據。云平臺技術可以用來建立管理平臺，實現數據的存儲和分析[6]。通過人工智能的學習能力，能夠獲得事故現場數據，建設現場智能控制技術的路徑，如圖2所示。

2.1.4 人工智能在智慧建筑中的優勢體現

人工智能技術在智慧建筑中的應用，不僅能夠提升建筑的能源效率、安全性和舒適度，還可以優化空間利用，提高建筑的整體運營效益。通過智能化的能源管理系統，人工智能可以實時監測建筑能耗情況，并根據數據分析提供優化建議，從而降低能源消耗，提高能源利用效率。智能建筑系統還可以根據用戶習慣和環境變化，自動調節照明、空調等設備，提升建筑的舒適度和用戶體驗[7]。

2.2 人工智能在城市交通管理優化中的應用

人工智能在城市交通管理中發揮著關鍵作用。智能監控攝像頭配備了圖像識別和分析技術，能夠自動檢測出異常行為，如交通事故、人群聚集等，及時發出警報并通知相關部門。智能巡邏機器人和無人機通過搭載各種傳感器和攝像頭，可以在城市中實時巡邏，監測街道、公園等地區的安全情況，并進行實時報警和數據采集[8]。智能城市安全管理平臺整合了各種安全監控設備和數據，通過人工智能技術實現對城市安全狀況的實時監測和管理，為城市管理部門提供決策支持，增強其應急處理能力[9]。

案例：北京市公安局建立了“平安北京”智能系統，利用人工智能技術實現了視頻監控的智能化管理，包括人臉識別、行為分析、車輛追蹤等功能。平安北京安全管理系統利用先進的信息技術和人工智能技術，實現了對城市安全的全面監控和管理，為北京市的治安維護和應急處置提供了重要支持。

2.3 人工智能在歷史建筑保護中的應用

由于缺乏科學的保護規劃和管理體系，導致歷史建筑的保護工作存在盲目性和片面性，無法真正實現對歷史建筑的全面保護和合理利用。人工智能軟件可以分析和整理歷史文獻、建筑遺址和考古資料，進行虛擬建筑重建和模擬。中華文化遺產保護智能平臺在北京、西安等城市被應用于多個歷史建筑的保護項目中，取得了一定的成效[10]。該平臺利用人工智能技術，對歷史建筑進行數字化建模和文檔化，實現對歷史建筑的全面記錄和保護，提供歷史建筑結構病害識別和分析功能，幫助保護部門及時發現并修復歷史建筑的結構問題。該平臺還可以利用虛擬現實和增強現實技術，對歷史建筑進行數字化重建和虛擬展示。

案例：圖像識別和分析軟件在歷史建筑保護中發揮了重要作用。人工智能可以應用于歷史建筑的圖像識別和分析，幫助專家識別和記錄建筑的瑕疵、損傷和變化[11]。通過深度學習算法，其可以自動識別建筑結構的不同部分，并分析其狀態和變化情況，有助于及時發現潛在的問題并提供修復措施。

2.4 人工智能在虛擬實驗和智慧教育中的應用

人工智能可以模擬真實實驗，以減少實驗成本和風險。通過使用機器學習和模擬技術，可以創建虛擬實驗環境，用于研究材料科學、生命科學、化學等領域。這些虛擬實驗可以幫助科學家更好地理解和預測實驗結果，加速新技術和新產品的開發[12]。人工智能實驗室可以處理和分析大量的科學數據，幫助科研人員發現隱藏的模式和趨勢。通過機器學習算法，可以從海量數據中提取有用的信息，加快科學研究的進展。例如，人工智能可以用于基因組學研究中的基因序列分析，幫助科學家理解基因功能和疾病機制[13]。

人工智能虛擬場景技術應用在智慧教育中愈加廣泛。在中外建筑史課程中，通過虛擬實景建筑漫游，在虛擬環境中探索中外歷史建筑，仿佛穿越時空親臨其境。例如大連理工大學在中外建筑史課程中應用虛擬現實技術，其通過使用VR頭顯和交互設備，讓學生可以在課堂上直接參與虛擬實景建筑漫游，并深入了解中外著名建筑的風格、結構和藝術特點。隨著虛擬現實技術的不斷創新，更加真實、細致的歷史建筑模型和場景將被開發出來，提供更為逼真的學習體驗[14]。

