衛(wèi)星數(shù)據(jù)+算法給世界上每座發(fā)電廠加臺(tái)監(jiān)控

一直以來(lái)，資本與政治兩相博弈，大量發(fā)電廠污染排放物監(jiān)測(cè)困難，精確的數(shù)據(jù)獲取無(wú)門，民眾和NGO等公益組織也有心無(wú)力。

一家名為WattTime的非營(yíng)利性人工智能公司正在致力于消除這種信息不對(duì)等。

WattTime打算使用衛(wèi)星圖像來(lái)實(shí)時(shí)精確跟蹤世界上每個(gè)發(fā)電廠的空氣污染（包括碳排放）動(dòng)態(tài)，并且向世界公開(kāi)數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，不再只有監(jiān)管機(jī)構(gòu)和政治家能看到這些數(shù)據(jù)，任何一個(gè)公民都可以上網(wǎng)獲得他們所在地區(qū)最臟的發(fā)電廠的排放清單。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)還能這么用，給世界上每一座發(fā)電廠加臺(tái)監(jiān)控

這是件大事情。

WattTime執(zhí)行董事Gavin McCormick說(shuō)，“目前有太多的電力公司對(duì)污染排放數(shù)據(jù)保密。”不僅僅是公司，大部分國(guó)家也不會(huì)公開(kāi)自己的碳排放數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在基本上只有美國(guó)和中國(guó)會(huì)實(shí)時(shí)公開(kāi)發(fā)電廠的排放量，歐盟沒(méi)有，日本也沒(méi)有。在許多地方，排放報(bào)告的欺詐行為非常猖獗，一些國(guó)家根本不會(huì)在煙囪水平進(jìn)行排放測(cè)量。

那么，獲取這些數(shù)據(jù)很難嗎？其實(shí)不然。

太空正在發(fā)生一場(chǎng)革命。當(dāng)你抬頭眺望星空的時(shí)候，還有成千上百顆衛(wèi)星正在注視著你。根據(jù)聯(lián)合國(guó)外太空事務(wù)局（UNOOSA）統(tǒng)計(jì)，截至2019年年初，有4987顆衛(wèi)星正在地球軌道上運(yùn)行，其中710顆被用于地球觀測(cè)。地球觀測(cè)衛(wèi)星檢查著地球的所有微小的變化，從溫度到森林面積到冰蓋覆蓋面。

其中最著名的是Landsat，美國(guó)NASA的陸地衛(wèi)星計(jì)劃。從1972年7月23日發(fā)射第一顆衛(wèi)星以來(lái)，Landsat衛(wèi)星上的儀器已經(jīng)獲得了數(shù)百萬(wàn)張地球的圖像。這些圖像存放在美國(guó)和世界各地的Landsat接收站，是全球變化研究和農(nóng)業(yè)，地圖學(xué)，地質(zhì)學(xué)，林業(yè)應(yīng)用的獨(dú)特資源。數(shù)據(jù)都是公開(kāi)的，可以通過(guò)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的“EarthExplorer”網(wǎng)站查看。

地球檢測(cè)衛(wèi)星使用遙感技術(shù)提供了廣泛和全球化的數(shù)據(jù)。其中有關(guān)地理空間的信息，被使科學(xué)家用于預(yù)測(cè)物種的分布，能夠比野外工作提供的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)更大規(guī)模地檢測(cè)自然和人為導(dǎo)致的變化。而且更準(zhǔn)確。Landsat中的不同波段具有不同的光譜范圍，可提供高度差異化的應(yīng)用，從生態(tài)學(xué)到地緣政治，最常見(jiàn)的是被用于土地覆蓋率的確定。

而WattTime計(jì)劃使用這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)，包括公眾可用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)（如歐盟的哥白尼和美國(guó)的Landsat），以及一些收費(fèi)的私營(yíng)公司（如Digital Globe）的數(shù)據(jù)，來(lái)檢測(cè)全球所有大型發(fā)電廠的溫室氣體和其他污染物的排放。希望可以通過(guò)公布真實(shí)的排放水平，為公民提供可信的數(shù)據(jù)以便改變目前的環(huán)境監(jiān)管趨勢(shì)。

