卫星数据+算法给世界上每座发电厂加台监控,“切尔诺贝利式”信息壁垒可以被打破吗?

大数据文摘 2019/05/21 22:06

知识图谱,卫星数据+算法给世界上每座发电厂加台监控,“切尔诺贝利式”信息壁垒可以被打破吗?

大数据文摘出品

作者:宋欣仪

一直以来,资本与政治两相博弈,大量发电厂污染排放物监测困难,精确的数据获取无门,民众和NGO等公益组织也有心无力。

一家名为WattTime的非营利性人工智能公司正在致力于 消除这种信息不对等。

WattTime打算使用卫星图像来实时精确跟踪世界上每个发电厂的空气污染(包括碳排放)动态,并且向世界公开数据。 也就是说,不再只有监管机构和政治家能看到这些数据,任何一个公民都可以上网获得他们所在地区最脏的发电厂的排放清单。

卫星数据还能这么用,给世界上每一座发电厂加台监控

这是件大事情。

WattTime执行董事Gavin McCormick说,“目前有太多的电力公司对污染排放数据保密。”不仅仅是公司,大部分国家也不会公开自己的碳排放数据。

现在基本上只有美国和中国会实时公开发电厂的排放量,欧盟没有,日本也没有。在许多地方,排放报告的欺诈行为非常猖獗,一些国家根本不会在烟囱水平进行排放测量。

那么,获取这些数据很难吗?其实不然。

太空正在发生一场革命。当你抬头眺望星空的时候,还有成千上百颗卫星正在注视着你。根据联合国外太空事务局(UNOOSA)统计,截至2019年年初,有4987颗卫星正在地球轨道上运行,其中710颗被用于地球观测。 地球观测卫星检查着地球的所有微小的变化,从温度到森林面积到冰盖覆盖面。

其中最著名的是Landsat,美国NASA的陆地卫星计划。从1972年7月23日发射第一颗卫星以来,Landsat卫星上的仪器已经获得了数百万张地球的图像。这些图像存放在美国和世界各地的Landsat接收站,是全球变化研究和农业,地图学,地质学,林业应用的独特资源。数据都是公开的,可以通过美国地质调查局(USGS)的“EarthExplorer”网站查看。

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图片来源: Shutterstock

地球检测卫星使用遥感技术提供了广泛和全球化的数据。其中有关地理空间的信息,被使科学家用于预测物种的分布,能够比野外工作提供的传统数据更大规模地检测自然和人为导致的变化。而且更准确。Landsat中的不同波段具有不同的光谱范围,可提供高度差异化的应用,从生态学到地缘政治,最常见的是被用于土地覆盖率的确定。

而WattTime计划使用这些卫星数据,包括公众可用的卫星数据(如欧盟的哥白尼和美国的Landsat),以及一些收费的私营公司(如Digital Globe)的数据,来检测全球所有大型发电厂的温室气体和其他污染物的排放。希望可以通过公布真实的排放水平,为公民提供可信的数据以便改变目前的环境监管趋势。

这个计划已经得到了谷歌的支持,Google.org的总裁Jacquelline Fuller说,“我们很高兴能够支持WattTime的工作,我们已经看到AI如何帮助我们完成日常任务和旅行,我们相信它有助于解决世界上一些最大的人道主义挑战,实现更大的社会影响。”

太空革命其实是更广泛的数字革命的一部分, 这场革命贯穿于从制造到金融的各个部门 。被用于预测分析和遥感的云计算,卫星图像的公共性,数据可用性的覆盖范围,再加上人工智能和机器学习的进步将对环境监测产生深远的影响。

利用卫星图像估算化石燃料发电厂利用率

WattTime使用最新的图像处理算法来处理所得的发电厂排放迹象。从各种不同波长的传感器收集到数据以后,然后可以通过各种算法处理图像以检测污染迹象。WattTime已经实现,通过识别可见烟雾追踪大量污染,通过红外成像识别烟囱羽流或冷却水排放的热量。 Gavin McCormick补充说公司现在还在开发能够直接追踪二氧化氮排放的传感器。马上,通过烟雾,热量和NO2,我们就可以获得世界上每个发电厂准确的实时排放信息。

在此前,WattTime就曾经推出了自动减排(AER)的方案证明了这一点。该解决方案使用先进的机器学习技术处理煤电厂的商业和公共卫星图像,利用过去,现在和预测的电网排放数据和机器学习算法,使智能设备能够及时调整其能源使用,选择更加清洁的能源。该分析通过开发可操作的煤电气候情景分析,将资产水平数据变为现实可靠的决策意见。

