亚历克斯·莱特曼和布雷特·金撰稿
我们构建了城市——然后城市塑造了我们。
扬·盖尔
纵观人类在地球上生活的全部历史，据估计约有1100亿人曾在地球上生活过。[1]其中大部分人都不住在城市里，而且其实没有人真正在智慧城市里生活过。从历史上看，近几十年来最大的社会变革毫无疑问是人口从农村向城市大规模转移，这将影响人类政治、冲突、宗教、文化的发展和无数其他因素。
位于当今伊拉克的城市乌尔据称是世界上第一个城市，在公元前2000年拥有约6万人口。第一个大都市是罗马，始建于公元前753年，在2世纪人口增长到百万以上。罗马向居民提供的福利包括开挖沟渠引入干净水源，在开放论坛设立大型公共娱乐场和购物商场（其中一栋有4层高，包括150家商店）。最大的前工业城市实际上被认为是柬埔寨的吴哥[2]，拥有精巧的基础设施网络，将至少有1000平方公里的城市扩张连接到处于核心位置的知名庙宇。作为高棉帝国的所在地，吴哥从9世纪兴盛到15世纪，但即使在其鼎盛时期，其人口也只占地球人口的0.1%。
如果想找到世界上最古老的、一直有人类居住的城市，你必须去叙利亚。大马士革是叙利亚的首都，早在公元前9000年（通过碳测年法）就一直有人居住，但是直到大约公元前1700年才在大马士革的城墙内建立大规模定居点，当时大马士革是早期埃及的阿姆茹（Amurru）省的一部分。
像罗马一样的大城市其实很罕见的，西方世界16个世纪之后，才有同等规模、经济和人口的城市与之抗衡。人类存在2000个世纪之后，也就是近些年来，这个星球上的大多数人才可以享受大型城市或大都市给生活带来的好处。
作为增强时代的公民，你（或你的孩子）将有可能有能力选择最适合自己、家人和公司的城市。我们将基于是否智慧（比如数据驱动反馈回路，能让你知道开放停车位或畅通的交通路线等信息）、是否绿色环保（从可再生能源获得大部分能源）以及是否增强来评估城市。
本章中引入增强城市的概念，其中的市民、居民和游客可以利用最先进的增强现实功能、机器人、人工智能和无人驾驶飞机，以超越人类自身完成的程度连接、放大、加速、保护和货币化他们的活动和关系。
我们为什么在城市生活
19世纪是帝国的世纪，20世纪是民族国家的世纪，21世纪将是城市的世纪。
惠灵顿·E.韦伯，科罗拉多州丹佛市前市长
在工业革命以前，大多数人住在乡下。19世纪世界3%的人口在城市里居住。到1900年，超过100万人的城市有12个，但是绝大多数人住在城市中心之外。在当今发达国家，70%的人口居住在城里，这意味着地球上超过50%的人在城市里生活。到2050年，世界70%的人口将居住在城市中心。[3]
在19世纪和20世纪初，城市发展迅猛，尤其是在欧洲和北美，主要是因为新的产业不断产生，人们寻找工作机会。后来，由于过度拥挤和疾病的快速传播，城市增长放缓。如今，与农村地区相比，城市死亡率更低，主要是因为我们拥有更好的医生和更多的医院。
今天，伦敦和纽约等城市已经停止发展，而尼日利亚首都拉各斯、孟买和加尔各答等城市正在蓬勃发展。全世界，人口超过500万的城市约有40个。目前500万人口是大城市的标准。这些特大城市中约80%在贫穷国家或者发展中国家，主要原因是人们涌入城市工作。
“城市增强型”人口在世界上的大城市生活可以享受很多好处，主要有以下几点：
1.警察、消防和急救医务人员等形式的公共安全保障会通过跟踪发起应急服务电话呼叫的电话确定你的位置，在拨通后几分钟内到达现场。
2．与非城市居民相比，创新速度快17倍[4]。
3.能够购买数十亿种各具特色的产品和服务，包括电影（成本高达数亿美元，而电影票仅售5—20美元）、高科技产品（例如在苹果手表全球上市的当天就可以购买到）。
4.获得更好的教育、免费课程和多种应用/领域的培训。
5.与成千上万人建立商务、休闲和教育网络。
6.品尝到来自数百个国家的烹饪专家、面包师和主厨，用地道食材烹饪的正宗美味的料理，城市居民可以几十年不重样地品尝美食（除非你想再吃一次）。
7.数千个不同的工作、创业公司或自谋职业的机会，数百种不同职业选择。城市居民可以从数十种工作机会中选择，更换所从事的职业或行业。
8.可以走路、骑自行车、搭出租车或者乘坐公共交通工具上班或游玩，而不必拥有一辆汽车或者获得驾照。大多数城市居民都可以在智能手机上使用优步或来福车服务叫车。
9.可以快速到达机场，甚至到地球上任何地方旅行都可以在一天之内到达，在几个小时内就可以到达很多目的地。
10.可利用城市提供的规模经济，减少能源、交通、生鲜食品、设备和服务的总成本，有机会可以选择大量购买，利用同一市场的竞争，以及充分利用允许共同所有权或共享使用的共享经济APP。
