智慧城市是近年来兴起的一种人工智能物联网（AIoT）技术，能够有效应对和解决城市环境问题。AIoT技术使城市能够更好地利用实时数据，从而优化资源利用，实现生态保护和修复。如此，城市生态系统才能更好发挥其可持续性，实现技术进步与环境福祉之间的平衡与协调。然而，在迈向更高级别智能的生态城市时，人们遇到了以下几个问题：
· 哪些基本要素决定了智慧生态城市的出现，这些要素又是如何交织在一起的？
· 哪些因素是推动智慧生态城市发展的关键因素和驱动力？
· 哪些是可用于塑造更智慧的生态城市并推动其发展的人工智能（AI）和人工智能物联网（AIoT）解决方案？
· 在实施AI和AIoT解决方案以推动更智慧的生态城市的发展过程中，会面临哪些挑战和阻碍？
最近，瑞士和挪威学者在Environmental Science and Ecotechnology上发表的一篇综述文章带来了宝贵见解和新颖观点。该成果将为决策者和相关研究提供必要知识和理论基础，有力推动了以AI和AIoT为驱动力的城市主义思想。该研究在发表后得到了ScienMag、Tech Xplore、News 8 plus、MSN、EurekAlert等国际新闻媒体的广泛关注。
EurekAlert新闻报道截图
从2010年代中期开始，基于大数据的各种科技与解决方案正在逐步渗透到智慧城市之中，并重新塑造了城市的发展趋势。这一转型是顺应了“生态都市”和“智慧都市”核心区的可持续发展道路的必然选择。
随着人工智能（AI）、物联网（IoT）和大数据等智慧城市技术和解决方案的发展，以及与可持续技术和战略的无缝整合，预计这一趋势将持续下去。这种整合有助于我们开发创新方法，以应对日益复杂的挑战。AI和AIoT应用的不断进步促使智慧生态城市向更高层次、更智能化的方向迈进。
为了满足对有效解决方案的迫切需求，上述技术将提供创新应用，不仅能应对当前的挑战，还能为未来的持续改进铺平道路。除此之外，预计会出现一个正向反馈循环，即这些解决方案实施的次数越多，那么它们被进一步采用的可能性就越大。这可以归因于网络动力学、持续学习、适应能力、强协调性的放大效应，对环境可持续性发展产生积极影响，形成强化循环。
然而，AI和AIoT应用领域对不可再生能源的高能耗需求对智慧生态城市建设提出了严峻挑战。从直观角度看，智慧生态城市建设涉及城市运营系统、城市运营中心和城市仪表盘等诸多子系统，AI和AIoT生态系统的开发、构建和维护都离不开大量的自然资源。此外，IoT和AI在生产、分配、投入使用和废弃的生命周期各环节都会产生大量的电子垃圾、不可再生材料和有毒物质。确保AI、IoT、大数据技术、绿色计算和生态友好型设计的可持续发展，对于弥补智慧生态城市的环保愿景与AI、AIoT所带来的机遇之间的差距至关重要。
AI和AIoT解决方案应结合可持续发展和生态友好型设计原则、高能效政策工具等相关措施认真贯彻落实。这种合作旨在通过AI和AIoT解决方案减少能耗和碳足迹，实现节能减排。
系统应对技术和伦理方面的挑战很有必要，包括黑箱模型、偏见和公平、数据隐私和安全、透明度和问责制以及信息不对称等。智慧城市必须优先考虑那些既能提高社会经济平等并促进社会包容，又能坚持开放透明原则的举措。
本文确定并评估了与环境成本、数据收集和使用中的隐私问题、网络信息安全风险、公众信任和社会接受度相关的关键挑战。此外，目前该领域还面临技术人才匮乏、监管机制不完善等问题。
这篇综述文章的全面见解对于设计、管理更智慧的生态城市具有重要意义，能够为那些积极参与其中的研究人员、从业者和政策制定者提供理论基础与技术支持。
图1 系统综述流程图
图2 用于文献检索和筛选的PRISMA流程图
图3 主要概念类别及其关系概览
作者信息
Simon Elias Bibri，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）建筑土木与环境工程学院科学家。主要从事智慧（生态）城市、人工智能物联网（AIoT）、城市大脑、城市数字双胞胎（UDT）、环境可持续性、可再生能源和能源效率、适应和减缓气候变化等方向的研究工作。
John Krogstie，挪威科技大学（NTNU）计算机科学系教授。2017—2021年Krogstie教授任NTNU计算机科学系主任；2022年至今，Krogstie教授任NTNU数字与可持续信息和通信技术中心主任。Krogstie教授曾任国际信息处理联合会（IFIP）第八技术委员会（TC8）副主席、IFIP信息系统设计与评估工作组（WG8.1）主席。Krogstie教授发表了380余篇同行评审论文。截至2023年，Krogstie教授的H因子为63。
Amin Kaboli，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）工程学院讲师。专门从事人工智能产品管理、生产管理和持续改进，为各行各业的科技创始人和企业高管提供指导和建议。曾在一家瑞士初创企业担任高管和首席运营官。曾发表以“Leading Change Consciously”为题的TEDx演讲。
Alexandre Alahi，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）建筑土木与环境工程学院助理教授，交通视觉智能实验室（VITA）负责人。主要研究方向为计算机视觉、机器学习、机器人技术在交通和移动领域的应用等。曾在斯坦福大学担任多年博士后和研究员。2022年，Alexandre被评为过去十年计算机视觉领域最具影响力的100位学者之一。Alexandre的团队在人类运动预测方面的研究成果获得Image and vision computing的编辑选择奖（2021）；在视网膜启发的图像描述符方面的研究成果获得了CVPR Open Source Award（2012年）；在稀疏自编码器（无监督机器学习算法）方面的研究成果获得了ICDSC Challenge Prize（2009年）。Alexandre的研究成果已授权给多家公司使用并被英国广播公司（BBC）、美国广播公司（abc）、华尔街日报（Wall street journal）等新闻机构报道。2010年，Alexandre入选瑞士创业领袖20强（Top 20 Swiss Venture leaders）。
论文ID
原文题目 Smarter eco-cities and their leading-edge artificial intelligence of things solutions for environmental sustainability: A comprehensive systematic review
引用信息 Bibri, S. E., Krogstie, J., Kaboli, A., & Alahi, A. (2024). Smarter eco-cities and their leading-edge artificial intelligence of things solutions for environmental sustainability: A comprehensive systematic review. Environmental Science and Ecotechnology 19: 100330.
doi: 10.1016/j.ese.2023.100330
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