智慧城市倡议正在全球范围内推动食物系统转型。这一转型通过整合数字技术、数据分析以及可持续实践得以实现，从而构建更高效、更具韧性且更趋本地化的食物供应链。在南非，关于智慧城市倡议与食物系统之间关联的研究仍处于起步阶段。这一知识与文献缺口同时具有实践与政策层面的影响，并可能加剧当前城市贫困人口所面临的粮食不安全问题。本文有助于缩小上述缺口。文章探讨了食物系统语境下智慧城市的关键路径与技术，识别了智慧城市倡议，并考察了在南非利用智慧城市推动食物系统转型的机遇与挑战。本文以对Scopus和Google Scholar数据库中84篇聚焦智慧城市对南非城市食物系统转型影响的文章所开展的系统性文献综述为基础。研究发现表明，在南非利用智慧城市实现可持续食物系统，要求将技术整合进城市规划之中，以提升粮食安全，减少浪费，并促进本地化、高技术农业生产。然而，各国若要通过智慧城市改造其食物景观，仍必须应对基础设施、政策与实施层面的挑战。
1 Introduction
本文围绕智慧城市倡议如何推动南非可持续食物系统转型展开论述。文章指出，全球食物系统正处于由单一技术导向向综合性、可持续与包容性治理转变的关键阶段，智慧城市则因其创新基础设施与数据驱动治理能力，成为重塑生产、流通与废弃物管理的重要平台。文中强调，随着城市人口持续增长，城市地区将在保障食物供给、降低食物浪费、增强系统韧性以及缓解气候变化影响方面承担更核心的作用。人工智能（AI）、精准农业、垂直农业、实时数据分析、区块链（blockchain）以及移动应用等技术，被视为推动城市食物系统效率提升的重要工具。文章同时回顾了欧洲、亚洲、拉丁美洲和非洲若干城市的经验，并指出南非在该领域虽已出现一定实践，但相关研究仍有限，且长期受制于数据战略薄弱、治理能力不足、数字基础设施不完善、技能短缺与能源危机等因素。作者据此提出，系统分析南非智慧城市与食物系统之间的关系，对于回应城市贫困人口粮食不安全问题具有重要政策价值与现实意义。
2 Conceptual framework: artificial intelligence, smart cities, and food systems
在概念框架部分，文章首先界定了智慧城市、人工智能（AI）与食物系统三者之间的关系。作者认为，尽管智慧城市尚无统一定义，但现有研究普遍认可其核心在于利用人工智能及其相关技术优化城市规划、识别和解决城市问题、提升适应能力、强化风险治理并实现更具逻辑性的决策。文章指出，智慧城市通常由六个彼此关联的维度构成，即智慧流动（smart mobility）、智慧环境（smart environment）、智慧经济（smart economy）、智慧人群（smart people）、智慧生活（smart living）和智慧治理（smart governance）。这些维度共同构成城市运作与发展的综合框架。
文章进一步强调，人工智能（AI）是智慧城市发展的关键组成部分，它能够通过机器学习（ML）、传感器网络和预测分析等方式处理大规模实时数据，推动城市治理从被动响应转向预测性治理。在南非语境下，人工智能（AI）已被用于提升服务供给、交通管理、城市规划及非正规住区监测等方面。除行政管理外，人工智能（AI）还通过聊天机器人、虚拟助手和数字门户提升公共服务的响应性与透明度，并逐步重塑国家与公民之间的互动关系。政策层面上，人工智能（AI）在土地利用规划、环境影响模拟、交通系统管理、基础设施维护和灾害治理中也显示出重要价值。
对于食物系统，文章将其界定为涵盖食物生产、加工、分配、消费与废弃处置全过程的多主体、多活动和多资源网络。作者指出，现代食物系统的核心目标包括可持续性、粮食安全与包容性。由于食物系统与温室气体排放、生物多样性丧失、森林砍伐和水污染高度相关，构建既保障粮食安全又不损害环境的韧性系统已成为当代治理重点。同时，真正的粮食安全不仅包括食物可得性，还涉及可及性、利用度与稳定性。文章据此提出，应从智慧城市视角重新审视南非食物系统转型的路径。
3 Methods and materials
3.1 Literature research and coding
方法上，文章采用叙述性综述方法，对南非智慧城市倡议与可持续食物系统相关文献进行综合分析。研究以“Artificial Intelligence”“Digitalization”“Smart Cities”和“Food systems”等词汇作为检索词，聚焦2010年1月1日至2026年3月31日期间发表的英文开放获取文献，并以Scopus和Google Scholar为主要数据库。初始检索共获得749篇文献，经筛选、去重与全文审查后，最终纳入84篇相关文献。纳入文献类型涵盖同行评议期刊论文、著作、学生论文、会议论文、政府文件、政策简报以及机构报告。作者认为，该方法适用于人工智能（AI）、智慧城市与食物系统交叉领域这种技术演化迅速、治理议题复杂且伦理争议显著的研究对象。