這個(gè)計(jì)劃已經(jīng)得到了谷歌的支持，Google.org的總裁Jacquelline Fuller說(shuō)，“我們很高興能夠支持WattTime的工作，我們已經(jīng)看到AI如何幫助我們完成日常任務(wù)和旅行，我們相信它有助于解決世界上一些最大的人道主義挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)更大的社會(huì)影響?！?/p>

太空革命其實(shí)是更廣泛的數(shù)字革命的一部分，這場(chǎng)革命貫穿于從制造到金融的各個(gè)部門 。被用于預(yù)測(cè)分析和遙感的云計(jì)算，衛(wèi)星圖像的公共性，數(shù)據(jù)可用性的覆蓋范圍，再加上人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的進(jìn)步將對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

利用衛(wèi)星圖像估算化石燃料發(fā)電廠利用率

WattTime使用最新的圖像處理算法來(lái)處理所得的發(fā)電廠排放跡象。從各種不同波長(zhǎng)的傳感器收集到數(shù)據(jù)以后，然后可以通過(guò)各種算法處理圖像以檢測(cè)污染跡象。WattTime已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)識(shí)別可見(jiàn)煙霧追蹤大量污染，通過(guò)紅外成像識(shí)別煙囪羽流或冷卻水排放的熱量。 Gavin McCormick補(bǔ)充說(shuō)公司現(xiàn)在還在開(kāi)發(fā)能夠直接追蹤二氧化氮排放的傳感器。馬上，通過(guò)煙霧，熱量和NO2，我們就可以獲得世界上每個(gè)發(fā)電廠準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)排放信息。

在此前，WattTime就曾經(jīng)推出了自動(dòng)減排（AER）的方案證明了這一點(diǎn)。該解決方案使用先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)處理煤電廠的商業(yè)和公共衛(wèi)星圖像，利用過(guò)去，現(xiàn)在和預(yù)測(cè)的電網(wǎng)排放數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，使智能設(shè)備能夠及時(shí)調(diào)整其能源使用，選擇更加清潔的能源。該分析通過(guò)開(kāi)發(fā)可操作的煤電氣候情景分析，將資產(chǎn)水平數(shù)據(jù)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)可靠的決策意見(jiàn)。

對(duì)發(fā)電資產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)分析對(duì)工廠來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)楣S通過(guò)其生產(chǎn)和通過(guò)關(guān)稅和批發(fā)價(jià)格銷售的電量獲得大部分收入。然而，在歐盟和美國(guó)以外的許多電力市場(chǎng)中，工廠利用率的數(shù)據(jù)往往非常落后過(guò)時(shí)，不可靠或根本不可用。市場(chǎng)，政府和資產(chǎn)所有者無(wú)法或不愿意提供精細(xì)和及時(shí)的數(shù)據(jù)，以至于全球發(fā)電的化石燃料需求持續(xù)增長(zhǎng)。《巴黎協(xié)定》中要求到2040年實(shí)現(xiàn)相對(duì)快速淘汰煤炭。但是決策者需要足夠的數(shù)據(jù)支持以確保有序和經(jīng)濟(jì)上合理的逐步淘汰。數(shù)據(jù)和建模是決策的核心。

WattTime的AER軟件從不同的發(fā)電廠和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中提取信息，以計(jì)算哪些時(shí)刻具有較低的邊際排放率。然后，它通過(guò)云與注冊(cè)AER的個(gè)人智能設(shè)備進(jìn)行“對(duì)話”。該軟件系統(tǒng)可以讓這些設(shè)備知道何時(shí)使用電力，何時(shí)不會(huì)自動(dòng)減少排放。

