人员|为什么太阳能发电厂会杀死鸟类?研究人员欲用AI来寻求答案

太阳能设施每年杀死成千上万只鸟,但没有人确切知道具体原因。一个AI的观测鸟类团队正在处理这起“疑案”。
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美国的太阳能发电厂频频曝出一个与鸟类有关的问题。多年来,美国公共事业公司一直在他们的设施周边发现横七竖八的鸟类尸体——这是全球太阳能热潮带来的一个奇怪而又意外的后果。虽然如今我们已经熟知这一事实,但是一直没有人能清楚知道为什么会发生这种情况。对于一个被誉为“绿色环保的能源”来说,这显然是一个不可忽视问题。因此,在2013年,一群学术界学者、环保组织和公共事业公司走到了一起,它们联合成立了“鸟类太阳能工作小组”(Avian Solar Working group),以制定策略来减少美国各地太阳能设施的禽类死亡事件。
米斯蒂·斯波尔(Misti Sporer)表示:"关于太阳能对鸟类的影响的研究非常少。当你发现一只已死亡的鸟时,它到底经历了什么?没有人真正知道。"他是杜克能源公司的首席环境科学家,杜克能源公司是北卡罗来纳州的一家电力公司,也是该组织的一员。但事实证明,仅仅是获取太阳能设施相关的鸟类死亡数据就已极具挑战性。
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2016年,一项史无前例的研究估计,美国各地数百个公共事业规模的太阳能发电厂每年可能杀死近14万只鸟。虽然该数据还不到化石燃料发电厂杀死的鸟类估计数量(包括碰撞、触电和中毒等)的十分之一,但研究人员预计,随着计划中的太阳能发电厂投入使用,这一数字将增加近三倍。目前,太阳能设施和鸟类死亡之间的联系仍不清楚。一种主流的理论认为,鸟类将太阳能电池板发出的强光误认为是湖面,并俯冲着陆,结果造成致命的后果。"但这种假设是从人类的角度出发的。"斯波勒(Sporer)表示:"鸟类的视觉方式真的会和人类一样吗?我们需要收集更多的数据来形成完整的画面。"
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所拍摄到的一系列的视频帧将用于模拟计算机模型,以了解鸟类的样子
今年早些时候,美国能源部授予伊利诺伊州阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的一个研究团队130万美元的合同,开发一个人工智能平台,专门用于研究美国各地大型太阳能设施的鸟类行为。研究人员希望该系统所收集到的数据能够帮助鸟类学家揭开:为什么我们可爱的鸟类朋友在太阳能发电厂大量死亡的谜团。"重要的是以各种形式减少太阳能对环境的影响。这些鸟类问题一直是一个令人担忧的问题,也是可再生能源行业想要了解和缓解的问题。"阿贡实验室的生物物理科学家滨田由子(Yuki Hamada)说,他是该项目的负责人。
美国只有少数地区有法规要求太阳能运营商定期报告其设施中的鸟类死亡情况;美国大多数大型太阳能发电厂不屑于进行这种耗时且其认为无用的计算。另外,那些这样做的公司在收集高质量数据的能力上受到限制,可能只能每个月派调查员到太阳能发电厂清点一次鸟类尸体。虽然这有助于太阳能发电厂运营商了解有多少鸟类正在死亡,但其并不能提供更多关于它们死亡原因的信息。为此,该组织就需要一些实时观测数据。
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“计算死亡鸟类数量”是一种高度重复性、且令人乏味的工作,然而这正是人工智能(AI)所擅长的强项。但实际上在太阳能设施上实施该系统充满了技术挑战。简而言之,最困难的任务是简单地教会机器学习算法在复杂环境中可靠地识别鸟类。鸟类的大小、形状和颜色各不相同,这就意味着算法必须对“鸟”这个抽象概念有充分的把握,才能识别出它们是在头顶飞行还是栖息在太阳能电池板上。
亚当·希曼斯基(Adam Szymanski)是阿贡国家实验室的一名软件工程师,他正在领导该实验室团队开发AI检测鸟类项目。他表示,这款机器视觉软件源于他在另一个项目上的工作,该项目旨在自动检测空中的小型无人机。对于无人机来说,其既没有可以煽动的翅膀,也没有可以栖息的腿,所以教给算法一个无人机的样子是相对简单的。但是,要将算法重新用于检测鸟类,则需要阿贡国家实验室团队在数千张图像中仔细地对鸟类进行标记,以便将它们作为算法的训练数据。
"我们正在进行的机器学习研究有点独特,因为我们不只希望在一张图像中对一个物体进行分类。"希曼斯基(Szymanski)表示:"它必须随着时间的推移对一个快速移动的小型物体进行分类。因此,如果鸟儿在飞行的时候,在一些帧中你会看到一个点,而在另一些帧中你会看到它的翅膀伸出来,我们需要跟踪这个物体在相机上移动的过程。"
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在该团队的太阳能设施中发现的鸟类(用红框表示),以及栖息前的飞行路径用红线表示