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图片来源:Google

对发电资产的经济分析对工厂来说至关重要,因为工厂通过其生产和通过关税和批发价格销售的电量获得大部分收入。然而,在欧盟和美国以外的许多电力市场中,工厂利用率的数据往往非常落后过时,不可靠或根本不可用。市场,政府和资产所有者无法或不愿意提供精细和及时的数据,以至于全球发电的化石燃料需求持续增长。《巴黎协定》中要求到2040年实现相对快速淘汰煤炭。但是决策者需要足够的数据支持以确保有序和经济上合理的逐步淘汰。数据和建模是决策的核心。

WattTime的AER软件从不同的发电厂和电网运营商数据中提取信息,以计算哪些时刻具有较低的边际排放率。然后,它通过云与注册AER的个人智能设备进行“对话”。该软件系统可以让这些设备知道何时使用电力,何时不会自动减少排放。

该软件可以灵活地能源从被浪费的地方“转移”到更需要的地方。例如,大多数人认为冰箱总是消耗电力。但事实上,冰箱只需每隔30分钟左右就会发生少量冷却,从而消耗能量。在任何30分钟的窗口内,电网的边际排放量都会有很大差异。它可能在前5分钟内由一个非常脏的边缘发电厂提供动力,而第二个5分钟将由一个非常干净的电力供应,如风力或太阳能农场……反之亦然,AER的工作原理是将电力消耗与清洁时间同步,但始终确保在特定设备按照其设计运行所需的任何限制范围内。

目前,建模精度还受到许多因素的影响,包括:由于云层覆盖而导致的不可用图像、植物之间温度的差异、植物的大小等。尽管如此,用于预测美国和欧盟工厂容量因子的模型的平均精度分别达到了91%和92%,这些结果表明,使用卫星图像估算容量因子的定量方法是可行的。随着卫星图像质量的提高,这一方法将成为督促投资者,政策制定者和活动家从使用化石燃料到清洁能源发电过渡中的有力的催化剂。

背后是谁?小团队撬动整个地球

WattTime是一家非营利组织,目前是落基山研究所的子公司。 它拥有良好的合作伙伴和可靠的财务支持。 尽管规模很小,但它很有可能成为最透明的污染数据全球信息中心。

“像我们这样的小团队可以通过使用新兴的人工智能遥感技术,逼迫势力强大的污染者承担起他们应有的责任是非常不可思议的。更棒的一点是,我们通过数据可以让大多数公司,政府和环保主义者团结起来,站在同一边。我们很高兴看到,现在已经有很多负责任的团体已经开始使用先进的数据来自愿减少排放。”执行董事Gavin说。

除了谷歌的支持,目前加入WattTime的还有非营利组织Carbon Tracker,一个分析能源转型的经济影响的智库,它也是第一个开展基于卫星的电厂监测的组织。

Carbon Tracker是一个独立的金融智库,对能源转型对金融市场的影响以及对高成本,碳密集型化石燃料的潜在投资进行过深入分析。它创造性地提出并推广了包括“碳泡沫”、“不可燃碳”和“搁浅资产”等概念,描述了化石燃料项目的持续发展与应对气候变化之间的不相容性。

还有世界资源研究所(WRI),它是一个全球性环境与发展智库,其研究活动致力于研究环境与社会经济的共同发展。WRI是一家跨越60多个国家的全球性研究机构,在巴西,中国,欧洲,埃塞俄比亚,印度,印度尼西亚,墨西哥,美国等地设有办事处。它正在将研究成果转化为实际行动,在全球范围内与政府、企业和公民社会合作,共同为保护地球和改善民生提供革新性的解决方案。

如何预防“切尔诺贝利式”灾难

如果缺乏对于生活足够的警觉,可怕的事情发生的时候我们就会措手不及。

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HBO《切尔诺贝利》剧照

1986年4月26日的凌晨,乌克兰境内的切尔诺贝利核电站4号反应炉发生爆炸,8吨多强辐射物质随风飘散,事故产生的辐射线剂量相当于广岛长崎两颗原子弹总和的100倍。这是一座号称有史以来最安全的核电站,这是一次人类史上最严重的核电事故。31人当场死亡,上万人由于放射性物质的长期影响而重病或死亡,至今仍陆续有被放射线影响而导致畸形的新生儿出生。

雪崩中,没有一片雪花意识到这是一场灾难。 围观的群众没有看到爆炸,只看到了火花。所有的东西都在发亮,他们鼓掌说,真美啊。辐射物如雪花般落下,在四月微凉的夜风里,嗅着带有金属味道的空气,孩子们欢呼,在死亡的尘埃里翩翩起舞。完全没有任何防护措施的消防员,抱着英雄主义的幻梦冲进火灾现场。他们以为是普通的火灾,他们甚至用手捡地上的石墨烯。现场的总工程师看着已经爆表,读不出准确数值的测量仪器,说了一句,“不算太糟。”

事故后的34小时,政府才开始撤离群众。事故一周后苏联政府还不知道事态的严重,普里奇亚季还在大张旗鼓地欢庆五一节,直到瑞典政府发来消息“辐射云飘到了我们这里!”