11.可以使用公园、花园、博物馆、美术馆、影剧院等公共场所。
那么是什么让城市变得智慧化呢？
建设真正的智慧城市
里约热内卢运营中心2010年开始运行前，城市居民若想上报路灯不亮、下水道堵了或垃圾桶丢了，真的需要很多耐心。一个机构把居民的诉求传递到下一个机构，然后下一个，再下一个。而现在，可以在互联网上报告情况或致电报修中心。该中心终于把整个城市纳入地图。
朱莉娅·迈克尔斯，作家，里约热内卢居民
人们已经提出许多标准来衡量一个城市智慧与否，包括就业因素、绿色程度、限制车流的公共交通便利度和自行车道支持设施、能源高效的智慧建筑、高新技术企业和创业公司以及开放而高效的政府等组成部分。
更微妙的定义应该包括下面的组成部分：
▪市区使用信息和通信技术（ICT）以提高城市服务的性能，降低成本和资源消耗，每个城市居民都是利益攸关方。[5]
▪已经使用这种技术发生改变的包括政府服务、交通管理、能源、医疗卫生、空气和水污染。[6]
智慧城市是智慧的，不仅在于可以为城市居民提供智慧化的服务，也体现在对自然灾害和日常资源利用等关键问题的响应能力。由于气候变化对城市的影响越来越大，一个城市的应对能力将是关键区别指标。然而，对于政府来讲，具有诱惑力的是重点关注几个领域，比如用技术中心支持初创企业或建设几个智慧绿色建筑，随后就可以宣布其是智慧城市了。一个真正的智慧城市必须彻底再造城市环境，利用技术使城市居民的生活更美好，提供智慧就业、交通和生活，形成积极的环境影响（完全消除污染等），如完全不使用化石燃料发电。纽约已经在计划如何加固曼哈顿岛，对抗海平面上升和超级飓风“桑迪”这样的暴风雨，而后者导致南部地铁系统瘫痪数月[7]。智慧城市必须能够按需动态响应环境变化。
智能协作：政府和公民一同努力
明智地使用信息和通信技术可以提高政府构建和完成（或未完成）智慧城市既定目标的透明度。然而，缺乏透明度可能会阻碍这些目标的达成。全球许多政府领导人故意抗拒透明化，主要原因包括腐败和担心失去工作等。
图11–1 “BeijingAir”是美国大使馆的实时空气质量监测站的推特网账户
2008年，每个人都知道北京的空气污染状况很严重，但是无法量化污染到底有多严重。到2013年年初，中国成功地在超过70个城市建立了约500个PM2.5站点。当年晚些时候，中国承诺投入数千亿美元用于洁净空气，并开始实施主要城市的污染减排目标。
由于繁文缛节和数据模糊化，政府和企业的官僚机构也可能阻碍智慧城市的发展进程。公民行动团体和社交媒体可以报道政府滥用职权的状况，以此改善这种情况。这种报告透露，乌克兰的敖德萨政府办公室通常为外国企业的本地居住许可收取7000美元的贿赂，并且以类似的要求推迟了高科技设备进口。这样的延误干扰了该地区长官米哈伊尔·萨卡什维利的智慧城市计划。因此，他解雇了参与其中的大部分工作人员，并用一个更精简的组织取而代之。
城市居民通过社交媒体和个人智能设备参与其中是智慧城市的关键。事实上，马克·迪金等著名智慧城市专家都认为没有城市居民的参与，智慧城市是不可能完成的。越来越多的移动应用程序赋予了公民在突发事件和灾难发生时报告犯罪行为、种族主义暴行、街道维修、腐败以及泥石流、火灾等危险状况的能力。[8]推特网等社交媒体的信息输入量可能是十分巨大的，红十字会和其他组织也开发了能够过滤和解析数量巨大的公民反馈数据的智能人工智能工具。[9]推特网一直与美国地质调查局和斯坦福大学研究人员进行合作，通过推特网的活跃程度实时测量地震影响，这一指标与美国地质勘探局监测的数据密切相关。[10]
基于人工智能用于智慧城市的新工具将很快提升城市管理的透明度和效率，同时显著改善城市规划和设计流程。美国国防部高级研究计划局开发的协同行动规划决策基础设施（DICOP）使用因果模型和影响图制图法，以图形显示各种假设和资源如何影响规划。可视化界面和三维模型可以让城市管理者和规划者了解复杂的关系，探索类似于“如果我们取消建设停车场，转而部署公交取而代之会怎么样”这样的假设。
智能交通系统
投资智慧城市技术可以获得的最显著回报可能是开车花费的时间、产生的挫败感、成本以及二氧化碳排放变少。智能交通管理系统可以管理信号灯、绕路方案和交通流量。荷兰在阿姆斯特丹智慧城市计划中已经实施了名为“TrafficLink”（交通链接）的类似系统。在TrafficLink的帮助下，工作人员能够监控交通状况，并向路边传感器和车载显示器报告情况。自系统实施以来，该系统已经将阿姆斯特丹的车辆消耗时间减少了10%。
图11–2 阿姆斯特丹TrafficLink系统
