美国新基建，智能边境墙

当今美国政客把中国当成头号竞争对手，作为对手，我们有必要更了解美国。我曾多次到访美国，或学习，或开会，或旅游。我想从我一个理工男的角度谈谈我眼中的美国，准备写一个系列，这是这个系列的一篇文章。

疯狂的特朗普最疯狂的计划之一就是要在3200公里的美墨边界上修建边界墙，这种疯狂的计划自然会引起美国国会两党的争议，毕竟钱袋子在国会手里。这篇我翻译至Recode的新闻报道里可以看到美国科技公司做2G生意的财富密码，不在于技术的先进性，而是要能说服关键人物，例如国会拨款委员会的关键人物。要联系上这样的关键人物，最简单的方法就是花钱雇佣公司或者雇佣一位有影响力的退休官员。而一切都可以在“阳光”下“光明磊落”地进行，没有纪委，没有监察委员会，“自由而公平”。

特朗普政府辩称，边界墙是对试图非法进入该国的毒品走私者和移民的必要威慑。 他说：“无节制的移民是国家安全危机，需要解决”。

同时，批评人士认为，构筑隔离墙是一项极其耗费财力，无效和具有误导性的事情。 他们说，真正的危机是一种人道主义危机，因为特朗普的限制性移民政策加剧了这种危机。有关难民的政策是，难民寻求合法进入美国，以逃离本国的暴力和贫困。

但是越来越多的人在谈论另一种边界墙，即所谓的“智能墙”。支持者认为，边界墙比物理屏障便宜，作用大，政治争议小。

由两党政治支持者提出的愿景是建立一个大西洋海岸到太平洋海岸的高科技栅栏，该栅栏由诸如无人机和传感器之类的工具组成，以帮助监视和识别越境的未授权人员，特别是在已有陆地口岸之间的偏远地区。

许多人针对建立这个虚拟的隔离墙带来的严重道德问题和人权问题，提出了反对意见， 一些研究表明，最近在边境增强技术能力的重大努力可能导致穿越边境的非法移民死亡人数增加，因为他们被迫采取更危险的路线以避免被发现。

然后是隐私问题。主要的公民自由和数字隐私组织，例如美国公民自由联盟，电子前沿基金会和为未来而奋斗组织，认为设想中的虚拟墙集成技术例如面部识别和无人机可能会导致一种永久监控的状态，这会严重侵犯移民和美国公民的人权。

这些团体的担忧是可以理解的，特别是考虑到最近揭露的的一系列事件，表明了是如何利用技术来执行有争议的移民政策的。Mijente组织发现彼得·泰尔（Peter Thiel）创立的数据分析公司Palantir向移民和海关执法局（ICE）提供的一种软件帮助ICE逮捕了一些墨西哥移民，导致这些移民无人照顾的子女与父母分离。 Palantir案只是一个启示，但是大型科技公司与移民机构之间还有更多合同正在接受审查，其细节相对未知。

然而，加强技术隔离墙的想法得到两党主要政治人物的支持。 这些支持者包括众议院议长南希·佩洛西。

“在21世纪，我们面临挑战，我认为我们可以使用21世纪的解决方案代替14世纪的隔离墙解决方案，” Cuellar在接受Recode采访时说。 “即使您放上栅栏，‘坏蛋’也可以使用无人机在该栅栏上运送毒品。 因此，我们必须更加灵活，更加敏捷。”

控制安全支出钱包的政客们发现，一堵智能墙的成本效益比一堵物理墙更具吸引力，后者每英里可能要花费数百万美元。

美墨边界墙

颇具影响力的参议院拨款委员会成员Tester说：“与实体墙相比，我们实际上可以减少大量支出。” Tester最近从一次边境考察中回来，他说他在边境附近的农民家庭进行了交谈，他们担心农业可能受到物理墙的影响。

他说：“这是在不破坏农场的前提下，真正确保南部边界安全的措施，而不是创建人们无法利用的土地。”

