亞歷克斯·萊特曼和佈雷特·金撰稿
我們構建了城市——然後城市塑造了我們。
揚·蓋爾
縱觀人類在地球上生活的全部歷史，據估計約有1100億人曾在地球上生活過。[1]其中大部分人都不住在城市裡，而且其實沒有人真正在智慧城市裡生活過。從歷史上看，近幾十年來最大的社會變革毫無疑問是人口從農村向城市大規模轉移，這將影響人類政治、衝突、宗教、文化的發展和無數其他因素。
位於當今伊拉克的城市烏爾據稱是世界上第一個城市，在公元前2000年擁有約6萬人口。第一個大都市是羅馬，始建於公元前753年，在2世紀人口增長到百萬以上。羅馬向居民提供的福利包括開挖溝渠引入乾淨水源，在開放論壇設立大型公共娛樂場和購物商場（其中一棟有4層高，包括150家商店）。最大的前工業城市實際上被認為是柬埔寨的吳哥[2]，擁有精巧的基礎設施網絡，將至少有1000平方公里的城市擴張連接到處於核心位置的知名廟宇。作為高棉帝國的所在地，吳哥從9世紀興盛到15世紀，但即使在其鼎盛時期，其人口也只佔地球人口的0.1%。
如果想找到世界上最古老的、一直有人類居住的城市，你必須去敘利亞。大馬士革是敘利亞的首都，早在公元前9000年（通過碳測年法）就一直有人居住，但是直到大約公元前1700年才在大馬士革的城牆內建立大規模定居點，當時大馬士革是早期埃及的阿姆茹（Amurru）省的一部分。
像羅馬一樣的大城市其實很罕見的，西方世界16個世紀之後，才有同等規模、經濟和人口的城市與之抗衡。人類存在2000個世紀之後，也就是近些年來，這個星球上的大多數人才可以享受大型城市或大都市給生活帶來的好處。
作為增強時代的公民，你（或你的孩子）將有可能有能力選擇最適合自己、家人和公司的城市。我們將基於是否智慧（比如數據驅動反饋回路，能讓你知道開放停車位或暢通的交通路線等信息）、是否綠色環保（從可再生能源獲得大部分能源）以及是否增強來評估城市。
本章中引入增強城市的概念，其中的市民、居民和遊客可以利用最先進的增強現實功能、機器人、人工智能和無人駕駛飛機，以超越人類自身完成的程度連接、放大、加速、保護和貨幣化他們的活動和關係。
我們為什麼在城市生活
19世紀是帝國的世紀，20世紀是民族國家的世紀，21世紀將是城市的世紀。
惠靈頓·E.韋伯，科羅拉多州丹佛市前市長
在工業革命以前，大多數人住在鄉下。19世紀世界3%的人口在城市裡居住。到1900年，超過100萬人的城市有12個，但是絕大多數人住在城市中心之外。在當今發達國家，70%的人口居住在城裡，這意味著地球上超過50%的人在城市裡生活。到2050年，世界70%的人口將居住在城市中心。[3]
在19世紀和20世紀初，城市發展迅猛，尤其是在歐洲和北美，主要是因為新的產業不斷產生，人們尋找工作機會。後來，由於過度擁擠和疾病的快速傳播，城市增長放緩。如今，與農村地區相比，城市死亡率更低，主要是因為我們擁有更好的醫生和更多的醫院。
今天，倫敦和紐約等城市已經停止發展，而尼日利亞首都拉各斯、孟買和加爾各答等城市正在蓬勃發展。全世界，人口超過500萬的城市約有40個。目前500萬人口是大城市的標準。這些特大城市中約80%在貧窮國家或者發展中國家，主要原因是人們湧入城市工作。
「城市增強型」人口在世界上的大城市生活可以享受很多好處，主要有以下幾點：
1.警察、消防和急救醫務人員等形式的公共安全保障會通過跟蹤發起應急服務電話呼叫的電話確定你的位置，在撥通後幾分鐘內到達現場。
2．與非城市居民相比，創新速度快17倍[4]。
3.能夠購買數十億種各具特色的產品和服務，包括電影（成本高達數億美元，而電影票僅售5—20美元）、高科技產品（例如在蘋果手錶全球上市的當天就可以購買到）。
4.獲得更好的教育、免費課程和多種應用/領域的培訓。
5.與成千上萬人建立商務、休閒和教育網絡。
6.品嚐到來自數百個國家的烹飪專家、麵包師和主廚，用地道食材烹飪的正宗美味的料理，城市居民可以幾十年不重樣地品嚐美食（除非你想再吃一次）。
7.數千個不同的工作、創業公司或自謀職業的機會，數百種不同職業選擇。城市居民可以從數十種工作機會中選擇，更換所從事的職業或行業。
8.可以走路、騎自行車、搭出租車或者乘坐公共交通工具上班或遊玩，而不必擁有一輛汽車或者獲得駕照。大多數城市居民都可以在智能手機上使用優步或來福車服務叫車。