图片来源：Rijkswaterstaat Verkeerscentrale
在澳大利亚墨尔本，现有的基础设施，例如铁路道口使用道闸，极大地限制了城市实施智慧交通的能力。在市区的一些路口，高峰时段主要公路的道闸会占用70%——80%的时间，每天总计会增加通勤人员16—20小时的工作时间。据估计，消除这种障碍之后，在道路基础设施方面每投资一澳元会得到6澳元的收益。如果不重新设计交通系统、交通流量和城市道路、铁路和运输基础设施的使用情况，就不能建设好智慧城市。
类似于Mobypark（莫比停车）这样的系统使用停车场、停车库和路边停车位的传感器，通过其网站和应用向荷兰和其他国家实时报告可用停车位情况。找停车位平均需时20分钟，而使用Mobypark之后时间将缩短一半。
许多智慧城市使用的另一项新技术是实时拼车，可以在很短时间内完成一次性共享乘坐。司机依靠GPS导航设备可以确定路线，乘客依靠智能手机可以在任何地方发出乘坐请求，优步依靠社交网络在驾驶者和乘坐人之间建立信任，确定责任义务，完成了实时拼车。拼车减少了寻找车位和开出停车场所花费的时间，与站在城市路边等候出租车的传统方式相比，也节省了时间。
最终，有必要根据无人驾驶和智能车辆重新设计城市。因为人们会选择共享汽车所有权，所以将不再需要那么多停车位。因为需要更多的充电位，太阳能充电设备将随处可见。正如我们在第8章中讨论的，由于人类驾驶的安全性远不如人工智能驾驶的汽车，城市要负相关责任，尤其要对与运输相关的伤害负责，一些城市未来将限制由人类驾驶的汽车（或者收取高额费用）。在大学校园以及工业区，汽车将让位给将人们运输到公共交通系统的自驾车舱。智能公共交通系统将越来越多地使用太阳能供电，减少城市碳排放。
道路生态系统需要朝着有利于无人驾驶的电动汽车的方向改变。设想一下，电动汽车是未来的主要运输方式，我们可以期待看到无线充电道路，甚至智慧公路界面。美国爱达荷州的一家公司正在从事太阳能供电公路方面的研究，具有指示标和动态车道管理等动态智能和自适应能力。英格兰公路局宣布，正在进行有关电动汽车驾驶过程中无线充电的试验。
图11–3 智慧无线充电道路正在英国投入试验
图片来源：英格兰公路局
随着人工智能、动态车辆路径规划和调度的使用不断普及，公共汽车和火车也将自动化。人工智能将驾驶公共汽车和火车，由于无须考虑疲劳驾驶和超时工作，这些交通工具的服务时间将更长。智能电动交通系统和车辆的维护与操作成本也将降低。不需要考虑司机的成本，而且与典型的内燃机及相关的动力传动系统相比，电动机需要的维护更少。
大型城市中心的智能交通网络将像一个活的有机体一样运作。小型自动驾驶汽车和舱将在校园和购物区运行，将人们运送到等车的地点或公共交通站。公共交通将根据需求、天气和其他考量不断优化，按照人工智能控制器的指令，实时听凭调遣并做出反应。由于在城里拥有自己的内燃机汽车越来越过时和费钱，停车场和车库将开始减少。
这听起来是不是很像科幻小说？20年之后，生活在智慧城市里的居民将可以期待这种类型的智能交通网络成为现实。不仅是因为它将为居民提供更好的交通运输功能，更是因为智能交通网络的运行维护成本仅仅是当前公共交通系统的一小部分。
图11–4 类似于下一代吊舱的模块化智能交通系统将取代传统的公共交通和车辆
图片来源：下一代未来交通运输公司
智能电网和能源系统
智慧能源涵盖了广泛的技术和方案，包括经过改进的电力传输和监控，以及家庭和办公室区域的分隔。可再生能源对于智慧城市的居民来说非常重要，几个关键原因如下：
▪减少空气和水污染，有利于健康和生产力。
▪降低成本（随着太阳能和其他可再生能源成本的下降）。
▪恢复能力，即使在超负荷、自然灾害或恐怖主义行为等网络干扰情况下，依然具有供电能力。
使用可再生能源对人们的健康有巨大的好处，可以拯救成千上万人免于疾病和死亡的威胁。正如我们在前文指出的那样，过去10年里可再生能源发电效率大幅提升，在成本方面已经可以与化石燃料发电媲美。在太阳能和风能发电方面，德国一直走在世界最前沿，污染减排效果显著。然而，2011年日本发生地震和海啸之后，德国政府选择关闭其大部分核动力发电设施，燃煤电厂的二氧化碳排放量激增，抹杀了之前已经到达的削减目标。
广泛使用可再生能源面临的另一个主要挑战是存储——存储产生的多余电力，供光照不佳或风力不足时使用。人们正在使用多项技术方案来解决这个问题，包括电化学存储（使用电力生产并存储氨，随后可以将其作为燃料使用，不会产生二氧化碳排放）、电池存储等。特斯拉正在美国内华达州的超级工厂开展这方面工作，同时也在全球范围内追踪多个电池项目发展。
