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人工智能在智慧城市发展中的双重作用
抽象 定义智慧城市支柱及其本质和本质，在科学文献中继续存在争议。电子设备收集的大量信息通常被视为合理利用资源和提高效率的一种手段，也可以被视为一个支柱。如果没有基于人工智能的算法进行的分析，信息本身就无法被破译或理解。这种分析以相关性和模式的形式提取新形式的知识，用于支持与治理相关的决策过程，并最终确定新的政策。除了信息之外，能源在智慧城市中也起着至关重要的作用，因为许多导致经济和就业增长的活动都依赖于这一支柱。因此，强调能源与能够规划和预测智慧城市能源消耗的算法之间的联系至关重要。本文的结果是强调，只有当人工智能和信息的真正影响或价值得到评估时，它们如何才能合法地被视为智慧城市的基础支柱。此外，通过提供技术和方法来提高其创新价值和可衡量的效率，可以部署人工智能来支持智能电网，电动汽车和智能建筑。
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智慧城市支柱; 人工智能; 智能电网; 电动汽车; 智能建筑 1. 引言 转型过程不可避免地要付出代价，当它涉及范式飞跃并影响个人时，这种代价可能是相当大的。这种观点的改变源于缺乏或不完整能够管理一个或多个社会问题的政策，从而导致生活质量甚至安全方面的退化。1950 年开始的人炸使我们的星球人口越来越密集，导致越来越多的城市地区不受控制地增长。2021 年，东京横滨人口为 37，843，000;雅加达有 30，539，000 人，德里有 24，998，000 人[1]，这引发了与运输，污染，能源，贫困等相关的严重问题。从这个意义上说，从经济和社会的角度来看，扩大城市建筑规模是一种几乎不可持续的方法。因此，对智慧城市概念的一种解释可能源于对技术使用采取不同观点的需要，以及对公民角色的更深层次的认识。尽管“智慧城市”[2]一词是在 2009 年引入的，用来表示通过智能自动化组织的理想化城市，但对于全面、通用的定义，尚未达成共同的协议（见第 第 2.1 节）。
根据 Lee 等人的说法，虽然在确定该术语时存在概念变体[3]，但可以使用三个因素来识别智慧城市：技术，人员和机构。因此，智慧城市的目标应该是整合这三个组成部分，以解决城市问题，并帮助为市民创造更可持续、更宜居的环境。从这个角度来看，智慧城市可以被定义为物理，社会，技术和业务基础设施之间的连接努力，以提高运营效率和集体生活质量[4]。这种联系应该产生一个由四个一般组成部分组成的框架，可以概括为智能社区，智能能源，智能交通和智能医疗保健[5]。数据是智慧城市的支柱。事实上，数据用于通过监控、预测和实时管理来推动智慧城市的运营[6]。智慧城市实施与采集和数据分析紧密相连。因此，Silva 等人[5]已经确定了一种包含四层的架构：传感层、传输层、数据管理和应用层。传感层是收集数据所必需的，它由传感器网络组成，该网络从各种物理设备收集数据。传输层用于汇聚所有数据源和通信网络。数据管理层执行数据存储和分析以支持决策任务。应用层是市民和数据管理层之间的中介，代表智慧城市中所有可用的服务。通过这种理论架构，物联网与智慧城市的概念密切相关[7]。最近，人工智能开始被认为是智慧城市发展的强大工具。人工智能支持的应用程序仍处于开发阶段，其全部潜力尚未实现[8]。然而，人工智能的引入已经引起了人们对潜在的双刃剑效应的关注，根据这种效应，由于技术乐观主义的偏见，负面后果可能会被忽视。正如 Yigitcanlar 等人所倡导的那样[9]，有必要研究人工智能在应用于智慧城市时的潜在缺点。因此，将为此目的考虑智慧城市的能源相关组成部分，特别是与环境问题和补充性潜在政策相关的道德困境。事实上，脱碳的目标正在成为智慧城市发展的主要目标。特别是城市，长期以来一直与高代温室气体排放联系在一起。在这种情况下，固定能源是城市温室气体排放的最大贡献者之一，与交通部门一样[10]。最重要的是，相对较少的城市地区似乎占世界碳足迹的不成比例的份额;因此，这种集中程度表明，在许多情况下，地方一级政府对排放的管辖权与国家政府相同数量级[11]。这一行动呼吁非常重要，因为根据国际能源署的数据，2021 年全球与能源相关的二氧化碳排放量增加了 6%，达到 363 亿吨的水平，创下有史以来的最高水平[12]。
虽然在智慧城市的定义中，“支柱”一词并不总是有很好的定义（参见 Schipper 等人[13]的概述），但它的定义通常围绕着治理，经济，流动性，能源和人，并没有考虑信息（以大数据的形式）的普遍影响，更具体地说，是人工智能。然而，两者在智慧城市方面的有效性价值和治理是一个相对较新的话题，值得进行彻底的分析。