該軟件可以靈活地能源從被浪費(fèi)的地方“轉(zhuǎn)移”到更需要的地方。例如，大多數(shù)人認(rèn)為冰箱總是消耗電力。但事實(shí)上，冰箱只需每隔30分鐘左右就會(huì)發(fā)生少量冷卻，從而消耗能量。在任何30分鐘的窗口內(nèi)，電網(wǎng)的邊際排放量都會(huì)有很大差異。它可能在前5分鐘內(nèi)由一個(gè)非常臟的邊緣發(fā)電廠提供動(dòng)力，而第二個(gè)5分鐘將由一個(gè)非常干凈的電力供應(yīng)，如風(fēng)力或太陽(yáng)能農(nóng)場(chǎng)……反之亦然，AER的工作原理是將電力消耗與清潔時(shí)間同步，但始終確保在特定設(shè)備按照其設(shè)計(jì)運(yùn)行所需的任何限制范圍內(nèi)。

目前，建模精度還受到許多因素的影響，包括：由于云層覆蓋而導(dǎo)致的不可用圖像、植物之間溫度的差異、植物的大小等。盡管如此，用于預(yù)測(cè)美國(guó)和歐盟工廠容量因子的模型的平均精度分別達(dá)到了91％和92％，這些結(jié)果表明，使用衛(wèi)星圖像估算容量因子的定量方法是可行的。隨著衛(wèi)星圖像質(zhì)量的提高，這一方法將成為督促投資者，政策制定者和活動(dòng)家從使用化石燃料到清潔能源發(fā)電過(guò)渡中的有力的催化劑。

背后是誰(shuí)？小團(tuán)隊(duì)撬動(dòng)整個(gè)地球

WattTime是一家非營(yíng)利組織，目前是落基山研究所的子公司。 它擁有良好的合作伙伴和可靠的財(cái)務(wù)支持。 盡管規(guī)模很小，但它很有可能成為最透明的污染數(shù)據(jù)全球信息中心。

“像我們這樣的小團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)使用新興的人工智能遙感技術(shù)，逼迫勢(shì)力強(qiáng)大的污染者承擔(dān)起他們應(yīng)有的責(zé)任是非常不可思議的。更棒的一點(diǎn)是，我們通過(guò)數(shù)據(jù)可以讓大多數(shù)公司，政府和環(huán)保主義者團(tuán)結(jié)起來(lái)，站在同一邊。我們很高興看到，現(xiàn)在已經(jīng)有很多負(fù)責(zé)任的團(tuán)體已經(jīng)開(kāi)始使用先進(jìn)的數(shù)據(jù)來(lái)自愿減少排放?！眻?zhí)行董事Gavin說(shuō)。

除了谷歌的支持，目前加入WattTime的還有非營(yíng)利組織Carbon Tracker，一個(gè)分析能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)濟(jì)影響的智庫(kù)，它也是第一個(gè)開(kāi)展基于衛(wèi)星的電廠監(jiān)測(cè)的組織。

Carbon Tracker是一個(gè)獨(dú)立的金融智庫(kù)，對(duì)能源轉(zhuǎn)型對(duì)金融市場(chǎng)的影響以及對(duì)高成本，碳密集型化石燃料的潛在投資進(jìn)行過(guò)深入分析。它創(chuàng)造性地提出并推廣了包括“碳泡沫”、“不可燃碳”和“擱淺資產(chǎn)”等概念，描述了化石燃料項(xiàng)目的持續(xù)發(fā)展與應(yīng)對(duì)氣候變化之間的不相容性。

還有世界資源研究所（WRI），它是一個(gè)全球性環(huán)境與發(fā)展智庫(kù)，其研究活動(dòng)致力于研究環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的共同發(fā)展。WRI是一家跨越60多個(gè)國(guó)家的全球性研究機(jī)構(gòu)，在巴西，中國(guó)，歐洲，埃塞俄比亞，印度，印度尼西亞，墨西哥，美國(guó)等地設(shè)有辦事處。它正在將研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際行動(dòng)，在全球范圍內(nèi)與政府、企業(yè)和公民社會(huì)合作，共同為保護(hù)地球和改善民生提供革新性的解決方案。

