联合智慧城市：可持续、对社会负责、安全

- 1 - 2022!10"10# $40% &$559% 联合智慧城市：可持续、对社会负责、安全 !"#$%今年6月，美国战略与国际问题研究中心（CSIS）首次发布《联合智慧城市：可持续、对社会负责、安全》。报告认为，人口增长和快速城市化正在重塑全球网络，并推动发达经济体以外对数字基础设施的需求。发展高标准的智慧城市模式有助于振兴美国基础设施，缩小全球数字鸿沟，弘扬数字基础设施的民主价值观。报告审视了智慧城市模式的三大关键技术：光 缆、人工智能和量子技术，还提出要充分利用国内投资、加大能力建设力度、协调美国与盟国私营企业、协调盟国数字政策和主导标准制定等建议，以确立全球智慧城市的首选技术和标准。赛迪智库网络安全研究所对该报告进行了编译，期望对我国有关部门有所帮助。 !&'(%智慧城市 光缆 人工智能 量子技术 )) - 2 - “智慧城市”既是全球经济数字化转型的焦点，也是美中两国竞争日益激烈的领域。为了抵消中国在“智慧城市”的先发优势，在2021年3月的《2030年全球网络》报告中，美国战略与国际问题研究中心（CSIS）经济计划中的“重连亚洲项目”建议美国及其盟友推动高标准的智慧城市模式。本文检视了《2030年全球网络》报告中提到的智慧城市模式的两项基础技术：光缆和人工智能（AI），同时还研究了可能在智慧城市发展中发挥重要作用的第三种技术：量子技术。另外，为帮助美国及其盟友的政策制定者，本文还就如何促进最佳治理实践以及确立全球智慧城市的首选技术和标准提供了建议。 '()*+,-./01234 人口增长和快速城市化正在重塑全球网络，将推动发达经济体以外的数字基础设施需求。到2030年，全世界每10个人中将有7个人居住在城市，且其中96%的城市化将发生在东亚、南亚和非洲的欠发达国家。这种趋势将会加剧美中两国在第三世界市场的商业竞争，各国政府必须决定采取哪种通信和技术治理体系。这场竞争对于发展中世界至关重要，他们在互联互通解决方案需求方面存在巨大缺口，而中国企业已然占得先机。 本文中，“智慧城市”是一套城市技术体系，可以收集和分 - 3 - 析传感器数据，制定以数据为导向的决策，并影响相关政策出台。在人口稠密地区，更便宜的传感器、更快的网络以及物联网（IoT）接入设备的普及，可以为交通、污染等长期存在的城市问题带来创新型解决方案，这些技术共同构成了“智慧城市”的基石。 开发高标准的智慧城市模式，既有助于成功振兴国内基础设施，又可以消除全球数字鸿沟。高标准的智慧城市模式（见图1）必须具备以下几点：商业上可行、节能、对社会负责、安全且可互操作。 来源：作者分析 *1+,-./01 然而，在运用新兴技术实现发展目标的过程中还存在重大的非技术性障碍。许多城市都无法提供基本的服务和基础设施，因此，愿意从根本上改变城市的政策方针是采用全新数字系统的前提条件。中国已经在推进数字丝绸之路，在华为、海康威视等领军企业的带领下，在各个伙伴国建立并实施了完整的数字基础设施系统。中国企业深入其他竞争对手忽视的市场，以更低的成本智慧城市蓝图安全坚持网络安全和数据治理的成熟做法可互操作与多家供应商构建的其他智慧城市技术合作商业上可行在全球市场范围内具有竞争力节能减少城市的碳足迹对社会负责透明且无障碍的技术，以加强民主规范和社会价值 - 4 - 提供产品，从而不断扩大市场份额。在整个非洲，仅华为一家就提供了大约70%的第四代（4G）电信网络。 中国企业通过提供具有吸引力的硬件基础设施和软件服务组合，在智慧城市技术出口方面取得了先发优势。华为等企业可以提供一个全面的智慧城市体系，即以“安全城市”为品牌，承诺减少犯罪并提高经济效率。对隐私保护和数据安全较为重视的国家，比如美国、英国和日本，也购买并安装了中国智慧城市套餐的部分产品。据估计，全世界半数的智慧城市都位于中国。中国已将智慧城市提升到了国家战略层面，并将其发展视为中国未来经济与城市发展规划的支柱。