在共和党方面，众议员赫德-他的选区包括得克萨斯州南部边界的大部分地区，是为数不多的拥有计算机科学学位的国会议员之一-一直是建立高科技隔离墙的最强倡导者之一。

赫德说：“边境的每一英里都是不一样的，雷达在一段边境有意义，激光雷达在另一段也许更有意义，就算我们对传感器一无所知，我们应该使用最有意义的传感器和最便宜的传感器。”

SBINet是上次失败的增强边境效率而进行的技术改造努力，SBINet是一项庞大的计划，旨在构建一个网络连接不同的监视设备（如塔楼和地面传感器）。该项目于2006年由乔治·W·布什（George W. Bush）政府领导下启动，但五年后被取消，此前政府发布了一份监督报告，质疑该项目的有效性，并已在该项目上花费了10亿美元。

但是，支持在边境重新投资技术的支持者认为，自2000年代中期以来，技术已经有了长足发展，特别是在AI支持的图像检测领域。 科技公司正在利用这一政治机会，称他们的产品可能会改变边境安全。

一些监控和国防科技初创公司已通过部署其工具（如无人机，人工智能软件和新传感器）获得了早期成功，其中一些已经将短期合同扩展为长期合同。

较小的初创公司在获得了原本只有大型军工企业才能拿到的具有丰厚利润的政府合同，而大型科技公司还在权衡参与增加边境技术能力带来的声誉风险。

正如过去一年所显示的，谷歌，微软和亚马逊等公司的员工越来越批评政府为国防和监视目的使用其技术。 包括微软和Salesforce在内的几家公司在与ICE和海关与边境保护局（CBP）签订合同时，都面临着员工的批评。

由于其中一些项目的新颖性，对其技术领域的了解相对较少。 它们的扩展潜力在很大程度上取决于政治支持和资金，以及它们证明其相对现有技术更加有效。

在政府官员，监控技术公司的高管以及行业分析师进行访谈的基础上，结合国土安全部（DHS）和CBP文件，我们仔细研究了一些最新工具及其在美国南部边界应用情况和潜在危险性。

大大小小的无人机

对于在边境农村，山区进行长距离监控巡逻的人员而言，无人侦察机（通常称为无人机）是一种受欢迎的工具。 它们通常用于检测在险要地形上的可疑活动，并能仔细查看那些人员很难到达的区域。

在边境使用的最古老的无人驾驶飞机是重达36英尺长，重达5,000磅的“捕食者” B无人机。 这些飞机是为军事目的而制造的，但是CBP自2006年以来一直在美墨边境使用它们。在战场上，掠食者可以携带和部署炸弹，导弹和其他武器，而这一切都由地面飞行员远程控制。而控制的基地有时在数千英里之外。 在边境，它们被用来侦查并协助监视大片土地，帮助发现非法过境点并指导执法人员。

这些飞机可以一次在高空停留近30个小时，并且可以从2英里（约3200米）的高度识别很小的车牌号。 它们使用多个传感器（包括诸如光电红外扫描仪和热成像热传感器之类的复杂检测工具）捕获高质量图像，并通过卫星链路将数据发送回地面控制站。

捕食者无人机

对于CBP而言，这些军用无人机的主要缺陷是成本高昂。 它们每架年使用成本约1,700万美元，每个飞行小时的运行成本约为12,255美元。 自由主义者智囊团卡托研究所（Cato Institute）2013年至2016年的有效数据，每次CBP使用无人机逮捕一名涉嫌非法越境的人时，联邦政府都要支付32,000美元，而其他类型的监视可能导致逮捕的平均成本不到9,000美元。

它们也不是很容易使用。 CBP的“捕食者”无人机中至少有2架坠毁-一种是人为失误，另一种是由于发电机故障。 美国国土安全部监察长办公室在2014年的报告中发现，总体而言，该计划未能达到预期目标，无法证明其有效性； 该报告得出的结论是，该计划“未达到预期效果”，因此建议政府重新考虑扩大该计划。 尽管存在效率和成本方面的疑问，CBP仍继续使用“捕食者”无人机。