如何預(yù)防“切爾諾貝利式”災(zāi)難

如果缺乏對(duì)于生活足夠的警覺(jué)，可怕的事情發(fā)生的時(shí)候我們就會(huì)措手不及。

HBO《切爾諾貝利》劇照

1986年4月26日的凌晨，烏克蘭境內(nèi)的切爾諾貝利核電站4號(hào)反應(yīng)爐發(fā)生爆炸，8噸多強(qiáng)輻射物質(zhì)隨風(fēng)飄散，事故產(chǎn)生的輻射線劑量相當(dāng)于廣島長(zhǎng)崎兩顆原子彈總和的100倍。這是一座號(hào)稱有史以來(lái)最安全的核電站，這是一次人類史上最嚴(yán)重的核電事故。31人當(dāng)場(chǎng)死亡，上萬(wàn)人由于放射性物質(zhì)的長(zhǎng)期影響而重病或死亡，至今仍陸續(xù)有被放射線影響而導(dǎo)致畸形的新生兒出生。

雪崩中，沒(méi)有一片雪花意識(shí)到這是一場(chǎng)災(zāi)難。圍觀的群眾沒(méi)有看到爆炸，只看到了火花。所有的東西都在發(fā)亮，他們鼓掌說(shuō)，真美啊。輻射物如雪花般落下，在四月微涼的夜風(fēng)里，嗅著帶有金屬味道的空氣，孩子們歡呼，在死亡的塵埃里翩翩起舞。完全沒(méi)有任何防護(hù)措施的消防員，抱著英雄主義的幻夢(mèng)沖進(jìn)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)。他們以為是普通的火災(zāi)，他們甚至用手撿地上的石墨烯?，F(xiàn)場(chǎng)的總工程師看著已經(jīng)爆表，讀不出準(zhǔn)確數(shù)值的測(cè)量?jī)x器，說(shuō)了一句，“不算太糟。”

事故后的34小時(shí)，政府才開(kāi)始撤離群眾。事故一周后蘇聯(lián)政府還不知道事態(tài)的嚴(yán)重，普里奇亞季還在大張旗鼓地歡慶五一節(jié)，直到瑞典政府發(fā)來(lái)消息“輻射云飄到了我們這里！”

而比無(wú)知更糟糕的，是謊言。士兵被派遣、居民被疏散、房屋被遺棄、生活的進(jìn)程突然被阻斷。直升機(jī)飛上天空，大量軍事車輛沿路行進(jìn)，小道消息和流言四起，但最重要的事所有人卻都三緘其口，不敢問(wèn)——到底發(fā)生了什么？每個(gè)人都想知道真相，理解所發(fā)生事件的意義：“地里的土豆成熟了，卻不讓我們收獲，擠出來(lái)的牛奶只能倒在地上?！保斑@里的一切明明這么美好，我們?yōu)槭裁匆?？?/p>

研究員拿著輻射測(cè)量?jī)x記錄各地的實(shí)際輻射量，但數(shù)值是個(gè)秘密，只有克里姆林宮的人能夠看到?！罢?qǐng)告訴我們到底有多少輻射量？” “沒(méi)有問(wèn)題，只要記得飯前洗手就好了。”

我們從未見(jiàn)過(guò)這樣的地球

我們總會(huì)把類似切爾諾貝利這樣的事情，歸入與我們無(wú)關(guān)的極端事件的集合里，那里面還有各種戰(zhàn)爭(zhēng)，災(zāi)難與事故。但是可怕的事情總是悄悄發(fā)生，我們的敵人無(wú)處不在。根據(jù)最新的全球空氣狀況報(bào)告，空氣污染是全球第五大死亡風(fēng)險(xiǎn)。每年造成500萬(wàn)人的早期死亡和1.47億年的健康生命損失。國(guó)家還在不停建造發(fā)電廠，公民們一無(wú)所知，他們一邊呼吸著污染，一邊為發(fā)電廠工作，當(dāng)著自己的掘墓人。