现在，我们在追踪世界各地约60个开发更好的电池的项目。其中一些从长远看前景不错。我们将这些项目从1至5打分，得到5分的，我们将与其建立生意伙伴关系，得分为1分的那就没有意思了。
埃隆·马斯克，Tech Insider网站，2015年11月10日
也许并不奇怪，最近几年，日本一直在可再生能源的有效存储方面开展前沿研究。福岛核事故发生后，核电站的关闭导致电力产能下降了约20%，日本已经在全国建设大量太阳能发电站，但必须找到一种方法来存储能量，供多云时和夜晚时使用。三菱电机公司为此组装了50兆瓦和30兆瓦的电池系统，政府资助这两个项目的费用高达2.57亿美元。美国可再生能源公司SunEdison的首席执行官艾哈迈德·夏蒂拉（Ahmad Chatila）说，可再生能源存储技术不断改善是太阳能发电的智能能源管理的关键。
我们现在能够开发的最重要的技术就是存储。
艾哈迈德·夏蒂拉，SunEdison首席执行官
可替代智能能源系统将包括：
▪分布式发电网络（恐怖主义袭击和自然灾害时具有恢复能力）
▪燃料电池发电/存储系统
▪小模块钍反应堆（集装箱大小的反应堆功率为每小时300兆瓦，能够满足4.5万家庭用电需要）
▪为摩天大楼和政府大楼安装透明的太阳能电池（光伏窗玻璃）
▪沿海城市建设挡浪墙，利用潮汐发电
智慧医疗卫生
正如在第5章中讨论的，移动健康监控系统的最新技术发展——也叫移动医疗，囊括了能够追踪病人生命体征和病情的穿戴式传感器和算法。在第5章我们还分析了这背后的消费者观点，而充分利用这些数据的城市与没有这样做的城市相比具有巨大的优势，尤其是在降低医疗卫生的开支方面。
当前在美国和阿联酋等富裕国家，肥胖已经成为一种流行病，2型糖尿病患者人数急剧增加，相对应的就是医疗费用激增，旷工现象激增。因此，对于城市来说，支持移动医疗的发展和实施越来越重要。
最大的问题是医疗卫生的政治问题。在美国，医疗卫生仅限于得到授权并且通过联邦药物管理局的严格测试的大药厂和医疗机构。移动医疗和智慧城市需要打破这些范式，才能提高效率。新兴健康科技产业主要关注的是使用基因分型、生物识别追踪、微流体、以芯片为基础的实验室测试等技术，以及个性化的风险评估来协助疾病预防或促进行为改变，而不是为了推动疾病治疗和弄清楚各种疾病的症状。这些技术将减少费用高昂的重大健康事件发生的可能性。新兴的健康科技系统很有可能与着眼于治疗疾病的产业相冲突，其关注的是以预防疾病为目标的病理学和诊断学。
城市政府必须解决隐私问题和数据共享规定，以便推动健康科技茁壮成长，为城市居民提供智慧医疗系统。赞成维持现状、支持药品集中机制和制度化医疗卫生的阻力自然会阻碍城市智能化。
未来的智慧城市将与设备、传感器制造商以及以人工智能为基础的私人健康数据库串联，建立医疗系统，减少长期的医疗负担。基因疗法、个性医学和智能药物技术等技术无疑将成为治疗方案的一部分，但对于城市而言，真正的难点是改变城市居民的行为，从整体上将医疗卫生问题减少或最小化。成本将仅仅是今天那些医疗系统的一小部分。
在这样的未来，奥巴马医疗改革将不再是一个问题，因为医疗费用将被大大缩减。我们可以称之为社会主义2.0——这样的社会医疗不需要按往常预计的大量预算。
智慧减污
水和空气污染是现代大都市面临的一大挑战。雅加达、北京和墨西哥城等大城市有数以万计的人们由于污染而生病。举个例子，2004年在雅加达的测试表明，46%的疾病与呼吸系统有关，与空气污染有关的疾病导致每人每年的工作时间减少4天。此外，每年整个印尼约5万名居民死于水传播病原体[11]。全世界，每年超过200万儿童死于水污染，其中很多居住在非洲和亚洲的大城市。
包括可连接到移动设备的紧凑型设备在内的新一代智能传感器可以帮助城市监测污染水平，并减少与污染有关的健康成本和福利成本。0–50ppm（体积浓度）被认为是“好”，而超过201ppm则是“非常不健康的，须提醒居民”。随着时间的推移，城市以及居民必须承担这一成本：公民医疗费用增加、情绪失落以及心理影响。
智慧城市将监测空气污染水平，采取积极措施并将其控制在安全水平以下。为了提防政府或公用事业公司故意伪造数据，市民应该利用这些污染传感器，参与公布真实数据的社交媒体网站。连接到智能手机的空气污染传感器向公众提供可随意获取的众包环境地图。这类地图不仅可以记录城市整体水平，还可以提供大城市各区域的数据，因为一个地理区域的污染可能变化很大，随着时间的推移也具有很高的可变性。