9.可以快速到達機場，甚至到地球上任何地方旅行都可以在一天之內到達，在幾個小時內就可以到達很多目的地。
10.可利用城市提供的規模經濟，減少能源、交通、生鮮食品、設備和服務的總成本，有機會可以選擇大量購買，利用同一市場的競爭，以及充分利用允許共同所有權或共享使用的共享經濟APP。
11.可以使用公園、花園、博物館、美術館、影劇院等公共場所。
那麼是什麼讓城市變得智慧化呢？
建設真正的智慧城市
里約熱內盧運營中心2010年開始運行前，城市居民若想上報路燈不亮、下水道堵了或垃圾桶丟了，真的需要很多耐心。一個機構把居民的訴求傳遞到下一個機構，然後下一個，再下一個。而現在，可以在互聯網上報告情況或致電報修中心。該中心終於把整個城市納入地圖。
朱莉婭·邁克爾斯，作家，里約熱內盧居民
人們已經提出許多標準來衡量一個城市智慧與否，包括就業因素、綠色程度、限制車流的公共交通便利度和自行車道支持設施、能源高效的智慧建築、高新技術企業和創業公司以及開放而高效的政府等組成部分。
更微妙的定義應該包括下面的組成部分：
▪市區使用信息和通信技術（ICT）以提高城市服務的性能，降低成本和資源消耗，每個城市居民都是利益攸關方。[5]
▪已經使用這種技術發生改變的包括政府服務、交通管理、能源、醫療衛生、空氣和水污染。[6]
智慧城市是智慧的，不僅在於可以為城市居民提供智慧化的服務，也體現在對自然災害和日常資源利用等關鍵問題的響應能力。由於氣候變化對城市的影響越來越大，一個城市的應對能力將是關鍵區別指標。然而，對於政府來講，具有誘惑力的是重點關注幾個領域，比如用技術中心支持初創企業或建設幾個智慧綠色建築，隨後就可以宣佈其是智慧城市了。一個真正的智慧城市必須徹底再造城市環境，利用技術使城市居民的生活更美好，提供智慧就業、交通和生活，形成積極的環境影響（完全消除污染等），如完全不使用化石燃料發電。紐約已經在計劃如何加固曼哈頓島，對抗海平面上升和超級颶風「桑迪」這樣的暴風雨，而後者導致南部地鐵系統癱瘓數月[7]。智慧城市必須能夠按需動態響應環境變化。
智能協作：政府和公民一同努力
明智地使用信息和通信技術可以提高政府構建和完成（或未完成）智慧城市既定目標的透明度。然而，缺乏透明度可能會阻礙這些目標的達成。全球許多政府領導人故意抗拒透明化，主要原因包括腐敗和擔心失去工作等。
圖11–1 「BeijingAir」是美國大使館的實時空氣質量監測站的推特網賬戶
2008年，每個人都知道北京的空氣污染狀況很嚴重，但是無法量化污染到底有多嚴重。到2013年年初，中國成功地在超過70個城市建立了約500個PM2.5站點。當年晚些時候，中國承諾投入數千億美元用於潔淨空氣，並開始實施主要城市的污染減排目標。
由於繁文縟節和數據模糊化，政府和企業的官僚機構也可能阻礙智慧城市的發展進程。公民行動團體和社交媒體可以報道政府濫用職權的狀況，以此改善這種情況。這種報告透露，烏克蘭的敖德薩政府辦公室通常為外國企業的本地居住許可收取7000美元的賄賂，並且以類似的要求推遲了高科技設備進口。這樣的延誤干擾了該地區長官米哈伊爾·薩卡什維利的智慧城市計劃。因此，他解雇了參與其中的大部分工作人員，並用一個更精簡的組織取而代之。
城市居民通過社交媒體和個人智能設備參與其中是智慧城市的關鍵。事實上，馬克·迪金等著名智慧城市專家都認為沒有城市居民的參與，智慧城市是不可能完成的。越來越多的移動應用程序賦予了公民在突發事件和災難發生時報告犯罪行為、種族主義暴行、街道維修、腐敗以及泥石流、火災等危險狀況的能力。[8]推特網等社交媒體的信息輸入量可能是十分巨大的，紅十字會和其他組織也開發了能夠過濾和解析數量巨大的公民反饋數據的智能人工智能工具。[9]推特網一直與美國地質調查局和斯坦福大學研究人員進行合作，通過推特網的活躍程度實時測量地震影響，這一指標與美國地質勘探局監測的數據密切相關。[10]
基於人工智能用於智慧城市的新工具將很快提升城市管理的透明度和效率，同時顯著改善城市規劃和設計流程。美國國防部高級研究計劃局開發的協同行動規劃決策基礎設施（DICOP）使用因果模型和影響圖製圖法，以圖形顯示各種假設和資源如何影響規劃。可視化界面和三維模型可以讓城市管理者和規劃者瞭解複雜的關係，探索類似於「如果我們取消建設停車場，轉而部署公交取而代之會怎麼樣」這樣的假設。
