Солнечные установки ежегодно убивают десятки тысяч птиц, и никто не знает почему. Дело касается орнитолога с искусственным интеллектом.
СОЛНЕЧНЫЕ ФЕРМЫ имеют проблемы с птицами. Коммунальные предприятия уже много лет находят на своих объектах трупы птиц, что является странным и неожиданным последствием национального солнечного бума . Никто не понимал, почему это происходит, но это явно была проблема для того типа энергии, который считался экологически чистым. Поэтому в 2013 году группа коммунальных предприятий, ученых и экологических организаций объединилась, чтобы сформировать рабочую группу по птичьим солнечным батареям, чтобы разработать стратегии по снижению смертности птиц на солнечных объектах в США.
«Было очень мало исследований о влиянии солнечной энергии на птиц», - говорит Мисти Спорер, ведущий ученый-эколог в Duke Energy, электроэнергетической компании в Северной Каролине, и координатор рабочей группы. «Что это значит, когда вы находите мертвую птицу? На самом деле никто не знал. Но просто получить данные о смертности птиц на солнечных установках оказалось непросто.
В 2016 году первое в своем роде исследование показало, что сотни солнечных ферм в США могут ежегодно убивать около 140 000 птиц. Это менее одной десятой процента от оценочного числа птиц, погибших от электростанций, работающих на ископаемом топливе (из-за столкновений, поражения электрическим током и отравлений), но исследователи ожидали, что это число почти утроится, когда запланированные солнечные фермы появятся в сети. Связь между солнечными установками и гибелью птиц до сих пор неясна. Одна ведущая теория предполагает, что птицы ошибочно принимают блики от солнечных панелей за поверхность озера и совершают посадку со смертельным исходом. «Но эта гипотеза с точки зрения человека», - говорит Спорер.
«Видят ли птицы так же, как люди? Нам нужно собрать больше данных, чтобы составить полную картину ».
Ранее в этом году Министерство энергетики заключило с группой исследователей из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе контракт на 1,3 миллиона долларов на разработку платформы искусственного интеллекта, предназначенной для изучения поведения птиц на крупных солнечных объектах в США. Исследователи надеются, что данные, собранные их системой, помогут орнитологам разгадать тайну того, почему наши пернатые друзья массово умирают на солнечных фермах.
«Важно уменьшить воздействие солнечной энергии на окружающую среду в любой форме», - говорит Юки Хамада, ученый-биофизик из Аргонна, возглавляющий проект. «Эти птичьи проблемы вызывают беспокойство, и отрасль возобновляемых источников энергии хочет понять и смягчить их».
Лишь в нескольких регионах США действуют правила, требующие от операторов солнечных батарей сообщать о случаях смерти птиц на своих объектах; большинство крупных солнечных ферм Америки не беспокоятся об этом трудоемком и болезненном исчислении. Те, кто это делает, ограничены в своих возможностях по сбору качественных данных и могут посылать геодезистов для подсчета туш птиц на солнечной ферме только раз в месяц. Хотя это помогает операторам солнечных электростанций понять, сколько птиц умирает, это не дает подробного понимания того, почему они умирают. Для этого им нужны наблюдения в реальном времени.
Подсчет мертвых птиц - это просто повторяющаяся неприятная задача, для которой был создан ИИ. Но на самом деле внедрение системы на солнечной электростанции сопряжено с техническими проблемами. Возможно, самая сложная задача - просто научить алгоритм машинного обучения надежно распознавать птиц в сложной среде. Птицы бывают разных размеров, форм и цветов, а это означает, что алгоритм должен достаточно хорошо разбираться в абстрактной концепции «птичности», чтобы различать их, летают ли они над головой или сидят на солнечной панели.
Адам Шимански (Adam Szymanski) - инженер-программист в Аргонне, который руководит разработкой в лаборатории орнитолога на базе ИИ. Он говорит, что программное обеспечение машинного зрения выросло из его работы над другим проектом, который был разработан для автоматического обнаружения небольших дронов в воздухе. Дроны-хобби не имеют крыльев, которые можно махать, или ножек, которые можно расставлять, поэтому обучить алгоритм, как выглядит дрон, относительно просто. Но перепрофилирование алгоритма для обнаружения птиц потребует от команды Аргонна тщательной маркировки птиц на тысячах изображений, чтобы их можно было использовать в качестве обучающих данных для алгоритма.
«Исследование машинного обучения, которое мы проводим, немного уникально, потому что мы не просто хотим классифицировать объект на одном изображении», - говорит Шимански. «Он должен классифицировать небольшой, быстро движущийся объект с течением времени. Итак, если птица летит, на некоторых кадрах вы увидите точку, а на других - ее крылья, и нам нужно отслеживать этот объект, когда он движется по камере ».
Аппаратное обеспечение системы также связано с некоторыми проблемами. Солнечные установки, как правило, находятся в глуши и обычно не имеют той инфраструктуры, которая требуется для современных приложений машинного обучения. Рядом нет центров обработки данных, ограничена пропускная способность интернета, и иногда бывает трудно получить электричество. «Можно подумать, что солнечные установки должны иметь энергию, потому что они ее вырабатывают. Но у них нет розеток, подключенных к панелям », - говорит Шимански. Это означает, что оборудование, которое будет запускать алгоритм наблюдения за птицами Argonne, должно быть невероятно ресурсоэффективным, так как оно будет работать от батарей или с использованием собственных небольших солнечных панелей, а также должно обрабатывать огромный объем данных в реальном времени.
Чтобы это произошло, команда Argonne использует коммерческое оборудование, разработанное компанией Boulder AI для мониторинга пешеходного и автомобильного движения. Система небольших камер Боулдера предназначена для периферийных вычислений - универсального термина для обработки данных, которая выполняется на месте, а не в удаленном центре обработки данных. Но вместо того, чтобы прикрепить его к уличному фонарю, команда Argonne собирается прикрепить его к солнечной панели.
Сегодня Хамада и ее команда собирают данные о тренировках с камер, установленных на двух солнечных объектах в окрестностях Иллинойса. План состоит в том, чтобы постепенно расширить программу, включив в нее несколько десятков коммерческих и государственных солнечных станций по всей территории США, но пандемия замедлила это развертывание. Сначала ИИ Аргонны будет просто пытаться правильно идентифицировать птиц, которые попадают в его поле зрения, но Шимански говорит, что в конечном итоге он будет достаточно сложным, чтобы различать несколько типов поведения птиц, таких как сидение на солнечной панели или столкновение с ней.
Эти данные будут иметь решающее значение для исследователей, которым в конечном итоге предстоит найти решения по предотвращению гибели птиц на солнечных установках. Это поможет им понять, как местная среда, такая как погода или время суток, влияет на поведение птиц, или может определить другие возможные причины гибели пернатых. «Возможность наблюдать за взаимодействием птиц с участком без присутствия человека-наблюдателя невероятно полезна», - говорит Спорер. «Эта технология позволяет нам заглянуть в мир, который мы обычно не видим, поэтому мы можем действовать таким образом, который наименее влияет на дикую природу».