但是现在，由于过去二十年来技术的飞速发展，新一代的更小，更便宜的无人机正在涌现。 在过去的两年中，CBP增加了对这些新型无人机技术的测试和订购。 这些设备称为sUAS（小型无人机系统），重量不到55磅。 与较大的“捕食者”相比它们滞空时间短，而且它们更容易受到恶劣天气条件的影响，但是它们的飞行效率更高，需要的培训更少。

这些sUAS系统是填补边境巡逻队行动空白的一种方式； 边境巡逻总部特种作战部副主任迈克尔·哈里森说，该机构只能有限的小时数来使用大型飞机。 他说，边境巡逻队迄今已使用的sUAS系统取得了“巨大成功”。

这些较小的无人机看上去比它们笨拙的“捕食者”表亲威慑力要小很多。 它们最初也是为伊拉克和阿富汗的军事用途而开发的，但是由于它们可以携带的有效载荷比捕食者小得多，因此只被用于监控而不是部署武器。

举例来说，假设某控制中心的边境探员怀疑在得克萨斯州-墨西哥边境开车无法到达的区域有非法人员活动。与其派出探员进过3个小时的路程到可疑区域来排除虚警（有可能只是一些动物在活动），不如派出无人机去查看。

美国海关边防总署说，无人机不用于长期监视，而是用于有针对性的调查。

例如，sUAS无人机可以帮助识别人员拿着的是铁锹还是枪支，或者人员是否背着一个小背包还是携带了更大的麻醉品包装。 CBP将其描述为“情境认知”，以帮助确保地面人员的安全。

sUAS无人机也存在局限性，通常一次只能飞行几个小时，而且只能在晴朗的天气下飞行。

关于允许这些设备飞行的地方，CBP说，它在边界25英里内的“边界区域”内大量使用这些无人机。 从法律上说，该机构受到美国联邦航空管理局（Federal Aviation Administration）的限制，只能在美墨边境（不包括市区）的25至60英里之间飞行。 但是许多公民自由倡导者担心范围扩大（这些无人机可以用来监视这些区域以外的地方），而且即使在法律范围内，许多美国公民也容易受到监视。

ACLU高级立法顾问Neema Singh Guliani说：“在边境使用的具有图像和视频的采集能力的无人机或sUAS的想法令人担忧。有很多人居住在边境附近，隐私控制也引起了一些担忧。 在某些情况下，就国土安全部应如何共享数据而言，法律不够清晰。”

根据美国海关边防总署发言人的说法，在2018年10月至2019年4月之间，美国边境巡逻队共飞行了176个飞行小时的sUAS设备，导致在边境的人被拘捕474人。 边境巡逻队表示，它将继续增加部署的sUAS的数量，并期望在接下来的六个月中，这种可能性将大大增加。

用于边界巡逻的小型无人机

总体而言，CBP表示，它最近订购了大约100多套sUAS系统，包括大约40套Aeryon SkyRaiders和60套Lockheed Martin Indago 3系统，以及从DHS借来的AeroVironment Ravens和InstantEyes。 随着该机构继续开展评估其用途的试点计划，这批无人驾驶飞机将被放置在整个美国西南边界以及少量在北部边界。

尚未进行过像较老的“捕食者”无人机那样的效率研究，因此，除了CBP所说的有希望的试验轶事证据外，很难确切证明这些工具的使用效果。

哈里森说：“我们不想购买我们认为是一个好主意的技术，在大量购买这些技术，后最终意识到它们没有任何价值。” 他说，该机构将继续相对少量的使用这些技术。直到他们更好地了解这些新技术的工作状况以及最适合的应用场景。

具有AI功能的无人机和监控塔

甚至较小的无人驾驶飞机也不是完全自主的。 人类必须启动和操作它们，这需要培训。 例如，到目前为止，AeroEnvironment表示已经培训了25名边境巡逻人员如何驾驶sUAS无人机。