智能交通系統
投資智慧城市技術可以獲得的最顯著回報可能是開車花費的時間、產生的挫敗感、成本以及二氧化碳排放變少。智能交通管理系統可以管理信號燈、繞路方案和交通流量。荷蘭在阿姆斯特丹智慧城市計劃中已經實施了名為「TrafficLink」（交通鏈接）的類似系統。在TrafficLink的幫助下，工作人員能夠監控交通狀況，並向路邊傳感器和車載顯示器報告情況。自系統實施以來，該系統已經將阿姆斯特丹的車輛消耗時間減少了10%。
圖11–2 阿姆斯特丹TrafficLink系統
圖片來源：Rijkswaterstaat Verkeerscentrale
在澳大利亞墨爾本，現有的基礎設施，例如鐵路道口使用道閘，極大地限制了城市實施智慧交通的能力。在市區的一些路口，高峰時段主要公路的道閘會佔用70%——80%的時間，每天總計會增加通勤人員16—20小時的工作時間。據估計，消除這種障礙之後，在道路基礎設施方面每投資一澳元會得到6澳元的收益。如果不重新設計交通系統、交通流量和城市道路、鐵路和運輸基礎設施的使用情況，就不能建設好智慧城市。
類似於Mobypark（莫比停車）這樣的系統使用停車場、停車庫和路邊停車位的傳感器，通過其網站和應用向荷蘭和其他國家實時報告可用停車位情況。找停車位平均需時20分鐘，而使用Mobypark之後時間將縮短一半。
許多智慧城市使用的另一項新技術是實時拼車，可以在很短時間內完成一次性共享乘坐。司機依靠GPS導航設備可以確定路線，乘客依靠智能手機可以在任何地方發出乘坐請求，優步依靠社交網絡在駕駛者和乘坐人之間建立信任，確定責任義務，完成了實時拼車。拼車減少了尋找車位和開出停車場所花費的時間，與站在城市路邊等候出租車的傳統方式相比，也節省了時間。
最終，有必要根據無人駕駛和智能車輛重新設計城市。因為人們會選擇共享汽車所有權，所以將不再需要那麼多停車位。因為需要更多的充電位，太陽能充電設備將隨處可見。正如我們在第8章中討論的，由於人類駕駛的安全性遠不如人工智能駕駛的汽車，城市要負相關責任，尤其要對與運輸相關的傷害負責，一些城市未來將限制由人類駕駛的汽車（或者收取高額費用）。在大學校園以及工業區，汽車將讓位給將人們運輸到公共交通系統的自駕車艙。智能公共交通系統將越來越多地使用太陽能供電，減少城市碳排放。
道路生態系統需要朝著有利於無人駕駛的電動汽車的方向改變。設想一下，電動汽車是未來的主要運輸方式，我們可以期待看到無線充電道路，甚至智慧公路界面。美國愛達荷州的一家公司正在從事太陽能供電公路方面的研究，具有指示標和動態車道管理等動態智能和自適應能力。英格蘭公路局宣佈，正在進行有關電動汽車駕駛過程中無線充電的試驗。
圖11–3 智慧無線充電道路正在英國投入試驗
圖片來源：英格蘭公路局
隨著人工智能、動態車輛路徑規劃和調度的使用不斷普及，公共汽車和火車也將自動化。人工智能將駕駛公共汽車和火車，由於無須考慮疲勞駕駛和超時工作，這些交通工具的服務時間將更長。智能電動交通系統和車輛的維護與操作成本也將降低。不需要考慮司機的成本，而且與典型的內燃機及相關的動力傳動系統相比，電動機需要的維護更少。
大型城市中心的智能交通網絡將像一個活的有機體一樣運作。小型自動駕駛汽車和艙將在校園和購物區運行，將人們運送到等車的地點或公共交通站。公共交通將根據需求、天氣和其他考量不斷優化，按照人工智能控制器的指令，實時聽憑調遣並做出反應。由於在城裡擁有自己的內燃機汽車越來越過時和費錢，停車場和車庫將開始減少。
這聽起來是不是很像科幻小說？20年之後，生活在智慧城市裡的居民將可以期待這種類型的智能交通網絡成為現實。不僅是因為它將為居民提供更好的交通運輸功能，更是因為智能交通網絡的運行維護成本僅僅是當前公共交通系統的一小部分。
圖11–4 類似於下一代吊艙的模塊化智能交通系統將取代傳統的公共交通和車輛
圖片來源：下一代未來交通運輸公司
智能電網和能源系統
智慧能源涵蓋了廣泛的技術和方案，包括經過改進的電力傳輸和監控，以及家庭和辦公室區域的分隔。可再生能源對於智慧城市的居民來說非常重要，幾個關鍵原因如下：
▪減少空氣和水污染，有利於健康和生產力。
▪降低成本（隨著太陽能和其他可再生能源成本的下降）。
▪恢復能力，即使在超負荷、自然災害或恐怖主義行為等網絡干擾情況下，依然具有供電能力。
