为什么太阳能农场一直在杀鸟？打电话给AI观鸟人

美国的太阳能发电场存在鸟类问题。公用事业公司多年来一直在其设施的地面上发现散落着鸟类的身体，这是全国太阳能热潮的奇怪和意想不到的后果。没有人十分确定为什么会发生这种情况，但对于一种被标榜为环保的能源来说，这显然是一个问题。因此，在2013年，一群公用事业公司、学者和环境组织聚集在一起，成立了艾维安太阳能工作组，以制定战略，以减少美国各地太阳能设施中的鸟类死亡。

“关于太阳能对鸟类影响的研究很少，”工作组成员、北卡罗来纳州杜克能源公司(Duke Energy)的首席环境科学家米斯蒂·斯波勒(Misti Sporer)说。“当你发现一只死鸟是什么意思？没有人真正知道。“。但事实证明，仅仅是获得太阳能设施中鸟类死亡的数据就具有挑战性。

2016年，一项首个此类研究估计，美国各地数百个公用事业规模的太阳能发电场每年可能杀死近14万只鸟。这还不到化石燃料发电厂(通过碰撞、触电和中毒)估计的鸟类死亡人数的十分之一，但研究人员预计，随着计划中的太阳能发电场上线，这一数字将增加近两倍。太阳能设施和鸟类死亡之间的联系仍然不清楚。一种主要的理论认为，鸟类将来自太阳能电池板的强光误认为是湖面，然后俯冲着陆，结果是致命的。“但这个假设是从人类的角度来看的，”斯波勒说。“鸟儿看东西的方式和人一样吗？”我们需要收集更多的数据，才能形成一幅完整的图景。“。

今年早些时候，能源部向伊利诺伊州阿贡国家实验室的一组研究人员授予了一份价值130万美元的合同，用于开发一个人工智能平台，专门研究美国各地大型太阳能设施中的鸟类行为。研究人员希望他们的系统收集的数据将帮助鸟类学家揭开为什么我们的羽毛朋友在太阳能农场成群结队地死去的谜团。“重要的是以各种形式减少太阳能对环境的影响，”领导该项目的阿贡生物物理学家滨田由纪(Yuki Hamada)说。“这些鸟类问题是一个令人担忧的问题，也是可再生能源行业希望了解和缓解的问题。”

美国只有几个地区的法规要求太阳能运营商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场不会费心于这种耗时和病态的计算。那些这样做的人在收集高质量数据的能力方面受到限制，每月可能只会派调查员到太阳能发电场清点鸟类身体一次。虽然这有助于太阳能发电厂操作员了解有多少鸟类正在死亡，但它并没有提供太多关于它们为什么死亡的洞察力。为此，他们需要一些实时观测。

清点死鸟只是一种重复性的、令人不快的任务，人工智能就是为此而生的。但实际上在太阳能设施中实施该系统充满了技术挑战。可以说，最困难的任务只是教机器学习算法在复杂的环境中可靠地识别鸟类。鸟类有许多大小、形状和颜色，这意味着算法必须对“鸟类”这个抽象概念有足够好的把握，才能辨别出它们是从头顶飞过还是栖息在太阳能电池板上。

亚当·希曼斯基(Adam Szymanski)是Argonne的一名软件工程师，他领导着实验室人工智能鸟类观察器的开发。他说，机器视觉软件源于他在另一个项目中的工作，该项目旨在自动探测空中的小型无人机。业余爱好无人机没有可以拍打的翅膀，也没有昂首阔步的腿，所以教一个算法无人机的样子是相对简单的。但改变算法的用途以检测鸟类将需要Argonne团队在数千张图像中仔细地标记鸟类，以便它们可以用作算法的训练数据。

Szymanski说：“我们正在进行的机器学习研究有点独特，因为我们不仅仅想要在一张图像中对一个物体进行分类。”“它必须随着时间的推移对一个小的、快速移动的物体进行分类。因此，如果这只鸟在飞行，你会在一些画面中看到一个点，在另一些画面中，你会看到它的翅膀伸出，我们需要跟踪这个物体在相机上移动的情况。“

该系统的硬件也带来了一些挑战。太阳能设施往往位于偏僻的地方，通常没有最先进的机器学习应用程序所需的基础设施。附近没有数据中心，互联网带宽有限，甚至很难通电。“你会认为太阳能设施应该有电力，因为它们会发电。但是他们没有连接到电池板上的电源插座，“希曼斯基说。这意味着运行Argonne的观鸟算法的硬件必须是令人难以置信的资源高效型的，因为它将使用电池或使用自己的小型太阳能电池板，同时还必须处理大量的实时数据。

为了实现这一目标，Argonne团队正在使用一家名为Boulder AI的公司开发的商业硬件来监控行人和车辆交通。博尔德的小型相机系统是为边缘计算而设计的，边缘计算是指在现场而不是在遥远的数据中心进行数据处理的统称。但阿贡团队不会将其安装在路灯上，而是将其安装在太阳能电池板上。

今天，滨田和她的团队正在从安装在伊利诺伊州周围两个太阳能设施的摄像头中收集训练数据。该计划是逐步扩大该计划，以涉及美国各地的几十个商业和政府太阳能站点，但大流行已经减缓了这一推广速度。起初，Argonne的人工智能只是试图正确识别进入其视野的鸟类，但希曼斯基表示，它最终将足够复杂，能够区分少数鸟类的行为，比如栖息在太阳能电池板上或与太阳能电池板相撞。

这些数据将对研究人员至关重要，他们最终的任务是找到解决方案，以防止太阳能设施中的鸟类死亡。它将帮助他们了解当地环境，如天气或一天中的时间，如何影响鸟类的行为，或者它可能确定其他可能的羽毛死亡原因。“在没有人类观察者在场的情况下，能够看到鸟类与现场互动是非常有益的，”斯波勒说。“这项技术让我们得以一窥我们平时看不到的世界，因此我们可以以对野生动物影响最小的方式运作。”

美国东部时间上午8：10-20 9：30更新：Misti Sporer是艾维安太阳能工作组的成员，而不是协调员。

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