除了这些操作员之外，还需要一个由多人组成的小组，人工查看无人机传输回来的实时图像，有时甚至查看数小时的视频录像。 配备人员全天候审查录像对CBP来说是一笔不小的费用。

这为新一批由硅谷背景的公司留出了销售人工智能设备的空间，他们声称这些设备可以比人类更有效，更准确地处理来自边界的监视图像。 他们的制造商说，这些工具与众不同的是，它们能够在从传感器回传的充满噪音的视频流和信号中通过模式识别识别出人类活动。

这些设备的创建者说，利用该领域的先进技术，新的机器学习算法可以快速处理信号和图像，并且可以比人类更准确地检测活动。

CBP创新团队主管阿里·舒勒（Ari Schuler）说：“我不认为地球上存在任何组织不希望更有效地利用AI来做事。” 并将创新技术部署到CBP的日常运营中。 他说：“让计算机看起来像个人的技术非常有价值。”

当然，让计算机看起来像一个人会引入自己的问题。 面部识别技术尤其引起了许多道德问题，因为它们因种族歧视和性别偏见而受到批评。

舒勒说，美国海关边防总署目前并未使用人脸识别工具进行边境监视，尽管该机构已表示有兴趣采购具有人脸识别技术的无人机以备将来使用。利用面部识别将旅行者的图片与数据库进行匹配的生物识别技术已经在的固定的入境点（例如驾驶员检查站和机场）中使用。

与此同时，但CBP已开始越来越多地使用新型无人机和监控塔，尽管这些设备并不是面部识别工具，但是这些无人机和监控塔可以利用AI驱动的软件来更快地处理雷达和摄像机的数据。

拥有这项技术的领先公司之一是拥有2年历史的初创公司Anduril，该公司已在国防界声名远扬。 该公司的知名年轻创始人Palmer Luckey是开发虚拟现实公司Oculus的硅谷神童。 他在2014年以20亿美元的价格将该公司出售给了Facebook，但由于政治争议，他于2017年被公司除名。 这位26岁的夏威夷衬衫穿高管在许多科技同行中脱颖而出，因为他是特朗普政府和国防工业的声音支持者。

Anduril的产品具有未来主义的游戏风格，可追溯到Luckey与Oculus的合作背景，为边境监视带来了一种虚拟现实模拟体验。 尽管Anduril尚未将这项技术授权给CBP，但可以很容易地预见一个未来，特工可以戴着耳机将其沉浸在边境地区实时活动的3D渲染中。

Anduril的直升机式无人机足够小，可以装在背包中，并且在400英尺外几乎听不到。 从硬件的角度来看，它们与sUAS无人机的区别在于，只需要一个人就可以启动和操作它们，并且可以通过手机进行远程操作。 Anduril表示，其AI工具仅是sUAS无人机成本的一小部分，而sUAS无人机的系统成本大约为六位数。

该公司给政界人士留下了深刻的印象。 “显然，他们是聪明人，”参议员Tester在谈到公司高管时说道。 大约一年前，Tester与Anduril举行了一次会议，听取了该公司的建议，为了为边境配备监控技术。 Tester称赞他们能够只用1亿美元的价格就可提供高水平安全性的解决方案，给他留下了深刻的印象。与拟建数百亿美元的物理墙相比，他发现这是微不足道的成本。 他说：“他们致力于技术，他们充分利用了AI的优势，并以正确的方式将其与摄像头和监视系统配合使用。”

但是，尽管无人机可以很好地用于定向监视，但它们并不适合长时间监视大片土地。 为此，海关和边境保护局使用集成式固定塔（IFT）。 它们是80至140英尺高的金属结构，类似于无线电塔，并配有昼夜传感器和雷达。 所使用的最常见的IFT类型设备可以监控大约6英里的范围。 它们已部署在南部边界的偏远地区，以填补特工没有定期覆盖的空白地区。 它们与地面传感器以及其他一些类型的移动和监视设备协同工作。

