今年6月，美國戰(zhàn)略與國際問題研究中心（CSIS）首次發(fā)布《聯(lián)合智慧城市：可持續(xù)、對社會負責、安全》。賽迪智庫網(wǎng)絡安全研究所對該報告進行了編譯，期望對我國有關部門有所幫助。

報告認為，人口增長和快速城市化正在重塑全球網(wǎng)絡，并推動發(fā)達經(jīng)濟體以外對數(shù)字基礎設施的需求。發(fā)展高標準的智慧城市模式有助于振興美國基礎設施，縮小全球數(shù)字鴻溝，弘揚數(shù)字基礎設施的民主價值觀。報告審視了智慧城市模式的三大關鍵技術：光纜、人工智能和量子技術，還提出要充分利用國內投資、加大能力建設力度、協(xié)調美國與盟國私營企業(yè)、協(xié)調盟國數(shù)字政策和主導標準制定等建議，以確立全球智慧城市的首選技術和標準。

“智慧城市”既是全球經(jīng)濟數(shù)字化轉型的焦點，也是美中兩國競爭日益激烈的領域。為了抵消中國在“智慧城市”的先發(fā)優(yōu)勢，在2021年3月的《2030年全球網(wǎng)絡》報告中，美國戰(zhàn)略與國際問題研究中心（CSIS）經(jīng)濟計劃中的“重連亞洲項目”建議美國及其盟友推動高標準的智慧城市模式。本文檢視了《2030年全球網(wǎng)絡》報告中提到的智慧城市模式的兩項基礎技術：光纜和人工智能（AI），同時還研究了可能在智慧城市發(fā)展中發(fā)揮重要作用的第三種技術：量子技術。另外，為幫助美國及其盟友的政策制定者，本文還就如何促進最佳治理實踐以及確立全球智慧城市的首選技術和標準提供了建議。

一、引言：智慧城市的利害關系

人口增長和快速城市化正在重塑全球網(wǎng)絡，將推動發(fā)達經(jīng)濟體以外的數(shù)字基礎設施需求。到2030年，全世界每10個人中將有7個人居住在城市，且其中96%的城市化將發(fā)生在東亞、南亞和非洲的欠發(fā)達國家。這種趨勢將會加劇美中兩國在第三世界市場的商業(yè)競爭，各國政府必須決定采取哪種通信和技術治理體系。這場競爭對于發(fā)展中世界至關重要，他們在互聯(lián)互通解決方案需求方面存在巨大缺口，而中國企業(yè)已然占得先機。

本文中，“智慧城市”是一套城市技術體系，可以收集和分析傳感器數(shù)據(jù)，制定以數(shù)據(jù)為導向的決策，并影響相關政策出臺。在人口稠密地區(qū)，更便宜的傳感器、更快的網(wǎng)絡以及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）接入設備的普及，可以為交通、污染等長期存在的城市問題帶來創(chuàng)新型解決方案，這些技術共同構成了“智慧城市”的基石。

開發(fā)高標準的智慧城市模式，既有助于成功振興國內基礎設施，又可以消除全球數(shù)字鴻溝。高標準的智慧城市模式（見圖1）必須具備以下幾點：商業(yè)上可行、節(jié)能、對社會負責、安全且可互操作。

▲圖1：智慧城市主題

然而，在運用新興技術實現(xiàn)發(fā)展目標的過程中還存在重大的非技術性障礙。許多城市都無法提供基本的服務和基礎設施，因此，愿意從根本上改變城市的政策方針是采用全新數(shù)字系統(tǒng)的前提條件。中國已經(jīng)在推進數(shù)字絲綢之路，在華為、?？低暤阮I軍企業(yè)的帶領下，在各個伙伴國建立并實施了完整的數(shù)字基礎設施系統(tǒng)。中國企業(yè)深入其他競爭對手忽視的市場，以更低的成本提供產(chǎn)品，從而不斷擴大市場份額。在整個非洲，僅華為一家就提供了大約70%的第四代（4G）電信網(wǎng)絡。

中國企業(yè)通過提供具有吸引力的硬件基礎設施和軟件服務組合，在智慧城市技術出口方面取得了先發(fā)優(yōu)勢。華為等企業(yè)可以提供一個全面的智慧城市體系，即以“安全城市”為品牌，承諾減少犯罪并提高經(jīng)濟效率。對隱私保護和數(shù)據(jù)安全較為重視的國家，比如美國、英國和日本，也購買并安裝了中國智慧城市套餐的部分產(chǎn)品。據(jù)估計，全世界半數(shù)的智慧城市都位于中國。中國已將智慧城市提升到了國家戰(zhàn)略層面，并將其發(fā)展視為中國未來經(jīng)濟與城市發(fā)展規(guī)劃的支柱。借助本國智慧城市的發(fā)展，中國開展了數(shù)百個試點項目，通過反復試驗和改進，培育了環(huán)環(huán)相扣的技術生態(tài)系統(tǒng)。數(shù)字絲綢之路已經(jīng)成為中國智慧城市出口的國際渠道。