使用可再生能源對人們的健康有巨大的好處，可以拯救成千上萬人免於疾病和死亡的威脅。正如我們在前文指出的那樣，過去10年裡可再生能源發電效率大幅提升，在成本方面已經可以與化石燃料發電媲美。在太陽能和風能發電方面，德國一直走在世界最前沿，污染減排效果顯著。然而，2011年日本發生地震和海嘯之後，德國政府選擇關閉其大部分核動力發電設施，燃煤電廠的二氧化碳排放量激增，抹殺了之前已經到達的削減目標。
廣泛使用可再生能源面臨的另一個主要挑戰是存儲——存儲產生的多餘電力，供光照不佳或風力不足時使用。人們正在使用多項技術方案來解決這個問題，包括電化學存儲（使用電力生產並存儲氨，隨後可以將其作為燃料使用，不會產生二氧化碳排放）、電池存儲等。特斯拉正在美國內華達州的超級工廠開展這方面工作，同時也在全球範圍內追蹤多個電池項目發展。
現在，我們在追蹤世界各地約60個開發更好的電池的項目。其中一些從長遠看前景不錯。我們將這些項目從1至5打分，得到5分的，我們將與其建立生意夥伴關係，得分為1分的那就沒有意思了。
埃隆·馬斯克，Tech Insider網站，2015年11月10日
也許並不奇怪，最近幾年，日本一直在可再生能源的有效存儲方面開展前沿研究。福島核事故發生後，核電站的關閉導致電力產能下降了約20%，日本已經在全國建設大量太陽能發電站，但必須找到一種方法來存儲能量，供多雲時和夜晚時使用。三菱電機公司為此組裝了50兆瓦和30兆瓦的電池系統，政府資助這兩個項目的費用高達2.57億美元。美國可再生能源公司SunEdison的首席執行官艾哈邁德·夏蒂拉（Ahmad Chatila）說，可再生能源存儲技術不斷改善是太陽能發電的智能能源管理的關鍵。
我們現在能夠開發的最重要的技術就是存儲。
艾哈邁德·夏蒂拉，SunEdison首席執行官
可替代智能能源系統將包括：
▪分佈式發電網絡（恐怖主義襲擊和自然災害時具有恢復能力）
▪燃料電池發電/存儲系統
▪小模塊釷反應堆（集裝箱大小的反應堆功率為每小時300兆瓦，能夠滿足4.5萬家庭用電需要）
▪為摩天大樓和政府大樓安裝透明的太陽能電池（光伏窗玻璃）
▪沿海城市建設擋浪牆，利用潮汐發電
智慧醫療衛生
正如在第5章中討論的，移動健康監控系統的最新技術發展——也叫移動醫療，囊括了能夠追蹤病人生命體征和病情的穿戴式傳感器和算法。在第5章我們還分析了這背後的消費者觀點，而充分利用這些數據的城市與沒有這樣做的城市相比具有巨大的優勢，尤其是在降低醫療衛生的開支方面。
當前在美國和阿聯酋等富裕國家，肥胖已經成為一種流行病，2型糖尿病患者人數急劇增加，相對應的就是醫療費用激增，曠工現象激增。因此，對於城市來說，支持移動醫療的發展和實施越來越重要。
最大的問題是醫療衛生的政治問題。在美國，醫療衛生僅限於得到授權並且通過聯邦藥物管理局的嚴格測試的大藥廠和醫療機構。移動醫療和智慧城市需要打破這些範式，才能提高效率。新興健康科技產業主要關注的是使用基因分型、生物識別追蹤、微流體、以芯片為基礎的實驗室測試等技術，以及個性化的風險評估來協助疾病預防或促進行為改變，而不是為了推動疾病治療和弄清楚各種疾病的症狀。這些技術將減少費用高昂的重大健康事件發生的可能性。新興的健康科技系統很有可能與著眼於治療疾病的產業相衝突，其關注的是以預防疾病為目標的病理學和診斷學。
城市政府必須解決隱私問題和數據共享規定，以便推動健康科技茁壯成長，為城市居民提供智慧醫療系統。贊成維持現狀、支持藥品集中機制和制度化醫療衛生的阻力自然會阻礙城市智能化。
未來的智慧城市將與設備、傳感器製造商以及以人工智能為基礎的私人健康數據庫串聯，建立醫療系統，減少長期的醫療負擔。基因療法、個性醫學和智能藥物技術等技術無疑將成為治療方案的一部分，但對於城市而言，真正的難點是改變城市居民的行為，從整體上將醫療衛生問題減少或最小化。成本將僅僅是今天那些醫療系統的一小部分。
在這樣的未來，奧巴馬醫療改革將不再是一個問題，因為醫療費用將被大大縮減。我們可以稱之為社會主義2.0——這樣的社會醫療不需要按往常預計的大量預算。
智慧減污
水和空氣污染是現代大都市面臨的一大挑戰。雅加達、北京和墨西哥城等大城市有數以萬計的人們由於污染而生病。舉個例子，2004年在雅加達的測試表明，46%的疾病與呼吸系統有關，與空氣污染有關的疾病導致每人每年的工作時間減少4天。此外，每年整個印尼約5萬名居民死於水傳播病原體[11]。全世界，每年超過200萬兒童死於水污染，其中很多居住在非洲和亞洲的大城市。