而比无知更糟糕的,是谎言。 士兵被派遣、居民被疏散、房屋被遗弃、生活的进程突然被阻断。直升机飞上天空,大量军事车辆沿路行进,小道消息和流言四起,但最重要的事所有人却都三缄其口,不敢问——到底发生了什么?每个人都想知道真相,理解所发生事件的意义:“地里的土豆成熟了,却不让我们收获,挤出来的牛奶只能倒在地上。”,“这里的一切明明这么美好,我们为什么要走?”

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试图封锁事故消息的苏联政府

研究员拿着辐射测量仪记录各地的实际辐射量,但数值是个秘密,只有克里姆林宫的人能够看到。“请告诉我们到底有多少辐射量?” “没有问题,只要记得饭前洗手就好了。”

我们从未见过这样的地球

我们总会把类似切尔诺贝利这样的事情,归入与我们无关的极端事件的集合里,那里面还有各种战争,灾难与事故。但是可怕的事情总是悄悄发生,我们的敌人无处不在。根据最新的全球空气状况报告,空气污染是全球第五大死亡风险。每年造成500万人的早期死亡和1.47亿年的健康生命损失。国家还在不停建造发电厂,公民们一无所知,他们一边呼吸着污染,一边为发电厂工作,当着自己的掘墓人。

上周末,夏威夷的传感器传回了历史性的一个记录——地球大气中的二氧化碳浓度(CO2)在人类历史上第一次超过百万分之415(ppm)。

我们对这个数字毫无概念,就像我们对当年的900吨石墨和2万吨伦琴的木然无知一样。一个网友在气象学家Eric Holthaus的推特下评论说:“这难道是什么新闻吗?”

“不仅仅是有记载的历史,不仅仅是自1万年前农业发明以来,是从人类存在于数百万年以来,我们从未见过这样的星球。”Holthaus这样回答。如果碳污染在我们的大气层中不断变厚,那么越来越多的热量将被困在地球上,地球会成为一个有毒的星球,云层破碎,海洋成为来自地狱的热浪,持续沸腾直到蒸发。超过400ppm是一个历史性的时刻,现在是我们抓住缰绳的最后机会。

技术加持,消除信息壁垒

1986年,美国创建了TRI计划(Toxic Release Inventory,),成立了一个跟踪所有美国工业设施有毒排放的数据库,数据完全公开。它在1990年作为《污染预防法》的一部分得到了修订。

TRI已经被证明是美国历史上最有力的环境法规之一。通过简单地向公民,非营利组织和州政府提供信息,就可以对污染排放最严重的工厂施加压力。在该法案实施后的五年内,美国工业有毒物排放量下降了近一半。

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正在排放污染物的工厂,和切尔诺贝利核电站的剧照惊人地相似, 图片来源: GETTY IMAGES

TRI被学者们称为“民粹主义的最大最小化(populist maximin regulation)监管”,这与传统的命令和控制监管有所不同。首先,政府机构的作用不再是制定和执行标准,而是为公民,利益集团和企业提供丰富的信息,以帮助解决环境问题。其次,标准不是根据专家风险分析设定的,而是公众自己愿意接受的标准。另外,排放者采取污染预防和减少措施的压力主要来源于公众,而不是正式的机构标准或政府制裁。最后,这些信息使公众注意力集中在最糟糕的排放者身上。TRI在美国启用了民粹主义的maximin监管,信息公开化之后带来的是自下而上的激进主义的浪潮。

类似地,WattTime的数据也可以被用来在全球范围内组织公民对最大碳排放国施加压力。那些污染者和骗子将会被暴露,任何公司,任何国家,都无法隐藏或捏造数字,公众将知道如何找到真相。而一旦我们知道污染者在做什么,就会停止让他们逃脱。我们相信技术帮助消除我们的信息壁垒之后,切尔诺贝利的悲剧不会再重演。

相关报道:

https://www.vox.com/energy-and-environment/2019/5/7/18530811/global-power-plants-real-time-pollution-data

https://www.watttime.org/news/watttime-will-measure-worlds-power-plant-emissions-from-space-with-support-from-google-org/

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