这方面最有前景的技术包括能够净化城市周边空气的局部除碳或封存技术。波士顿正在试验一种叫作“人造仿生树”的除碳人造树，这种人造树利用了湿度摇摆（humidity swing）技术，能够从大气中移除二氧化碳和其他微粒。像亚伯达省卡尔加里的碳工程（Carbon Engineering）这样的初创企业正在研究如何更大规模生产直接捕获二氧化碳的设备材料。设计师丹·罗斯加德（Daan Roosegaarde）最近部署了有史以来建造在荷兰鹿特丹的最大的空气净化器。该净化器是一座能够每小时清洁30000立方米污染的塔形净化器，然后将细颗粒变成能够镶嵌在戒指和纽扣等制品上的微小“宝石”。乔治·华盛顿大学的一个研究小组更进一步，他们正在研发通过捕捉大气中的二氧化碳来产生高收益的碳纳米管的办法，生产的碳纳米管可以在建筑业和制造业中使用。
当然也有可以在短期内解决水污染的低成本的新选择。适用于家庭和社区的新型低成本的净水设备可以去除大多数类型的危险化学品、寄生虫和细菌。智慧城市应该提供这样的设备以便在人为或自然灾害等因素造成的水体污染情况下提供净水。这方面已经取得了一些进展。例如，坦桑尼亚的科学家阿斯科沃·希龙伽（Askwar Hilonga）博士发明了一种水过滤器，利用纳米技术过滤99.9%的污染物、细菌、微生物和病毒。
在坦桑尼亚900万户家庭中有70%没有使用任何类型的过滤器。市场空间很大。想想看，仅在坦桑尼亚就有900万户需要净水器的家庭。再想想肯尼亚、乌干达、埃塞俄比亚、撒哈拉以南非洲、印度等其他地方。所以市场是非常大的。[12]
阿斯科沃·希龙伽博士，路透社
一个这样的过滤器制造成本约为100美元，安装后每天能够满足一个家庭，为其提供数升洁净水的需求。
有了智能材料与纳米技术，我们将可以建造非常有效的过滤系统，用比现今更低的投入让我们的空气和水更洁净。随着气候变化对地球的影响日益增加，而守旧者在决策方面逐渐失去影响力——无法保护现有产业，地球工程学将成为广受千禧一代及其后代欢迎的职业。
智能应急响应系统
当紧急情况或灾害发生时，保护公民安全是智慧城市面临的一个主要挑战。消防员、护理人员、执法人员和医疗小组等团队被统称为“首批响应队伍”。灾难发生后，协调和部署这样的首批响应队伍的能力可以在“事件响应”（灾难中和灾难发生后不久）和“灾后恢复”（灾难发生后的几周）过程中挽救成千上万人的生命。
灾难发生时，智慧城市面临的挑战包括：
▪缺乏综合规划
▪在灾难期间，通信质量很差，或者通信中断
▪不同机构（联邦、州、地区）无法协调工作
过去10年，“卡特里娜”飓风、海地地震、印尼海啸等数百个类似灾难已经充分体现了无法应对挑战造成的后果。幸运的是，信息与通信技术解决方案可以在这方面起到作用。
整体规划方案要求消防部门、当地警察、医护人员、医院、市和州政府以及联邦政府等不同的机构必须共同完成，使用共同的术语和设想。而现在的规范是这些机构中每一个都有自己的一套独特的方案，即“silo”（导弹发射井，距离远、相对独立的环境）。当危机爆发时，这些将导致响应混乱。[13]
过去综合通信是一个问题，因为首批响应队伍的每个小组都有自己的模拟设备。在过去的几年中，例如，洛杉矶的治安部门、警察局、高速公路巡警以及消防部门的工作人员在紧急情况下无法互相通话，因为他们的一系列设备依照不同的合同和采购流程购买，所以无法兼容。
灾害期间，不同机构无法协同行动导致了可怕的后果。“卡特里娜”飓风发生的时候，警察局召唤应急的技术人员来修复各种基础设施，但是高速公路巡警堵塞了通往新奥尔良市的道路，导致技术人员无法就位。1999年土耳其伊斯坦布尔市附近的伊兹米特地震发生后，不同的响应机构不仅无法协同工作，还在公交车和直升机等关键资源的控制权方面出现了冲突。由此产生的混乱导致响应速度减慢，造成死亡人数超过三万人。2009年澳大利亚发生的“黑色星期六”森林大火灾也出现了类似的混乱状况，不同的机构有时会相互阻碍对方的工作，一个工作组甚至将其他工作组标记为疏散路线的高速公路关闭了，最终造成173人死亡，数百人受伤。
智慧城市将要求所有相关机构必须使用具有恢复能力从而减轻偶发传输损耗的智能设备，使用通用术语，共同规划，经常一起培训和锻炼，以及使用危机爆发时常用的系统来克服这个问题。位于新茨达德的里约运营中心，即里约热内卢公共信息管理中心就是智慧城市灾难管理系统的一个例子，它不只是在灾害发生时运行，而是每天都在运行。
这套为里约市区和郡县研发的由系统支持并应对灾害的综合规划，将警察、军队、医疗服务、电力设施、道路建设以及可以参与到救灾及重大事件的机构联系在一起，以便应对该地区在暴风雨和飓风期间可能会发生的洪水和泥石流，或者协调一年一度的里约狂欢节期间的交通、安全和服务。