包括可連接到移動設備的緊湊型設備在內的新一代智能傳感器可以幫助城市監測污染水平，並減少與污染有關的健康成本和福利成本。0–50ppm（體積濃度）被認為是「好」，而超過201ppm則是「非常不健康的，須提醒居民」。隨著時間的推移，城市以及居民必須承擔這一成本：公民醫療費用增加、情緒失落以及心理影響。
智慧城市將監測空氣污染水平，採取積極措施並將其控制在安全水平以下。為了提防政府或公用事業公司故意偽造數據，市民應該利用這些污染傳感器，參與公佈真實數據的社交媒體網站。連接到智能手機的空氣污染傳感器向公眾提供可隨意獲取的眾包環境地圖。這類地圖不僅可以記錄城市整體水平，還可以提供大城市各區域的數據，因為一個地理區域的污染可能變化很大，隨著時間的推移也具有很高的可變性。
這方面最有前景的技術包括能夠淨化城市周邊空氣的局部除碳或封存技術。波士頓正在試驗一種叫作「人造仿生樹」的除碳人造樹，這種人造樹利用了濕度搖擺（humidity swing）技術，能夠從大氣中移除二氧化碳和其他微粒。像亞伯達省卡爾加裡的碳工程（Carbon Engineering）這樣的初創企業正在研究如何更大規模生產直接捕獲二氧化碳的設備材料。設計師丹·羅斯加德（Daan Roosegaarde）最近部署了有史以來建造在荷蘭鹿特丹的最大的空氣淨化器。該淨化器是一座能夠每小時清潔30000立方米污染的塔形淨化器，然後將細顆粒變成能夠鑲嵌在戒指和紐扣等製品上的微小「寶石」。喬治·華盛頓大學的一個研究小組更進一步，他們正在研發通過捕捉大氣中的二氧化碳來產生高收益的碳納米管的辦法，生產的碳納米管可以在建築業和製造業中使用。
當然也有可以在短期內解決水污染的低成本的新選擇。適用於家庭和社區的新型低成本的淨水設備可以去除大多數類型的危險化學品、寄生蟲和細菌。智慧城市應該提供這樣的設備以便在人為或自然災害等因素造成的水體污染情況下提供淨水。這方面已經取得了一些進展。例如，坦桑尼亞的科學家阿斯科沃·希龍伽（Askwar Hilonga）博士發明了一種水過濾器，利用納米技術過濾99.9%的污染物、細菌、微生物和病毒。
在坦桑尼亞900萬戶家庭中有70%沒有使用任何類型的過濾器。市場空間很大。想想看，僅在坦桑尼亞就有900萬戶需要淨水器的家庭。再想想肯尼亞、烏干達、埃塞俄比亞、撒哈拉以南非洲、印度等其他地方。所以市場是非常大的。[12]
阿斯科沃·希龍伽博士，路透社
一個這樣的過濾器製造成本約為100美元，安裝後每天能夠滿足一個家庭，為其提供數升潔淨水的需求。
有了智能材料與納米技術，我們將可以建造非常有效的過濾系統，用比現今更低的投入讓我們的空氣和水更潔淨。隨著氣候變化對地球的影響日益增加，而守舊者在決策方面逐漸失去影響力——無法保護現有產業，地球工程學將成為廣受千禧一代及其後代歡迎的職業。
智能應急響應系統
當緊急情況或災害發生時，保護公民安全是智慧城市面臨的一個主要挑戰。消防員、護理人員、執法人員和醫療小組等團隊被統稱為「首批響應隊伍」。災難發生後，協調和部署這樣的首批響應隊伍的能力可以在「事件響應」（災難中和災難發生後不久）和「災後恢復」（災難發生後的幾周）過程中挽救成千上萬人的生命。
災難發生時，智慧城市面臨的挑戰包括：
▪缺乏綜合規劃
▪在災難期間，通信質量很差，或者通信中斷
▪不同機構（聯邦、州、地區）無法協調工作
過去10年，「卡特裡娜」颶風、海地地震、印尼海嘯等數百個類似災難已經充分體現了無法應對挑戰造成的後果。幸運的是，信息與通信技術解決方案可以在這方面起到作用。
整體規劃方案要求消防部門、當地警察、醫護人員、醫院、市和州政府以及聯邦政府等不同的機構必須共同完成，使用共同的術語和設想。而現在的規範是這些機構中每一個都有自己的一套獨特的方案，即「silo」（導彈發射井，距離遠、相對獨立的環境）。當危機爆發時，這些將導致響應混亂。[13]
過去綜合通信是一個問題，因為首批響應隊伍的每個小組都有自己的模擬設備。在過去的幾年中，例如，洛杉磯的治安部門、警察局、高速公路巡警以及消防部門的工作人員在緊急情況下無法互相通話，因為他們的一系列設備依照不同的合同和採購流程購買，所以無法兼容。