2.5 人工智能在環境保護與治理中的應用

人工智能軟件在城市環境保護中發揮著重要作用，其案例應用涵蓋了空氣質量監測、垃圾分類、水資源管理等多個領域。以空氣質量監測為例，無錫市利用人工智能軟件“藍天衛士”系統進行空氣污染預測和監測，該系統通過智能傳感器網絡收集大量空氣質量數據，并結合人工智能算法對數據進行分析和處理，實現了對空氣質量的實時監測和污染源的智能識別[15]。在水資源管理方面，一些國家和城市利用人工智能軟件進行水質監測和水資源調度，如美國的智能水務系統。該系統通過智能傳感器網絡和人工智能算法對水質數據進行實時監測和分析，實現了對水資源的智能化管理和優化調度，提高了水資源利用效率和保護水環境的能力[16]。人工智能軟件在城市環境保護中的案例應用豐富多樣，為城市環境保護和可持續發展提供了重要支持和技術保障。

2.6 人工智能在能源管理中的應用

人工智能在能源管理中的應用涉及多個方面，包括能源生產、傳輸、分配和消費等環節。人工智能技術可以應用于能源生產領域，通過優化風力發電、太陽能發電和其他可再生能源的利用，提高能源生產效率和可再生能源的比例。人工智能可以用于優化能源傳輸和分配，通過預測能源需求、調整輸電網絡和智能配電系統，實現對能源流向和負載的實時監測與調控，提高能源利用效率并減少能源損耗[17]。人工智能還可以應用于能源消費端，例如智能家居和智能建筑系統，通過優化設備運行和能源使用模式，實現能源消耗的最小化和能源利用的最大化，從而降低能源成本并減少對傳統能源的依賴。人工智能在能源管理中的應用可以幫助實現能源的可持續利用，通過提高能源利用效率，減少對傳統能源的依賴，推動能源行業向智能化、高效化和環保化方向發展。

3 人工智能技術與城市建設的深度融合

人工智能技術通過其強大的數據分析能力、智能決策支持系統和自適應控制算法等特點，為城市建設提供了全新的解決方案和思路。首先，人工智能技術在城市規劃和設計階段發揮了重要作用。通過對城市歷史數據、人口流動、交通狀況等方面的深度分析，人工智能可以為城市規劃者提供精準的數據支持和科學的決策建議，并幫助城市規劃者更好地制定城市發展策略和規劃方案[18]。其次，人工智能技術在城市交通管理中發揮了重要作用。通過智能交通信號燈控制系統、智能交通監控系統等應用，人工智能可以實現交通流量的智能調控和交通事故的及時預警，有效緩解交通擁堵和提升交通安全水平。再次，人工智能技術還在城市環境監測、智慧能源管理、智能樓宇控制等領域展現了巨大潛力。通過智能傳感器網絡和大數據分析，人工智能可以實現對城市環境污染、能源消耗等方面的實時監測和智能化管理，為城市環境保護和資源利用提供科學依據和有效手段[19]。最后，人工智能技術還在城市治理和公共服務方面發揮了重要作用。通過智能化的城市管理平臺和智能城管機器人等應用，人工智能可以實現城市管理的信息化、智能化和精細化，提高城市管理的效率和水平，為城市居民提供更便捷、更高質量的公共服務。人工智能技術與城市建設的深度融合不僅可以提升城市的智能化水平和管理效率，還可以優化城市的資源配置和環境質量，推動城市向更加智慧、宜居、可持續的方向發展[20]。

4 結論

展望未來，可以預見到，隨著人工智能技術的進一步成熟和普及，城市將迎來更加智慧化、智能化的時代。技術的應用也將推動城市建設模式的轉變，由傳統的規劃和管理向智能化、信息化、可持續化方向發展，為構建綠色、低碳、智慧的現代化城市提供強有力的支撐。加強對人工智能技術在城市建設中的研究和應用，不僅有助于提升城市建設的科技水平和管理效率，還能夠為實現城市可持續發展和人民幸福生活作出更大的貢獻。

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基金項目：吉林省高教科研重點課題（JGJX2023C152）;吉林省高教科研重點課題（JGJX2023C151）

第一作者簡介：閆秋夢（1995-），女，碩士，助教。研究方向為思政教學融入與智慧教學應用。