一个有趣的挑战包括根据以下方面评估智慧城市支柱：（i）一个可以在一段时间内变化的价值，该价值是由与其实现相关的成本与由此给公民和环境带来的好处之间的对立来定义的，以及（ii）政策和监测技术的定义。因此，这项工作的贡献包括：（i）分析与物联网（IoT）相关的信息的价值和原则，以及更一般地说，部署到智能城市时的大数据;（ii）讨论人工智能在智慧城市中的价值，特别是关于对环境的影响;（iii）审查智慧城市的能源相关组件是否可能从人工智能应用的引入中受益。
本文件组织如下：第 第 2 节审查了识别数据的方法;第 第 3 部分讨论了信息的价值及其治理，当它一方面来自物联网设备，另一方面作为一个整体，例如当它以轻推的形式指导公民时;第 第 4 节就人工智能本身对环境的影响的价值进行了辩论;第 第 5 节回顾了在人工智能的支持下，智慧城市能源相关组件的环境挑战;第 第 6 部分通过介绍一些案例研究来讨论人工智能对智慧城市的贡献。最后，本文在第 7 节中得出了一些结论。
2. 数据收集和审查的方法 围绕智慧城市概念的研究领域非常活跃，并且不断发展。这导致了大量的知识被产生，允许一个综合的文献综述方法。因此，对该范围的相关学术论文进行了仔细的收集和过滤。已经使用了两个数据库：谷歌学术搜索和天主教圣心大学的在线公共访问目录（OPAC）。主要重点是收集由高质量出版商发表的同行评审论文。目的是检索与先前制定的问题相关的研究：
哪些研究涉及智慧城市三个拟议的能源相关领域（智能电网，电动汽车和智能建筑）的人工智能发展？
已经就人工智能在这些领域应用的负面影响进行了哪些研究？
从经验上讲，轻推实践在诱导节能行为或转向可再生能源方面有多有效？
人工智能是一种可持续的技术吗？数据收集技术如何？
收集的论文的参考文献被用来寻找额外的资源来扩展分析。纳入标准基于学术论文与计划调查的问题的相关性，目的是在实证研究和定性研究之间提供良好的平衡。相反，对于具有重复结果的研究或无法在智慧城市发展中情境化的研究，则考虑将其排除在外。
在对所有检索到的学术论文进行详尽评估后，在 Google 上搜索了其他次要数据（例如，报告，政府机构的网站，来自知名出版商的报纸文章......），以进一步支持新兴的发现并建立第 第 6 节中提供的案例研究。已经使用了演绎方法来推导出最后的考虑因素。
最后，关于其他现有文献，这项工作旨在对人工智能进行客观分析，避免过度积极[14]或因人类为中心的人工智能解释而有偏见的方法，后者将被视为一个复杂的问题和潜在的危险[15，16]。
“ 智慧城市 ” 的概念和本研究的贡献
在科学文献中，围绕智慧城市定义的分类（表 表 1）导致了在现实世界中缺乏相应具体性的理想和期望[17]。Albino 等人[18]支持这样一种观点，即可能被认可的目标的独特性可能会损害对智慧城市的普遍评估。关于这个问题，Burns 等人[19]讨论了世界各地的各种智慧城市计划如何产生一个与部署环境严格相关的术语。
表 表 1.科学文献中“智慧城市”一词的一些定义。
Ahvenniemi 等人的研究[23]是最早强调智慧城市可持续发展的重要性以及新技术的采用本身不应成为目的的研究之一。特别是，从这个角度来看，Kramers 等人[24]已经评估了如何使用不同的 ICT 解决方案来降低智慧城市的能耗。最近，Hoang等人[25]回顾了将可再生资源引入智慧城市以及潜在的挑战。随着电动汽车成为智能电网需求方讨论的重要话题，Adhikari 等人[26]在能源需求方面对采用电动汽车的障碍进行了全面评估。同样，Sanguesa 等人[27]也对这一论点进行了评估，但在智慧城市的特定框架内。虽然已经为智能电网开发了许多 AI 应用程序，并且 Omitoomu 和 Niu [28]已经就此事进行了完整的调查，但对于 AI 的引入是否可以成为解决环境问题的实际解决方案，还有待分析。事实上，Yigitcanlar 等人[9]在智能城市部署时提供了人工智能的普遍不足。重要的是要指出，数据收集不仅可以支持 AI，还可以支持轻推技术。杨[29]提出了超俯卧的想法，Ranchordás[30]在法律和道德问题方面关于智慧城市的学术文献的工作进一步丰富了它。因此，将对旨在有意识地消耗能量的超微步技术的有效性进行审查，以扩大这一讨论。