災害期間，不同機構無法協同行動導致了可怕的後果。「卡特裡娜」颶風發生的時候，警察局召喚應急的技術人員來修復各種基礎設施，但是高速公路巡警堵塞了通往新奧爾良市的道路，導致技術人員無法就位。1999年土耳其伊斯坦布爾市附近的伊茲米特地震發生後，不同的響應機構不僅無法協同工作，還在公交車和直升機等關鍵資源的控制權方面出現了衝突。由此產生的混亂導致響應速度減慢，造成死亡人數超過三萬人。2009年澳大利亞發生的「黑色星期六」森林大火災也出現了類似的混亂狀況，不同的機構有時會相互阻礙對方的工作，一個工作組甚至將其他工作組標記為疏散路線的高速公路關閉了，最終造成173人死亡，數百人受傷。
智慧城市將要求所有相關機構必須使用具有恢復能力從而減輕偶發傳輸損耗的智能設備，使用通用術語，共同規劃，經常一起培訓和鍛煉，以及使用危機爆發時常用的系統來克服這個問題。位於新茨達德的裡約運營中心，即里約熱內盧公共信息管理中心就是智慧城市災難管理系統的一個例子，它不只是在災害發生時運行，而是每天都在運行。
這套為裡約市區和郡縣研發的由系統支持並應對災害的綜合規劃，將警察、軍隊、醫療服務、電力設施、道路建設以及可以參與到救災及重大事件的機構聯繫在一起，以便應對該地區在暴風雨和颶風期間可能會發生的洪水和泥石流，或者協調一年一度的裡約狂歡節期間的交通、安全和服務。
該運營中心是在市長親自支持和參與下完成的，以便2014年世界盃和2016年夏季奧運會期間得以使用。由於該系統用於日常生活，整個城市的運營商都彼此熟識，當危機或自然災害發生時，不需要按照慣例用4—8小時「讓大家認識你」。還有第二個好處：由於各團隊都瞭解不同突發事件發生時，「誰做什麼，以何種順序」，因此一旦得到預警（例如，颶風預警報告），就可以自動發送命令，而不是消耗幾個小時，先撰寫命令、檢查命令、批准命令，再向十多個運營者和應急人員發佈命令。
圖11–5 裡約運營中心
圖片來源：IBM 智慧城市
裡約的綜合規劃實現了規模經濟，減少了重複操作。裡約市長說：「為什麼下水道部門、電話公司、自來水公司、道路部門要在同一條道路上挖5次？讓他們協調一下，挖一次就完成所有的工作！」哇，這不是常識嘛！
裡約對系統的投入包括能夠追蹤降雨和天氣情況的傳感器網絡。此外，採用的預測模型可以提醒領導者將會發生什麼事情，而不是在事件發生後做出反應。該系統可以預先設定向政府機構和民眾（通過手機短信、電子郵件）發出惡劣天氣或其他突發事件的警報。正如前文所述，該系統也支持任務派發，可以自動向相關組織發送詳細的命令或任務，持續跟進驗收、加工和完成任務。不僅如此，該系統也可以接收公民報告停電和危機事件的短信與其他反饋。因此，它為大眾積極參與到街區的安全和正常運作提供了平台，也讓人們感受到，政府領導人十分關心他們的反饋。
增強城市
信息通信技術有很多種方式可以增強和提高智慧城市公民的生活質量，包括智能無人駕駛飛行器——也稱為無人機、增強現實技術等計算機增強顯示、政府和行業人工智能決策輔助設備等。下面我們將看到智慧城市中具有潛力的兩個例子——增強現實和無人機。
城市中增強現實的潛力
將增強現實用於智慧城市的優勢在於，它可以在一個物理坐標點用數據和圖片改善現實世界的視圖，幫助用戶更好地瞭解位置、購物信息或駕駛選項以及正在注視的真實對象的歷史背景。因此，應用在出差、旅遊和瞭解當地文物方面，再合適不過。
增強現實圖層的常見和有效應用是尋找停車點，或者找到已停車的位置。例如，幫助用戶定位他們的汽車的APP支持現實世界視圖（通過手持的攝像頭），而疊加圖層可以引導他們，從而找到自己的愛車。
圖11–6 一個真實街區的歷史視圖圖層
在智慧城市裡，增強現實對訪客和遊客來說特別有用，因為他們不熟悉城市，討厭對目的地進行無效搜索。下面是一些增強現實APP實例：
▪Wikitude：一款內容來自城市查詢網（CitySearch）和維基百科以及用戶生成信息等內容源的增強現實聚合器。用戶可以選擇類別進行搜索（例如餐館、景點），並查看其他人的Flickr（網絡相冊）照片和評論。
▪Yelp Monocle：通過點擊安卓手機屏幕底部的「更多」標籤訪問。垂直拿著手機會顯示企業信息和評論，而水平握著手機則會顯示地圖視圖和路線。