3.2 Data analysis
数据分析采用主题分析法（thematic analysis）。作者通过反复阅读文献提取基本模式，并将编码归并为更高层次主题，最终形成三大主题与八个子主题，即智慧城市路径与技术、南非智慧城市倡议、以及机遇与挑战。该分析过程强调由描述走向概念化，并通过主题回查确保分析结果与原始文献保持一致。
3.3 Limitations
文章也坦率说明了方法局限。由于叙述性综述缺乏严格的系统化程序，因此在可重复性、穷尽性和客观性方面相对不足，结论更偏描述性而非定量因果推断。研究同时限定于英文开放获取文献，可能遗漏重要资料；此外，研究人员作为食物系统研究者所具有的专业判断，也可能引入一定主观偏差。
4 Findings
4.1 Smart cities approaches and technologies
研究发现显示，南非智慧城市在食物系统中的应用已从单纯技术部署逐步转向地方化、社会经济导向更强的综合战略。其中，城市农业与垂直农业、物联网（IoT）与数据分析、人工智能驱动农业技术，以及物流与可追溯性构成最核心的四类路径。文章指出，南非智慧城市发展既包括新建项目，也包括既有大都市的数字化升级，重点在于通过智能计量、物联网（IoT）废弃物管理和宽带基础设施改善服务供给。总体而言，将物联网（IoT）、人工智能（AI）与数据分析嵌入城市规划，被认为是提升粮食安全、减少浪费并推动本地高技术农业生产的关键。
4.1.1 Urban agriculture and vertical farming
在全部纳入文献中，城市农业与垂直农业占比最高。文章指出，南非智慧城市正通过水培（hydroponics）、屋顶园艺以及受控环境农业（CEA）推动“城市智慧农业”发展。约翰内斯堡是这一趋势的代表，部分项目利用人口密集区闲置屋顶种植生菜、菠菜和香草等高价值作物，并直接面向城市市场、餐馆和周边社区供货。相关实践显示，屋顶农场不仅能提高单位面积产出并实现全年生产，还兼具就业创造与空间再利用功能。与此同时，垂直农业利用发光二极管（LED）照明与营养液循环系统，在节水、降碳、缩短供应半径和提升新鲜农产品本地供给方面展现出明显优势。文中还指出，此类城市农业模式有助于提高粮食安全，减少运输成本，并显著降低水资源浪费。
4.1.2 Internet of things and data analytics
物联网（IoT）与数据分析是另一重要支柱。文章指出，南非部分城市已开始采用基于互联网的土壤湿度传感器、自动滴灌系统以及实时环境监测设备，以应对缺水背景下的农业管理压力。约翰内斯堡、开普敦和德班等地通过传感器、人工智能（AI）分析和5G技术优化农业用水、提升作物管理效率并减少供应链损失。文中提到，物联网（IoT）设备不仅用于监测土壤养分、温度和湿度，也用于运输过程中的环境控制，从而减少采后损失。部分平台还将数据分析用于餐饮库存管理和家庭食物浪费控制。尽管高数据成本和设备盗窃构成现实障碍，但该技术在城市地区的采用总体呈增长趋势。
4.1.3 AI-powered agri-technology
关于人工智能驱动农业技术，文章认为其在南非城市食物系统中主要体现在精准农业、室内农业环境控制及数字市场平台等方面。人工智能（AI）可为农户提供播种与收获时间建议，改进资源配置，并通过智能手机实现类似“数字推广员”的功能。文中列举了若干案例，例如利用无人机与卫星图像识别病虫害和营养缺乏，利用人工智能（AI）调节室内农场温度、湿度与照明以提高产量效率，以及通过数字平台连接小农户、供应商和贸易商，降低交易与物流障碍。总体来看，人工智能（AI）提升了农业管理的精细化、即时性与市场联通能力。
4.1.4 Logistics and traceability
在物流与可追溯性方面，文章指出，智慧城市通过物联网（IoT）传感器、区块链（blockchain）和数据分析推动从生产到消费全过程的透明化与高效化。相关技术可用于监测易腐食品在运输中的温湿度，优化配送路线，强化库存管理，并建立更加可靠的食品来源追踪机制。这对于降低采后损失、满足食品安全要求以及提升消费者信任具有重要意义。文章特别强调，在南非复杂的城市食物流通体系中，数字平台还能够将较小规模和非正规食品经营者更有效地纳入物流网络，从而提高低收入群体的食物可及性。
4.2 Smart city initiatives in South Africa