该运营中心是在市长亲自支持和参与下完成的，以便2014年世界杯和2016年夏季奥运会期间得以使用。由于该系统用于日常生活，整个城市的运营商都彼此熟识，当危机或自然灾害发生时，不需要按照惯例用4—8小时“让大家认识你”。还有第二个好处：由于各团队都了解不同突发事件发生时，“谁做什么，以何种顺序”，因此一旦得到预警（例如，飓风预警报告），就可以自动发送命令，而不是消耗几个小时，先撰写命令、检查命令、批准命令，再向十多个运营者和应急人员发布命令。
图11–5 里约运营中心
图片来源：IBM 智慧城市
里约的综合规划实现了规模经济，减少了重复操作。里约市长说：“为什么下水道部门、电话公司、自来水公司、道路部门要在同一条道路上挖5次？让他们协调一下，挖一次就完成所有的工作！”哇，这不是常识嘛！
里约对系统的投入包括能够追踪降雨和天气情况的传感器网络。此外，采用的预测模型可以提醒领导者将会发生什么事情，而不是在事件发生后做出反应。该系统可以预先设定向政府机构和民众（通过手机短信、电子邮件）发出恶劣天气或其他突发事件的警报。正如前文所述，该系统也支持任务派发，可以自动向相关组织发送详细的命令或任务，持续跟进验收、加工和完成任务。不仅如此，该系统也可以接收公民报告停电和危机事件的短信与其他反馈。因此，它为大众积极参与到街区的安全和正常运作提供了平台，也让人们感受到，政府领导人十分关心他们的反馈。
增强城市
信息通信技术有很多种方式可以增强和提高智慧城市公民的生活质量，包括智能无人驾驶飞行器——也称为无人机、增强现实技术等计算机增强显示、政府和行业人工智能决策辅助设备等。下面我们将看到智慧城市中具有潜力的两个例子——增强现实和无人机。
城市中增强现实的潜力
将增强现实用于智慧城市的优势在于，它可以在一个物理坐标点用数据和图片改善现实世界的视图，帮助用户更好地了解位置、购物信息或驾驶选项以及正在注视的真实对象的历史背景。因此，应用在出差、旅游和了解当地文物方面，再合适不过。
增强现实图层的常见和有效应用是寻找停车点，或者找到已停车的位置。例如，帮助用户定位他们的汽车的APP支持现实世界视图（通过手持的摄像头），而叠加图层可以引导他们，从而找到自己的爱车。
图11–6 一个真实街区的历史视图图层
在智慧城市里，增强现实对访客和游客来说特别有用，因为他们不熟悉城市，讨厌对目的地进行无效搜索。下面是一些增强现实APP实例：
▪Wikitude：一款内容来自城市查询网（CitySearch）和维基百科以及用户生成信息等内容源的增强现实聚合器。用户可以选择类别进行搜索（例如餐馆、景点），并查看其他人的Flickr（网络相册）照片和评论。
▪Yelp Monocle：通过点击安卓手机屏幕底部的“更多”标签访问。垂直拿着手机会显示企业信息和评论，而水平握着手机则会显示地图视图和路线。
▪Metro AR Pro：位置感知型APP，会自动检测所在城市，展示地铁等公共交通站点。
▪WhatWasThere：显示你所在的街区过去的样子。
▪谷歌搜索：旅行者可以点击“搜索”，拍下包含目标对象更多信息的照片。随后，该APP会下载价格、路线、历史和其他数据。为外文标识拍照就可以提供快速翻译。
每个大城市常常都有丰富的文物和文化地标，包括纪念碑、博物馆、艺术展和地标建筑。不幸的是，只有少数城市居民充分体验过这样的奇迹。往往博物馆展示的物品描述不多，大量展品（通常超过95%）锁在地下室里。增强现实技术能让这些展品鲜活起来。画中的人会“走出墙壁”，并讲述自己的故事，雕像能讲述自己的历史，恐龙等动物骷髅能活过来，老老少少都能从中获益。
智慧城市可以使用增强现实来教育城市居民，永葆文化根源和传统。城市对这方面工作的支持包括与教授视频游戏、虚拟现实、增强现实、信息和通信技术与其他相关技术的教育中心以及博物馆、户外艺术展览、古迹、文化中心和人口密集区域等城市特色机构建立伙伴关系，这不仅有助于居民掌握工作技能、发展创新，还可以为智慧城市带来生机。Meta和Magic Leap等个人平视显示设备的出现无疑将使智慧城市在应用增强现实技术方面更具创造性。
图11–7 美国国家地理频道与迪拜购物中心已经把增强现实应用到购物体验中
图片来源：美国国家地理频道
智慧城市中的无人机
民用无人机应用迅速增加。2014年之前，几乎所有的无人机都只用于军事目的：侦察、武器投放和特殊载荷的隐蔽运输。只有十几家民用企业获得美国联邦航空局许可，可以在美国境内使用无人机，而这些大多都装载在封闭设备中用于航拍。如今，这种情况已经发生了根本变化。2015年上半年，就有超过500家公司获得了使用无人机的许可，具体用途包括农场监测和维修、安全服务以及铁路与管道巡查。