▪Metro AR Pro：位置感知型APP，會自動檢測所在城市，展示地鐵等公共交通站點。
▪WhatWasThere：顯示你所在的街區過去的樣子。
▪谷歌搜索：旅行者可以點擊「搜索」，拍下包含目標對像更多信息的照片。隨後，該APP會下載價格、路線、歷史和其他數據。為外文標識拍照就可以提供快速翻譯。
每個大城市常常都有豐富的文物和文化地標，包括紀念碑、博物館、藝術展和地標建築。不幸的是，只有少數城市居民充分體驗過這樣的奇跡。往往博物館展示的物品描述不多，大量展品（通常超過95%）鎖在地下室裡。增強現實技術能讓這些展品鮮活起來。畫中的人會「走出牆壁」，並講述自己的故事，雕像能講述自己的歷史，恐龍等動物骷髏能活過來，老老少少都能從中獲益。
智慧城市可以使用增強現實來教育城市居民，永葆文化根源和傳統。城市對這方面工作的支持包括與教授視頻遊戲、虛擬現實、增強現實、信息和通信技術與其他相關技術的教育中心以及博物館、戶外藝術展覽、古跡、文化中心和人口密集區域等城市特色機構建立夥伴關係，這不僅有助於居民掌握工作技能、發展創新，還可以為智慧城市帶來生機。Meta和Magic Leap等個人平視顯示設備的出現無疑將使智慧城市在應用增強現實技術方面更具創造性。
圖11–7 美國國家地理頻道與迪拜購物中心已經把增強現實應用到購物體驗中
圖片來源：美國國家地理頻道
智慧城市中的無人機
民用無人機應用迅速增加。2014年之前，幾乎所有的無人機都只用於軍事目的：偵察、武器投放和特殊載荷的隱蔽運輸。只有十幾家民用企業獲得美國聯邦航空局許可，可以在美國境內使用無人機，而這些大多都裝載在封閉設備中用於航拍。如今，這種情況已經發生了根本變化。2015年上半年，就有超過500家公司獲得了使用無人機的許可，具體用途包括農場監測和維修、安全服務以及鐵路與管道巡查。
供應商的數量也在迅速增加，航空公司專為政府用戶製造的無人機系統十分昂貴，而現在數百家創業公司正在為其提供更多替代產品。另外一些創業公司正在設計電子產品，用於無人機控制、數據分析和顯示，比如支持人工智能、同時控制多架飛機的軟件。
國際無人機系統協會認為，無人機將在美國、歐洲和亞洲廣泛使用，主要功用包括農作物監測、大氣研究、石油和礦物勘探、國界和安全防護監控、執法巡邏等。最近公佈的無人機詞典（Drone/UAV Dictionary）列出了無人機的300種主要應用。
有幾種類型的無人機可能對智慧城市有益。此處並不是推薦下列無人機，列舉它們僅僅是說明尺寸和功能。應用於城市的無人機類型包括：
▪以「大疆精靈3」為代表的輕型電動四驅無人機，用於警衛巡邏和執法、攝影以及巡查服務。
▪以Aeronavics公司的SkyJib和Quadrocopter公司的CineStar為代表的輕型電動無人機，具有足夠的起吊能力，能夠支撐專業相機設備，完成短距膠片錄製和電視電影攝影。每台成本在一萬美元左右。
▪以霍尼韋爾公司的T-Hawk為代表的中型無人機可供更多領域使用。T-Hawk已經在美國陸軍和海軍服務得到應用，爆炸物處理專家使用它來獲取危急情況概況。例如，人們使用T-Hawk來獲取福島第一核電站的近景圖（2011年大地震和海嘯襲擊了日本，使福島第一核電站嚴重受損）。
▪當智慧城市位於湖畔或者海岸線上的時候，以俄羅斯製造的Chirok為代表的無人機可以協助水上救援。Chirok既可以在20000英尺（6100米）的高度飛行，也可以依靠風扇產生的空氣氣墊懸停在水面上。憑借660磅（272千克）的有效載荷，它最多可以對三人開展救援，或者將重要設備運送到地面或海洋的任何地點。
▪以奧地利西貝爾公司的Camcopter S-100為代表的可負重110磅（50千克）的中型無人機。該類無人機主要用於執法和監視，其系統結構緊湊，高3.6英尺（1.1米），可飛行6小時，航程可達124英里（200千米）。它可以在城市範圍內運送緊急貨物或包裹，如空投緊急醫療用品等。該系統可手動或全自動飛行，可攜帶晝/夜傳感器組件。在第4章中，我們已經舉了一個例子，即救護車式無人機可以在緊急情況下空投除顫器或者急救箱。
圖11–8 奧地利西貝爾公司的Camcopter S-100無人機
圖片來源：奧地利西貝爾公司
將兩三類無人機組合在一起有助於打造智慧城市。
▪在城市範圍內運送高價值貨物，交通暢通無阻。
▪在陸地或海上開展搜索和救援操作。
