内容提要：你有想象过 2100 年，这个世界是什么样子的吗？我们所在的城市，会以怎样的方式发展呢？最近，两位数据科学家用数据科学和机器学习，预测了 2100 年全球城市扩张趋势。

　　关键词：城市化 预测 机器学习 数据科学

　　前段时间，一段利用 AI 修复民国北京街景的视频火遍全网，全民穿越回 100 年前，感受了一下当年的京城生活。

　　?看着画面里的砖瓦房、马车、集市上摆摊的商贩，大家纷纷感慨，100 年的?变化是?如此之大?。

　　的确，一个世纪的时间里，很多城市都经历了翻天覆地的变化。建筑越来越高、交通越来越便捷、城市面积越来越大……

　　上海（左）与首尔（右）的城市化对比图

　　研究人员利用卫星图像绘制了 1985 年至 2015 年间城市增长的地图。研究表明，过去 30 年里，全球城市面积扩张了 80%，城市人口增长率远远高于全球人口增长率。

　　而 100 年后，甚至更久之后，世界各地的城市将会发展成什么样子？

　　现在，利用数据科学与模拟模型，就能够根据历史数据与国情、社会，预测出城市的发展模式。

　　学习历史，预测未来

　　近期，美国特拉华大学数据科学家 Jing Gao与丹佛大学的校友兼教授 Brian O'Neill，发布了一个全球模拟模型，利用数据科学和机器学习，观察城市将如何变化。

　　作者 Jing Gao 目前为特拉华大学地理空间数据科学助理教授

　　Jing Gao 表示，她对城镇发展的方式格外着迷。放眼全球，从印度新德里到法国巴黎，全球范围内的城市发展都不尽相同。

　　以芝加哥，洛杉矶和纽约为例，这些城市就其土地面积的扩展而言，增长方式就各不相同。

　　于是，为了解释城市化在未来长期的不确定性，Jing Gao 和 O'Neill 使用建模框架结合蒙特卡罗方法，开发了符合共享社会经济路径 (SSPs)的五个场景。

　　模型利用数据科学和机器学习技术，对城市化的发展趋势，进行了每十年一次的长期观察，可预测在不同的社会和经济条件下，城市土地在未来 100 年将如何变化。

　　研究人员论文于 5 月 8 日发表在《自然通讯》

　　为了了解这种变化是如何发生的，Jing Gao 和 O'Neill 使用数据科学分析了 15 组全球卫星遥感数据集，了解过去 40 年来的城市土地变化。

　　这些遥感数据集的精度大约 125 英尺（38 米）左右，这一精度能够展现出城市每一区域的大致外观。

　　Jing Gao 说：「通过挖掘历史数据，显示出三种不同的城市化风格：城市化，稳定城市化和快速城市化。」随着时间的推移，各国会从快速城市化向稳定城市化、再到城市化发展。

　　众所周知，美国和大多数西欧国家已经实现了城市化，印度和中国之前经历了快速发展，现在已经过渡到稳定城市化。目前包括许多非洲国家还正处于快速城市化阶段。

　　城市总面积将超过 2.25 亿个足球场

　　但是，仅通过遥感数据了解宽泛的区域发展，还不足以从全球角度了解城市化是如何在地方进行的。

　　为此，研究人员将世界划分为 375 个小区域，并针对每个区域同时运行一个定制的发展模型，然后将所有模型结果拼凑在一起，以绘制一张全球地图。

　　建模框架示意图，其中包括两个新的数据驱动的城市仿真模型

　　比如，美国大陆被建模为 28 个独立的区域，中国被建模为 26 个区域。不同区域的模型，使用不同的发展模型参数来进行估计。

　　研究小组的预测显示，到 2100 年，地球上城市总面积将增长 1.8 倍到 5.9 倍。

　　十年间城市建设更新流程图 白色为输入数据和中间输出，橙色为输出

　　根据预测结果，本世纪全球将新建约 618,000 平方英里（160 万平方公里）的城区。这个面积大约是 4.5 倍个德国，或者说，它超过 2.25 亿个足球场的面积。

　　这是根据过去几十年的城市发展规律，总结评估而来，假设如果不发生大规模的战争、疾病、革命等变革性事件。

　　另外，如果这一百年间，我们有幸见证外星文明等重大事件，也会影响模型结果。

　　环保意识越强，城市扩张速度越慢

　　但是，城市扩张的方式，在很大程度上取决于未来几年的社会趋势。这包括经济增长、人口变化和生活方式习惯的趋势，以及我们对人类环保的态度。

　　在五种共享的社会经济路径下21 世纪全球城市土地总量变化曲线

　　浅蓝色：可持续发展；深蓝色：道路中部

　　黄色：区域竞争；橙色：不平等；红色：化石燃料开发

　　在美国，如果人们关注可持续发展，例如绿色发展和环保意识，那么城市扩张的可能性最少。

　　在这种情况下，到 2100 年，城市土地预计将增长 1.3 倍。

　　但是，如果人们在同一时间范围内倾向于高度物质主义发展，大量消耗化石燃料。比如，预测中亚洲各国，城市的扩张速度会非常高，甚至比本世纪初美国城市扩张速度还要高四倍。

　　美国东北部在不同发展模式下的城市扩张趋势预测

　　颜色越深表示城市化程度更高

　　大多数人没有意识到诸如建筑物和道路之类的景观变化，可能会影响他们的生活。

　　比如，在特拉华州，在海岸附近建造的房屋通常以牺牲农田为代价。

　　虽然这些开发项目可能会帮助地区的经济繁荣，但它们也可能会带来其他意想不到的后果，比如增加沿海洪灾和海平面上升的可能性。

　　如果真的发生了这些极小概率的事件，别说城市继续发展，可能某些城市还会不可避免成为历史。

　　而且，无论选择哪种社会经济模型，模拟结果都表明，到本世纪末，全球的大多数国家都将实现城市化。

　　那么问题来了，你觉得八十年后，你在哪个城市？又在城市的哪里？