供应商的数量也在迅速增加，航空公司专为政府用户制造的无人机系统十分昂贵，而现在数百家创业公司正在为其提供更多替代产品。另外一些创业公司正在设计电子产品，用于无人机控制、数据分析和显示，比如支持人工智能、同时控制多架飞机的软件。
国际无人机系统协会认为，无人机将在美国、欧洲和亚洲广泛使用，主要功用包括农作物监测、大气研究、石油和矿物勘探、国界和安全防护监控、执法巡逻等。最近公布的无人机词典（Drone/UAV Dictionary）列出了无人机的300种主要应用。
有几种类型的无人机可能对智慧城市有益。此处并不是推荐下列无人机，列举它们仅仅是说明尺寸和功能。应用于城市的无人机类型包括：
▪以“大疆精灵3”为代表的轻型电动四驱无人机，用于警卫巡逻和执法、摄影以及巡查服务。
▪以Aeronavics公司的SkyJib和Quadrocopter公司的CineStar为代表的轻型电动无人机，具有足够的起吊能力，能够支撑专业相机设备，完成短距胶片录制和电视电影摄影。每台成本在一万美元左右。
▪以霍尼韦尔公司的T-Hawk为代表的中型无人机可供更多领域使用。T-Hawk已经在美国陆军和海军服务得到应用，爆炸物处理专家使用它来获取危急情况概况。例如，人们使用T-Hawk来获取福岛第一核电站的近景图（2011年大地震和海啸袭击了日本，使福岛第一核电站严重受损）。
▪当智慧城市位于湖畔或者海岸线上的时候，以俄罗斯制造的Chirok为代表的无人机可以协助水上救援。Chirok既可以在20000英尺（6100米）的高度飞行，也可以依靠风扇产生的空气气垫悬停在水面上。凭借660磅（272千克）的有效载荷，它最多可以对三人开展救援，或者将重要设备运送到地面或海洋的任何地点。
▪以奥地利西贝尔公司的Camcopter S-100为代表的可负重110磅（50千克）的中型无人机。该类无人机主要用于执法和监视，其系统结构紧凑，高3.6英尺（1.1米），可飞行6小时，航程可达124英里（200千米）。它可以在城市范围内运送紧急货物或包裹，如空投紧急医疗用品等。该系统可手动或全自动飞行，可携带昼/夜传感器组件。在第4章中，我们已经举了一个例子，即救护车式无人机可以在紧急情况下空投除颤器或者急救箱。
图11–8 奥地利西贝尔公司的Camcopter S-100无人机
图片来源：奥地利西贝尔公司
将两三类无人机组合在一起有助于打造智慧城市。
▪在城市范围内运送高价值货物，交通畅通无阻。
▪在陆地或海上开展搜索和救援操作。
▪对石油和天然气管道等关键基础设施展开检查。
▪进行白天/夜间执法巡逻。
▪将普通车辆无法运送的设备运送到急救人员、医务人员或其他人员手中。
美国疾病控制与预防中心和微软研究院已经联合推出了一个无人机项目，搜集蚊子并进行基因测序和病原体检测。美国政府认为，“这项技术将有可能成为媒介传播疾病暴发时的早期预警系统，有可能帮助卫生官员应对气候变化对公众健康的影响”。近期另外一个无人机应用是预测全球野火。未来的智慧城市将催生无人机的许多新用途，这不仅可以服务于城市居民，也将创造新的商业和创业的模式与潜能。
人工智能会成为智慧城市背后的“智慧”吗
智慧城市使用现代信息和通信技术来提升城市居民的健康、安全、学问、就业和娱乐机会及可持续发展水平，并与他们积极互动。智能传感器网络、通俗易懂的图形显示器、高分辨率智能手机、增强现实系统、智能无人机和物联网等新技术为协同解决问题以及开展互惠互利的集体行动提供了新渠道。麻省理工学院的城市实验室（Cities Lab）等研究中心是创新的“深水井”，而阿姆斯特丹、哥本哈根和巴塞罗那等城市则是智慧城市高效发展的先驱，可以提供经验教训和最佳做法。
把我们的城市改造成未来的智慧城市，将需要通过机器对机器的解决方案和实时数据分析将技术与主要的数字化发展整合起来。智慧城市必须建立在以光纤和高速无线技术为基础的基础设施之上。这些基础设施使得智慧社区的建设成为可能，将各个家庭连接起来，支持智能交通系统、移动医疗、电子政务、大规模在线开放课程/教育、智能电网和智能能源解决方案等。构建智慧社区的核心是打造自主运行和实时响应的基础设施。无人机、智能急救车和机器人，能够将反馈传送到传感器网络中相应的算法或者人工智能以便完成资源分配。
人工智能将不仅是智慧城市的一个支柱，也是处理所有传送回智慧城市运营中心的传感器数据所需要的。人类只会大大拖延进程。20年之后，人们将依靠强大的人工智能运行智慧城市。20—30年内，我们将见证人工智能掌控下的智慧监管——法律和执法、资源分配、预算编制以及由独立于人类委员会和投票表决的算法完成的最优决策。由投票产生的人工计数将是过去的事情，因为公民将通过BYOD（自带设备）完成投票。而这仅仅是开始。