▪對石油和天然氣管道等關鍵基礎設施展開檢查。
▪進行白天/夜間執法巡邏。
▪將普通車輛無法運送的設備運送到急救人員、醫務人員或其他人員手中。
美國疾病控制與預防中心和微軟研究院已經聯合推出了一個無人機項目，搜集蚊子並進行基因測序和病原體檢測。美國政府認為，「這項技術將有可能成為媒介傳播疾病暴發時的早期預警系統，有可能幫助衛生官員應對氣候變化對公眾健康的影響」。近期另外一個無人機應用是預測全球野火。未來的智慧城市將催生無人機的許多新用途，這不僅可以服務於城市居民，也將創造新的商業和創業的模式與潛能。
人工智能會成為智慧城市背後的「智慧」嗎
智慧城市使用現代信息和通信技術來提升城市居民的健康、安全、學問、就業和娛樂機會及可持續發展水平，並與他們積極互動。智能傳感器網絡、通俗易懂的圖形顯示器、高分辨率智能手機、增強現實系統、智能無人機和物聯網等新技術為協同解決問題以及開展互惠互利的集體行動提供了新渠道。麻省理工學院的城市實驗室（Cities Lab）等研究中心是創新的「深水井」，而阿姆斯特丹、哥本哈根和巴塞羅那等城市則是智慧城市高效發展的先驅，可以提供經驗教訓和最佳做法。
把我們的城市改造成未來的智慧城市，將需要通過機器對機器的解決方案和實時數據分析將技術與主要的數字化發展整合起來。智慧城市必須建立在以光纖和高速無線技術為基礎的基礎設施之上。這些基礎設施使得智慧社區的建設成為可能，將各個家庭連接起來，支持智能交通系統、移動醫療、電子政務、大規模在線開放課程/教育、智能電網和智能能源解決方案等。構建智慧社區的核心是打造自主運行和實時響應的基礎設施。無人機、智能急救車和機器人，能夠將反饋傳送到傳感器網絡中相應的算法或者人工智能以便完成資源分配。
人工智能將不僅是智慧城市的一個支柱，也是處理所有傳送回智慧城市運營中心的傳感器數據所需要的。人類只會大大拖延進程。20年之後，人們將依靠強大的人工智能運行智慧城市。20—30年內，我們將見證人工智能掌控下的智慧監管——法律和執法、資源分配、預算編製以及由獨立於人類委員會和投票表決的算法完成的最優決策。由投票產生的人工計數將是過去的事情，因為公民將通過BYOD（自帶設備）完成投票。而這僅僅是開始。
50年之內，地方和州政府的黨派政治將讓位於主要依靠或完全依靠算法的委託治理。投票程序是當下治理中的一種低效機制。對美國聯邦政府而言，在廣告、集資、成千上萬小時的辯論、分析、公關等活動中的花費高達數十億美元。最終，人類終將發現在選舉領導人的過程中，這樣的資源分配與使用化石燃料發電和人工駕駛公交車或火車的效率是一樣的。政府將是被顛覆的行業之一，而人工智能將是這種顛覆的關鍵。
不幸的是，如今這樣的智慧城市仍然是例外而非標準。居住在大城市裡的居民不得不面臨水和空氣污染、大規模腐敗、交通事故、自然資源枯竭、醫療條件差和不斷增加的對自然災害的無效響應等負面影響，每年數百萬人因此喪命。智慧城市可以提供一個更好、更安全的世界。智慧城市是我們迫切需要的，不僅能增強人民的體質和智慧，而且有助於整個地球的可持續發展。
[1]資料來源：美國人口資料局。
[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]資料來源：聯合國兒童基金會的研究。
[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]在遭到颶風「桑迪」襲擊之後，時任紐約市長的邁克爾·布隆伯格發起了一項總耗資195億美元的氣候恢復計劃，旨在保護紐約，減少類似事件和一般性氣候變化對城市的影響。具體參見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]參見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]資料來源：路透社2015年9月28日的文章《坦桑尼亞的工程師發明低成本的水過濾器》。
[13]Z.Baird et al.Nation at Risk:Policy Makers Need Better Information to Protect the Country(Washington,DC:Department of Defense,2009).