借助本国智慧城市的发展，中国开展了数百个试点项目，通过反复试验和改进，培育了环环相扣的技术生态系统。数字丝绸之路已经成为中国智慧城市出口的国际渠道。 5(67389: 智慧城市将建立在由多种新兴技术构成的大型动态生态系统之上，其中光纤和人工智能是广义上智慧城市技术的重要组成部分。作为其他多项应用的支柱，美国在确保光纤网络开放和可互操作、支持竞争市场和“即插即用”模式方面有着巨大的商业利益。而在人工智能方面，随着自动化系统在城市基础设施中的应用，美国及其主要合作伙伴必须界定并实施以价值观为导向的方 - 5 - 法。量子技术尚处在发展初期，可能无法成为政策制定者的首选，但有大量证据表明，该项技术有助于使智慧城市变得更加安全、高效和具有经济活力。而且中国在该领域也具有研究和资金优势，量子技术的民用和工业应用前景使其值得被纳入核心战略考虑。 （一）光缆1 光缆是集结成束的玻璃丝，可通过操纵光粒子远距离传输信号形式的数据。光缆属于关键基础设施，可以埋入地下、浸在水中、架在手机信号塔上，用以连接数据中心、企业、家庭和国家。这些大型光缆网络构成了互联网、信息通信技术和智慧城市技术的骨干，提供了数据流动的“管道”，并在投放宽带和5G网络方面发挥着关键作用。 与依靠电子信号运作的传统系统（比如铜线）相比，光纤所使用的光子技术具有关键优势。光的移动速度极快，使得光纤能够以每秒超过178太比特的速度传输数据，比美国家庭的平均网速快一百万倍。光缆还拥有更低的延迟，以及更少的信息丢失，比铜线的能效高出85%。 光缆将为量子网络提供必要的底层基础设施，以及用于构建复杂人工智能模型的大量数据。现有城市网络通过混合使用光纤、铜和其他类型的网络基础设施，分多个环节将光信号转换成电子 1 光缆主要由光纤和塑料保护套管及塑料外皮构成，光纤是光缆的一部分，在工程运用中二者经常不严格区分。 - 6 - 信号。智慧城市需要节能、高效、超低信息丢失和超低延迟的系统来支撑，而这些是传统基础设施无法做到的。 光纤网络将支持智慧城市中的多项关键服务。其中最重要的三个分别是宽带传输、光纤传感以及为其他智慧城市服务提供底层基础设施。 1、宽带光纤 光缆最具影响力的功能是提供宽带服务。互联网投放经历了若干个演进步骤，光缆取代了“电缆”互联网，如同“电缆”当年取代了数字用户线路（DSL）和拨号上网。尽管光纤有许多优点，但前期建设却需要大量投资。光缆的铺设成本可能高得令人咋舌，尤其是在不规则拓扑和终端用户密度较低的地区，比如乡村环境。美国交通部估计，部署光缆的平均成本约为每英里2.7万美元，其中90%花费在路面挖掘和埋设环节，而不是光缆本身的建造成本。尤其是安装“最后一英里”光纤和宽带传输的成本过于高昂，对乡村和更广泛的区域接入宽带网络构成了挑战。而这一挑战对于未来物联网服务的扩展和“智能区域”的创建至关重要。 但即使在城市环境中，宽带的广泛采用也并不能仅仅依靠光缆，还需要取决于用户是否有能力购买互联网服务和上网所需的硬件，以 及 是否具备上网所需的技术素养。例如，在中非共和国，一个月的互联网接入费用可能是该国人均年收入的1.5倍以上。 - 7 - 又例如，在作为智慧城市实施标兵的纽约市，尽管光纤已然非常普及，但仍有大约40%的居民无法使用宽带。智慧城市的概念建立在互联互通的社区之上，如果没有快速且经济的互联网接入，用户就不会支持智慧城市服务市场的发展。 由OneWeb和SpaceX等企业所倡导的低地轨道（LEO）卫星，是最接近市场实施的下一步宽带投放进展。虽然低地轨道卫星有可能会减少城市对光纤网络的依赖，但两者更可能会协同工作，弥合全球在互联网投放方面的差距。低地轨道卫星可在偏远地区和复杂地形中发挥更强的作用，而光纤则在成本和性能方面具有优势，所以卫星链路将很难完全取代光纤链路。 来源：国际电信联盟《衡量数字发展的事实和数字2021》；联合国贸易和发展会议（UNCTAD）《2019年数字经济报告》 *2+234567 2、光纤传感技术 数字鸿沟到2030年的投资需求全球仍有超过三分之一的人口不能上网。