在南非具体实践方面，文章梳理了多个城市层面的智慧城市相关项目。约翰内斯堡的城市农业倡议通过为城市农户提供投资联系和水培基础设施，将闲置空间转化为生产性屋顶农场，兼顾就业创造、地方食物供给和青年创业支持。该市食物韧性政策还通过食物银行与赋权区支持脆弱群体和本地商业参与价值链。德班的农业生态单元则以社区、学校和家庭菜园为抓手，建设更具韧性的社区食物系统，并通过农业枢纽、免费拖拉机服务、鱼类养殖和本土植物培育等方式支持地方生产。开普敦的Oranjezicht City Farm则被作为社区型城市农业样板，兼具教育、地方市场培育和减少食物浪费等功能。除此之外，若干城郊和研究型食物枢纽也被视为推广人工智能（AI）、物联网（IoT）、无人机和精准农业的重要平台，这些设施在农民培训、青年赋能和气候适应方面发挥着积极作用。
4.3 Challenges and opportunities
研究同时揭示了智慧城市推动南非食物系统转型过程中面临的结构性挑战与现实机遇。
4.3.1 Infrastructure and access
基础设施与可及性问题被视为最突出障碍之一。文章指出，持续性限电、电力不稳定、非正规住区比例较高、基础设施老化、地方财政能力有限以及交通和通信设施遭破坏等问题，都限制了数字技术在食物系统中的稳定应用。同时，缺乏足够的技术人才，也削弱了系统设计、运维与扩展能力。与之相对，发展机遇在于将智慧城市建设与可再生能源项目相结合，并通过人工智能（AI）仪表盘、物联网（IoT）废弃物管理和公共交通数字追踪等方式提高整体运营效率。
4.3.2 Water and resource management
水资源与其他关键资源管理同样构成制约。文章指出，老化市政系统、漏损严重、干旱频发、水质问题突出以及预算约束，削弱了南非城市食物系统对智慧技术的吸纳能力。在这种背景下，数字化漏损检测、再生水利用、地下水监测和智能水表等手段被视为提高资源效率的重要方向，尤其适用于开普敦和约翰内斯堡等长期面临供水压力的城市。
4.3.3 Inclusive policy
包容性政策是文章重点讨论的第三类议题。作者认为，南非智慧城市规划若要真正改善城市粮食安全，就必须与食物敏感型城市设计相衔接，而不能停留于高技术导向本身。当前的主要障碍包括贫困、网络连接不稳定、数字技能不足、基础设施分布不均以及对“智慧城市”概念理解不一致。文章指出，未来应更多转向参与式规划，使社区能够界定自身优先需求，并通过数据支持更精准的资源配置，以避免技术扩散进一步加剧社会排斥。
4.3.4 Resilience and sustainability
在韧性与可持续性方面，文章认为南非智慧城市同时面对深层社会不平等、能源危机、数字基础设施薄弱和快速城市扩张等多重压力。尤其是在城镇贫困地区，互联网接入不足与正式服务供给滞后，使智慧技术推广面临明显边界。但作者也指出，绿色基础设施、可再生能源、生态交通、物联网（IoT）和大数据等手段，为提升市政服务效率、优化能源利用和支持非正规住区升级提供了新的可能。
5 Discussion
讨论部分强调，南非作为非洲第二大经济体，具备较为先进的农业基础设施和金融体系，因此有条件通过智慧城市引领区域食物系统转型。文章认为，南非城市粮食不安全高度集中于城市地区，因此以城市为核心的自上而下干预具有现实合理性。智慧城市可通过提升食物生产、运输、分配和治理效率，减少食物链条中的损耗，并增强对城市人口增长和气候风险的适应能力。然而，作者也指出，南非智慧城市讨论中常被忽视的重要因素是土地等关键资源的可及性。由于城市居民难以获得足够土地开展食物生产，加之城市扩张压缩农业空间，许多城市仍需依赖外部输入，这使智慧城市治理在不少情形下依然偏向被动应对而非预测性预防。文章还指出，治理失灵、腐败、财政管理不善与技术能力不足，是阻碍智慧城市项目从概念走向有效实施的根本问题。因此，仅靠技术部署并不足以实现食物系统转型，制度能力与基础治理修复同样关键。
6 Conclusion
结论部分指出，南非利用智慧城市推动食物系统转型的核心路径包括智慧城市农业、优化物流以及减少浪费的循环经济机制，其背后依托的是物联网（IoT）、人工智能（AI）和区块链（blockchain）等数据驱动技术。研究确认，屋顶农业、水培系统和数字市场平台等实践已在提升城市粮食安全、改善低收入群体食物可及性以及增强系统韧性方面展现潜力。与此同时，基础设施薄弱、资源约束、政策不完善与技能短缺等问题依然突出。文章最后指出，现有研究较多集中于概念性与定性讨论，未来有必要加强定量与实证研究，评估智慧城市项目在食物系统中的真实效果，并进一步探索在地方政府财政约束下可持续、长期的融资模式。
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