二、三大關鍵技術

智慧城市將建立在由多種新興技術構成的大型動態(tài)生態(tài)系統(tǒng)之上，其中光纖和人工智能是廣義上智慧城市技術的重要組成部分。作為其他多項應用的支柱，美國在確保光纖網(wǎng)絡開放和可互操作、支持競爭市場和“即插即用”模式方面有著巨大的商業(yè)利益。而在人工智能方面，隨著自動化系統(tǒng)在城市基礎設施中的應用，美國及其主要合作伙伴必須界定并實施以價值觀為導向的方法。

（一）光纜

光纜是集結成束的玻璃絲，可通過操縱光粒子遠距離傳輸信號形式的數(shù)據(jù)。光纜屬于關鍵基礎設施，可以埋入地下、浸在水中、架在手機信號塔上，用以連接數(shù)據(jù)中心、企業(yè)、家庭和國家。這些大型光纜網(wǎng)絡構成了互聯(lián)網(wǎng)、信息通信技術和智慧城市技術的骨干，提供了數(shù)據(jù)流動的“管道”，并在投放寬帶和 5G網(wǎng)絡方面發(fā)揮著關鍵作用。

與依靠電子信號運作的傳統(tǒng)系統(tǒng)（比如銅線）相比，光纖所使用的光子技術具有關鍵優(yōu)勢。光的移動速度極快，使得光纖能夠以每秒超過178太比特的速度傳輸數(shù)據(jù)，比美國家庭的平均網(wǎng)速快一百萬倍。光纜還擁有更低的延遲，以及更少的信息丟失，比銅線的能效高出85%。

1、寬帶光纖

光纜最具影響力的功能是提供寬帶服務?；ヂ?lián)網(wǎng)投放經(jīng)歷了若干個演進步驟，光纜取代了“電纜”互聯(lián)網(wǎng)，如同“電纜”當年取代了數(shù)字用戶線路（DSL）和撥號上網(wǎng)。盡管光纖有許多優(yōu)點，但前期建設卻需要大量投資。光纜的鋪設成本可能高得令人咋舌，尤其是在不規(guī)則拓撲和終端用戶密度較低的地區(qū)，比如鄉(xiāng)村環(huán)境。美國交通部估計，部署光纜的平均成本約為每英里2.7萬美元，其中90%花費在路面挖掘和埋設環(huán)節(jié)，而不是光纜本身的建造成本。尤其是安裝“最后一英里”光纖和寬帶傳輸?shù)某杀具^于高昂，對鄉(xiāng)村和更廣泛的區(qū)域接入寬帶網(wǎng)絡構成了挑戰(zhàn)。而這一挑戰(zhàn)對于未來物聯(lián)網(wǎng)服務的擴展和“智能區(qū)域”的創(chuàng)建至關重要。

但即使在城市環(huán)境中，寬帶的廣泛采用也并不能僅僅依靠光纜，還需要取決于用戶是否有能力購買互聯(lián)網(wǎng)服務和上網(wǎng)所需的硬件，以及是否具備上網(wǎng)所需的技術素養(yǎng)。例如，在中非共和國，一個月的互聯(lián)網(wǎng)接入費用可能是該國人均年收入的1.5倍以上。

▲圖2：消除數(shù)字鴻溝

2、光纖傳感技術

智慧城市的一項基本功能是收集數(shù)據(jù)，以供分析并幫助做出實時決策，其中傳感器是信息收集工作的關鍵。光纖傳感技術（FOS）可以使用光纜本身作為傳感元件，利用光子沿光纖傳播的物理特性來檢測溫度、壓力、位移和其他參數(shù)的變化，實時、連續(xù)地監(jiān)測周圍環(huán)境。只需將詢問器（人工智能數(shù)據(jù)收集終端）插入光纖，就可以將一條光纜轉換為成千上萬的傳感器。

光纖傳感技術可用于多種智慧城市應用，包括基礎設施和交通監(jiān)控、環(huán)境測量以及醫(yī)療保健應用等。該項技術還被石油和天然氣行業(yè)廣泛采用，其中光纖被用來監(jiān)測管道沿線的壓力和溫度，以進行預防性泄漏檢測和管道流速測量，而傳感器可以實時通知維修人員，無需等待檢修車排查，從而最大限度地減少維修成本和對環(huán)境的破壞。