50年之内，地方和州政府的党派政治将让位于主要依靠或完全依靠算法的委托治理。投票程序是当下治理中的一种低效机制。对美国联邦政府而言，在广告、集资、成千上万小时的辩论、分析、公关等活动中的花费高达数十亿美元。最终，人类终将发现在选举领导人的过程中，这样的资源分配与使用化石燃料发电和人工驾驶公交车或火车的效率是一样的。政府将是被颠覆的行业之一，而人工智能将是这种颠覆的关键。
不幸的是，如今这样的智慧城市仍然是例外而非标准。居住在大城市里的居民不得不面临水和空气污染、大规模腐败、交通事故、自然资源枯竭、医疗条件差和不断增加的对自然灾害的无效响应等负面影响，每年数百万人因此丧命。智慧城市可以提供一个更好、更安全的世界。智慧城市是我们迫切需要的，不仅能增强人民的体质和智慧，而且有助于整个地球的可持续发展。
[1]资料来源：美国人口资料局。
[2]Evans et al.,“A comprehensive archaeological map of the world’s largest pre-industrial settlement complex at Angkor,Cambodia,”Proceedings of the National Academy of Sciences104,no.36(23August2007).
[3]资料来源：联合国儿童基金会的研究。
[4]J.D.Johnson,“Success in innovation implementation,”Journal of Communication Management 5,2011,341–359.
[5]M.Deakin.Smart Cities:Governing,Modelling and Analysing the Transition(London,UK:Taylor and Francis,2013).
[6]N.Komninos.The Age of Intelligent Cities:Smart Environments and Innovation-for-all Strategies(Regions and Cities)(London,UK:Routledge,2015).
[7]在遭到飓风“桑迪”袭击之后，时任纽约市长的迈克尔·布隆伯格发起了一项总耗资195亿美元的气候恢复计划，旨在保护纽约，减少类似事件和一般性气候变化对城市的影响。具体参见http://www.climatecentral.org/news/new-york-launches-20-billion-climate-resiliency-plan-16106。
[8]Adam Crowe.Disasters2.0:The Application of Social Media Systems for Modern Emergency Management(Boca Raton,FL:CRC Press,2012).
[9]P.Meier,“New information technologies and their impact on the humanitarian sector,”International Review of the Red Cross 93,no.884(2011).
[10]参见https://blog.twitter.com/2014/using-twitter-to-measure-earth-quake-impact-in-almost-real-time。
[11]M.I.Duki,S.Sudarmadi,S.Suzuki,T.Kawada and A.Tugaswati,“The Effects of Air Pollution on Respiratory Health in Indonesia and Its Economic Cost,”Archives of Environmental Health 58,no.3(2003):135-143.
[12]资料来源：路透社2015年9月28日的文章《坦桑尼亚的工程师发明低成本的水过滤器》。
[13]Z.Baird et al.Nation at Risk:Policy Makers Need Better Information to Protect the Country(Washington,DC:Department of Defense,2009).