估计需要4280亿美元的数字基础设施投入，其中包括：260万个4G基站；70万公里的光纤，足够绕地球17圈以上；对现有网络的持续运维。 - 8 - 智慧城市的一项基本功能是收集数据，以供分析并帮助做出实时决策，其中传感器是信息收集工作的关键。光纤传感技术（FOS）可以使用光缆本身作为传感元件，利用光子沿光纤传播的物理特性来检测温度、压力、位移和其他参数的变化，实时、连续地监测周围环境。只需将询问器（人工智能数据收集终端）插入光纤，就可以将一条光缆转换为成千上万的传感器。 光纤传感技术可用于多种智慧城市应用，包括基础设施和交通监控、环境测量以及医疗保健应用等。该项技术还被石油和天然气行业广泛采用，其中光纤被用来监测管道沿线的压力和温度，以进行预防性泄漏检测和管道流速测量，而传感器可以实时通知维修人员，无需等待检修车排查，从而最大限度地减少维修成本和对环境的破坏。 与其他传感技术相比，光纤传感技术在成本、能耗、质量和隐私保护方面具有显著优势。光纤传感不会干扰光缆的常规功能，允许同时进行宽带传输和传感，其系统的复杂度和成本较低，只需使用已有基础设施，很少需要增加设备，这使得光纤传感技术在商业上成为了可行的解决方案，能够满足大部分智慧城市的数据收集需求。光纤传感器也只需满足询问器所需的电力便能运行，从而极大地减少了能源消耗。 相比于其他传统技术仅限于沿临界点收集信息，沿光纤线路 - 9 - 长度的连续监测信息能够对环境有更深入的了解。加州的各县已经在利用光纤传感技术，通过监测干旱期间的水位和模拟地震活动来应对气候事件。沿着加州断层线铺设的连续光纤收集的数据填补了通常相隔20英里或更远的传统传感器留下的大量空白。光纤传感技术设计还只允许其收集不可识别的环境数据，从而减轻关于收集个人身份信息的隐私疑虑。 3、光纤是智慧城市技术的支柱 光纤拥有带宽潜力近乎无限、抗电磁干扰、低延迟等诸多优势，对于发挥5G和更广泛的智慧城市集成的优势至关重要。随着宽带和光纤服务需求的不断增长，光缆网络将在城域范围内扩展。专用光纤被应用在不同领域，通过改变光缆内部玻璃丝的形状和数量来优化性能。这些光缆在建造时需要考虑到互操作性，以支持光信号、电子信号以及不同类型光学设备之间的转换。保证不同供应商制造的光缆及其连接器之间的互操作性，对于支持当前和未来智慧城市技术的“即插即用”模式是必要的。确保网络的互操作性还能降低对单一供应商的依赖，避免拆除和更换光缆所带来的高额成本。一旦光缆线路建成，运营商可以通过企业规定或技术设计，在某种程度上垄断光纤使用权。维持公共出资的光纤网络的开放接入政策，可以破除光缆运营商对于决定谁可以“插入”和使用网络的垄断，确保网络的公共基础设施属性，并为 - 10 - 依赖光纤可用性的智慧城市应用营造市场化的环境。 （二）人工智能 广义上讲，人工智能是一组算法或自动规则，通常能够实时处理信息，以做出决策和实施行动。光缆连接着城市的端点，量子技术将推动依托于光纤网络的服务和应用，而人工智能将影响数据通过城市基础设施的流速和形式。人工智能模型可帮助决定收集哪些数据，以及如何对这些数据进行存储、组织、处理、转换和治理。随着城市数据体量和质量的增长，人工智能将协助对收集到的信息进行分类、处理和操作，以帮助市政决策者实现政策目标。 人工智能在城市规划和服务中的应用将产生广泛的影响，并有可能重塑各相关方的思维和行为方式。人类将人工智能系统置于何种环境，以及如何与之互动，将决定该项技术的功效和伦理意义。决定在哪些智慧城市基础设施中实施，以及如何实施，都需要考虑各种因素，且其中的风险未必相同。这些决定将在很大程度上取决于地方政府的政策重点、风险承受能力和其他基于价值观的考虑因素。 确保人工智能决策的伦理范式符合民主和更广泛的社会价值观，已被证明是广泛采用该项技术的一大障碍。在自动化语境中，其伦理考虑因用例、政治