智能哨塔

从以往的情况上看，总部位于以色列的Elbit Systems公司抢占了该设备的大部分合同。 作为与CBP签订的1.45亿美元联邦合同的一部分，到目前为止，它已在亚利桑那州和墨西哥边境部署了55座塔。 并且计划至少再安装10个。 该公司在装备有争议的以色列边境地区方面经验丰富，在沿以色列和巴勒斯坦之间的西岸隔离墙提供监控技术。 目前是以色列最大的非政府防卫和监控公司。

但是像Anduril这样的公司也制造了自己的塔式版本，他们将自己的工具定位为Elbit技术的更好的本地替代品。 虽然无人机是Anduril最华丽的产品，但其精简，便宜，由AI支持的监控塔是迄今为止在美墨边境取得最大成功的产品。

Wired称，去年夏天，Anduril在德克萨斯州的私人土地上对其塔式设备进行了测试，该测试帮助边境特工逮捕了55名越境人员，并在10周内没收了982磅大麻。 根据与CBP的合同，该公司最近将其技术范围扩展到了加利福尼亚边境。

像Anduril这样的公司的主要优势是，与较旧的设备相比，它们拥有无需人工输入即可在后端处理其设备捕获的图像的能力。 该公司表示，尽管塔上的摄像头并不像一些竞争对手那样昂贵，但该公司表示，其在后端使用的AI技术可以帮助更精确地识别图案。

Anduril公司企业和政府事务负责人Matthew Steckman表示，人工智能比“坐在屏幕前的人的分数更高”。 让技术去做自己擅长的事情，让人类去做自己擅长的事情。”

智能监控塔

对于边防巡逻官员来说，为其机构配备足够的人员一直是一个挑战。 从以往来看，CBP一直在努力雇用和保留边境巡逻人员，尤其是在边境偏远地区的哨所。 去年，该机构有大约2,000个空缺职位。 现在，特朗普总统的政府一直在推动压力，要求增加2750名特工的提议。 像Anduril这样的公司仍在证明自己的能力，即他们在担任CBP特工的工作上可以像人类一样有效。 如果他们能够做到这一点，他们就是在抓住机会替换空缺人员的工作。

与另一家科技创业公司Anduril相似，总部位于硅谷的Cogniac正在开发AI图像处理软件，该软件将在边境市场推广，并与其他商业应用程序一起使用，例如用于监控工厂的质量控制。 不过，与Anduril不同，Cogniac不会构建硬件。 它的基调是，仅专注于软件，就可以使其AI达到同类最佳。

Google母公司Alphabet的投资部门Gradient Ventures是该公司的少数投资者之一。 这可能会引起许多谷歌在政治上活跃的员工的质疑，他们过去曾抗议特朗普的限制性移民政策，并成功推动该公司放弃与五角大楼的国防合同。

Cogniac使用所谓的卷积神经网络来处理图像。 以人脑为模型的神经网络彻底改变了AI自我训练以识别图像的能力。 卷积网络是一种特殊的神经网络，非常适合识别图像和其中的感知模式。

“目前这种形式的人工智能实际上只是在2012年才开始存在； 创始人兼首席执行官比尔·基什（Bill Kish）表示，在此之前，这种技术只是玩具并不可实用。

Cogniac表示，它已经参与了CBP的试验，并且正在探索更大部署的方法。

尽管如此，目前边境上的大多数监控塔仍在将他们获取的图像发送给人类，而不是AI。 Elbit并没有错误这场新的技术革命， 该公司表示，将在其边界使用的技术系统中构建AI能力。

Elbit美洲副总裁Gordon Kesting表示：“硅谷涌现出许多伟大的公司，我们将密切关注这些发展，并希望采用那里出现的任何新功能，并希望将它们纳入我们的解决方案中。”