上周末，夏威夷的傳感器傳回了歷史性的一個(gè)記錄——地球大氣中的二氧化碳濃度（CO2）在人類歷史上第一次超過(guò)百萬(wàn)分之415（ppm）。

我們對(duì)這個(gè)數(shù)字毫無(wú)概念，就像我們對(duì)當(dāng)年的900噸石墨和2萬(wàn)噸倫琴的木然無(wú)知一樣。一個(gè)網(wǎng)友在氣象學(xué)家Eric Holthaus的推特下評(píng)論說(shuō)：“這難道是什么新聞嗎？”

“不僅僅是有記載的歷史，不僅僅是自1萬(wàn)年前農(nóng)業(yè)發(fā)明以來(lái)，是從人類存在于數(shù)百萬(wàn)年以來(lái)，我們從未見(jiàn)過(guò)這樣的星球?！盚olthaus這樣回答。如果碳污染在我們的大氣層中不斷變厚，那么越來(lái)越多的熱量將被困在地球上，地球會(huì)成為一個(gè)有毒的星球，云層破碎，海洋成為來(lái)自地獄的熱浪，持續(xù)沸騰直到蒸發(fā)。超過(guò)400ppm是一個(gè)歷史性的時(shí)刻，現(xiàn)在是我們抓住韁繩的最后機(jī)會(huì)。

技術(shù)加持，消除信息壁壘

1986年，美國(guó)創(chuàng)建了TRI計(jì)劃（Toxic Release Inventory,），成立了一個(gè)跟蹤所有美國(guó)工業(yè)設(shè)施有毒排放的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)完全公開(kāi)。它在1990年作為《污染預(yù)防法》的一部分得到了修訂。

TRI已經(jīng)被證明是美國(guó)歷史上最有力的環(huán)境法規(guī)之一。通過(guò)簡(jiǎn)單地向公民，非營(yíng)利組織和州政府提供信息，就可以對(duì)污染排放最嚴(yán)重的工廠施加壓力。在該法案實(shí)施后的五年內(nèi)，美國(guó)工業(yè)有毒物排放量下降了近一半。

正在排放污染物的工廠，和切爾諾貝利核電站的劇照驚人地相似

TRI被學(xué)者們稱為“民粹主義的最大最小化（populist maximin regulation）監(jiān)管”，這與傳統(tǒng)的命令和控制監(jiān)管有所不同。首先，政府機(jī)構(gòu)的作用不再是制定和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，而是為公民，利益集團(tuán)和企業(yè)提供豐富的信息，以幫助解決環(huán)境問(wèn)題。其次，標(biāo)準(zhǔn)不是根據(jù)專家風(fēng)險(xiǎn)分析設(shè)定的，而是公眾自己愿意接受的標(biāo)準(zhǔn)。另外，排放者采取污染預(yù)防和減少措施的壓力主要來(lái)源于公眾，而不是正式的機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)或政府制裁。最后，這些信息使公眾注意力集中在最糟糕的排放者身上。TRI在美國(guó)啟用了民粹主義的maximin監(jiān)管，信息公開(kāi)化之后帶來(lái)的是自下而上的激進(jìn)主義的浪潮。

類似地，WattTime的數(shù)據(jù)也可以被用來(lái)在全球范圍內(nèi)組織公民對(duì)最大碳排放國(guó)施加壓力。那些污染者和騙子將會(huì)被暴露，任何公司，任何國(guó)家，都無(wú)法隱藏或捏造數(shù)字，公眾將知道如何找到真相。而一旦我們知道污染者在做什么，就會(huì)停止讓他們逃脫。我們相信技術(shù)幫助消除我們的信息壁壘之后，切爾諾貝利的悲劇不會(huì)再重演。