3、光纖是智慧城市技術的支柱

光纖擁有帶寬潛力近乎無限、抗電磁干擾、低延遲等諸多優(yōu)勢，對于發(fā)揮5G和更廣泛的智慧城市集成的優(yōu)勢至關重要。隨著寬帶和光纖服務需求的不斷增長，光纜網(wǎng)絡將在城域范圍內擴展。專用光纖被應用在不同領域，通過改變光纜內部玻璃絲的形狀和數(shù)量來優(yōu)化性能。這些光纜在建造時需要考慮到互操作性，以支持光信號、電子信號以及不同類型光學設備之間的轉換。保證不同供應商制造的光纜及其連接器之間的互操作性，對于支持當前和未來智慧城市技術的“即插即用”模式是必要的。確保網(wǎng)絡的互操作性還能降低對單一供應商的依賴，避免拆除和更換光纜所帶來的高額成本。

（二）人工智能

廣義上講，人工智能是一組算法或自動規(guī)則，通常能夠實時處理信息，以做出決策和實施行動。光纜連接著城市的端點，量子技術將推動依托于光纖網(wǎng)絡的服務和應用，而人工智能將影響數(shù)據(jù)通過城市基礎設施的流速和形式。人工智能模型可幫助決定收集哪些數(shù)據(jù)，以及如何對這些數(shù)據(jù)進行存儲、組織、處理、轉換和治理。隨著城市數(shù)據(jù)體量和質量的增長，人工智能將協(xié)助對收集到的信息進行分類、處理和操作，以幫助市政決策者實現(xiàn)政策目標。

1、人工智能應用

人工智能能夠收集并轉換大量數(shù)據(jù)，因此適用于應對分配資源、減少損失和提高流程效率等優(yōu)化問題，還可用于推進更廣泛的政策目標。利用人工智能增強其他技術，來優(yōu)化能源和交通管理，將進一步推動實現(xiàn)氣候和安全目標。在能源方面，除了協(xié)調能源流量，人工智能還可以用來優(yōu)化發(fā)電量和預測電力負荷，從而對整個能源網(wǎng)進行更精確的預測。在交通方面，人工智能與傳感器及其他智慧城市技術相結合，可根據(jù)實時數(shù)據(jù)來協(xié)調交通流量，從而減少擁堵，提高安全性和流動性。

過去，全世界的地方政府都很難有效處置人工智能實施、隱私保護和公民權之間的權衡取舍。例如，使用審前算法作為風險評估工具，根據(jù)過往定罪和行為，幫助法官確定被告逃庭的可能性，可以使得美國一些州免除保釋金這一明顯不利于貧困地區(qū)的制度。

2、倫理挑戰(zhàn)

在構建和運行人工智能系統(tǒng)時考慮到倫理問題，以降低在智慧城市中實施人工智能時的危害和風險。

人工智能模型中的偏差：人工智能模型存在由編程和訓練方式產(chǎn)生的偏差。在個人層面，若想控制人工智能決策和預測中的偏差，需要關注模型的設計和訓練方式，以及解釋和運用人工智能所收集的數(shù)據(jù)和見解，進而避免人為偏差。除個人層面外，系統(tǒng)性偏差還來自于制度設計中對于特定群體或想法的固有限制，將人工智能置于存在系統(tǒng)性偏差的環(huán)境中，會強化結果的偏差。

3、城市中的人工智能治理

在嘗試應對智慧城市人工智能的倫理問題和治理挑戰(zhàn)時，應將人工智能整合到城市服務中，同時考慮到共同的民主價值觀，需要更深入地了解其使用背景，并重新調整政策，而不是過于倚重技術型解決方案。如日本等國家采取了“軟法律”的人工智能監(jiān)管辦法，軟法律指的是非強制性、但卻可以指導某些技術使用的實質性標準和成熟做法，旨在滿足監(jiān)管的靈活性。即使對最積極的監(jiān)管機構而言，人工智能技術的發(fā)展也遠遠超出了其認知，而保留軟法律的辦法可以防止非必要的限制和過時的監(jiān)管阻礙進步或成效。

為保護隱私并阻止人工智能對公民權的潛在侵犯，舊金山禁止在市政部門使用面部識別，但其市政官員和主要監(jiān)察機構卻力主擴大例外情況，以允許有限地使用該項技術來打擊犯罪。當今售出的許多智慧城市面部識別技術都存在嚴重的準確性和偏差問題，而采取更細化的方法將允許其在控制負面影響的同時進行有效使用。