传感器，无处不在的传感器

图像只是用来监视边界的一种信号之一。 来自地面所部署的传感器的音频，雷达，地震，声音和磁感应通常是检测活动的第一道防线。 按纯数量衡量，它们还构成了CBP军械库中的大部分工具。 目前在美国边境的入境口岸之间使用了数千个地面传感器。

一旦传感器检测到活动，例如报警信号提示可能一群人正在越过边界区域，CBP可能会派特工或无人机前往该区域进行进一步核查。

但是有时这些传感器会发出错误的警报，例如一只奶牛在边境四处游荡，或者从山上掉下石头的声音触发了传感器。 而且，如果对牛的入侵做出回应可能需要一个特工花费数小时才能到达远程传感器报警的位置，那么显然，更精确灵敏的检测系统会有所帮助。 这就是为什么一些科技公司正在推动新型传感器技术的原因。

一种建议的解决方案是激光雷达，这是一种精确的测量方法，可以对3D目标进行测量和建模。 激光雷达传感器通过发出脉冲激光来实现此目的，然后测量其撞击的固体物体反射出的能量。 如果听起来一切都很熟悉，那是因为它是用于帮助某些无人驾驶汽车确定是否有人或物体挡住道路的技术。 考古学家还使用它来检测地形，例如古老的玛雅遗址可能位于茂密的热带雨林下面。

加利福尼亚州桑尼维尔的一家公司Quanergy去年在德克萨斯州的当地执法机构测试了激光雷达技术，据报道正在与CBP争夺合同。 去年，国土安全部科学和技术部还授予该公司20万美元，以开发其激光雷达功能，以用于机场安全和海关处理队列。 对于CBP来说，这仍然是一个非常新的领域，并且正在制定相关计划。

在边界提出的另一种新型传感工具是光纤传感技术。 CBP在某些有限的情况下才刚刚开始测试该技术。

光纤传感通过测量光纤在遇到振动，应变或温度变化时的反向散射来进行工作。 光纤与可传输互联网，电视电缆或手机信号的电信技术最相关； 你可能听说过与Verizon的FiOS或海底电缆有关的信息。 但是，在边界场景下，该技术可用于测量人类活动和大气中的微小振动。

应用多种传感器的边界

当高度敏感的光纤根据特定频率下的压力波弯曲时，光纤会埋在地下1到2英尺深处，检测到细微的机械振动。 这些电缆还可以采集地下的声音，这使光纤传感技术成为检测用于跨境运输毒品的非法隧道的极具吸引力的工具，这是边境巡逻队面临的主要问题，因为El Chapo于1980年代首次推广了这种方法。 由于这些系统不携带电信号，因此与许多其他类型的传感器相比，走私者也较难检测到它们。

众议员赫德尤其是光纤技术的拥护者。 他说，它应该在美墨边境的整个2,000英里范围内部署，并建议将地下传感器与光纤通信技术结合起来，以提供高速互联网访问边境的偏远地区，包括美国偏远的农村地区。 该地区目前缺乏互联网。

Adelos是一家位于蒙大拿州的公司，生产光纤传感系统，并与美国国防部签订了多项合同，以保护美墨边境以外的地区，例如军事基地。

该公司的创始人兼首席技术官亚历克斯·菲尔普（Alex Philp）说，目前在边境使用的某些传感器采用的是“越南时代”的技术，而光纤具有显着提高边境信号检测精度的能力。 菲尔普说，阿德罗斯（Adelos）的系统可以区分无人机声与风声，或摩托车声与ATV声。 部分原因是该公司使用机器学习来进行振动信号的分类。

实施新技术（如振动光纤）的瓶颈不仅在于资金，还在于联邦签约的过程缓慢，方法论繁琐且经常令人费解。

Philp说：“ DHS非常庞大，对许多不同的威胁类型都负有很多责任。要理解合同并使用新技术可能需要很长时间。”

最终，硅谷初创公司Anduril经过“努力”拿到了美国政府的大订单，50套监控塔，每套96万美元。