3. 信息评估 根据《经济学人》[31]的说法，数据不仅是新的石油，而且将数据经济作为推动经济市场的力量甚至是合理的。除了文本之外，互联网上的信息以不同的形式传递，从视觉（即 YouTube 视频）到表情符号，再到喜欢和推文，尽管围绕个人的大量数据通常被忽视。例如，每次我们访问网站时，在我们的设备上部署 cookie 都会使网站将来能够识别我们;使用取款机的简单行为会触发记录客户移动的摄像头;每一笔金融交易都经过精心记录和保存;超市和商业连锁店研究我们的购物习惯，并根据客户以前的购买情况提出折扣商品;智能手机中嵌入的导航系统将向用户发送一封电子邮件，其中包含有关所访问地点的每月报告。物联网已成为信息和通信技术（ICT）当前架构的技术支柱（关于云计算技术，见[7，32]）。传感器是物联网系统中最重要的组件。智慧城市应用的设计取决于传感器的部署方式;移动式、固定式和众包式传感器执行不同的数据收集方法[33]。固定传感器始终监控同一区域，而移动传感器则安装在公共汽车或垃圾车等车辆上。众包传感器是一类特殊的移动传感器，其中公民的数字设备用于监控周围环境。云计算技术提供数据存储和平台来处理传感器的数据并部署智能城市应用。根据 Bauer 的说法，在智慧城市中，主要有四种不同的数据分析方法：描述性，诊断性，预测性和规范性分析。
大数据是一种最近的范式，表示大量非结构化数据，例如，来自通常部署在电子健康领域的物联网结构中的传感器。所谓的“4 Vs”确定了大数据中出现的一些关键问题，即（i）数量，（ii）速度，（iii）多样性和（iv）真实性：具体而言，后者带来了一些围绕数据有效性的问题，并间接暗示存在保护信息访问的程序。正如 Hashem 等人所强调的[34]，大数据在智慧城市发展的不同方面代表了显着的价值：（i）天气数据，以便公民为不利的气象条件做好准备，见 Chin 等人[35];（ii）
由于方便地利用政府程序，或如 Chow 等人所指出的[36]，甚至公共图书馆，提高生活质量;（iii）
智能医疗，在对患者进行更有效的监测之后;Praman 等人[37]强调，大数据概念引发了更深层次的变化，超越了新 IT 架构的发展，因为它涵盖了社会对健康问题的认识;（四）智慧交通，根据交通高峰、污染程度、安全标准等因素，由更合理的路线选择决定。例如，参见 Gohar 等人[38]，其中作者定义了一种智能交通系统（ITS），能够将普通城市转变为智能城市。该框架由四个模块组成，即大数据采集和预处理单元，大数据处理单元，大数据分析单元和数据可视化单元。例如，当流量级别超过给定阈值时，ITS 能够生成警告。最后一个方面是（v）智能治理。Ju 等人给出了一个框架的例子[39];该框架分为三层：数据合并层，呈现通过组装与公民相关的大数据而生成的以公民为中心的全景数据，然后是知识发现层，该层通过使用统计方法生成城市公共服务交付方面的公民概况。最后一个组件是决策层，通过使用数据挖掘方法支持治理决策。
另一方面，无处不在的信息可以带来不同的好处，从更好和更高的教育水平（参见利文斯通[40]，对好处和困难进行公平的评估）到给予精神残疾人获得分布式服务的机会（Chadwick [41]）。更专业的技术，如区块链（一种强大而有弹性的交易分类账，在整个计算机系统网络中被复制和分布，见[42]），服务于围绕智能城市的不同应用。关于前者，Karale 等人[43]考虑了基于区块链在智能城市中的不同应用：（i）安全的数据通信，（ii）智能合约（双方之间没有中介的交易），（iii）公民参与，（iv）经济，（v）可再生能源，（vi）安全和（vii）健康。
由于有关个人的数据内容是敏感的，因此已经制定了适当的法规和立法程序，从欧盟基本权利宪章批准的《通用数据保护条例》[44]到欧洲数据保护委员会关于通过视频设备处理个人数据的指南[45]。
然而，数据可以在不太明显的地方找到，例如智能手表将有关人体生理状态的信息（即心跳，血压，用户每天采取的步数等）传达给我们智能手机上安装的软件，该软件可用于监测不良习惯 - 例如久坐不动的生活方式 - 并为用户提供有关其健康状况的未经请求的建议。另一个（也许是隐藏的）数据源可以在垃圾桶中找到：例如，超市的账单揭示了客户在购买产品，家庭规模和最喜欢的购物日（工作日或周末）方面的偏好;有关电费或任何其他公用事业的账单提供有关消费者日常习惯的信息。此外，敏感文档（如过期的信用卡）即使已粉碎，也可以以原始形式重新组合。尽管这些信息单独获取可能没有意义，但通过深入分析，它可能导致身份盗用[46]。数据的中立性显然是一个神话，正如最近在美国一些法院出现的那样[47]，人工智能算法的部署表明，预测暴力犯罪的严重失败受到数据收集过程中基于种族和偏见的偏见的影响。更一般地说，有偏见的数据可以用来影响观点和信念。
在监测...
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