四種因應氣候變遷的物聯網技術和數據科學方法

作者: iot for all, Kickstarter, & Carbon Recycling International;翻譯:鍾宜珈

引用來源:

https://www.iotforall.com/4-ways-iot-data-science-fight-climate-change/

https://www.kickstarter.com/projects/topherwhite/rainforest-connection-phones-turned-to-forest-guar

https://www.carbonrecycling.is/

 

『參考要點』:物聯網(IoT)、碳捕捉技術、大數據、人工智慧(AI)等技術可以有效地監測環境變化,進一步瞭解污染物的形成原因,增進我們因應氣候變遷與調適的能力。

 

透過物聯網解決方案因應氣候變遷

物聯網能夠使各種設備與環境運作得更有效率,並能針對偵測到的頻率與變化做出回應,因此不同的物聯網應用系統會影響著不同的能源使用和排放量。研究人員在2015年即發現信息和通訊技術行業(包括:物聯網)可以有效地幫助工業部門在2030年達到15%的溫室氣體減量目標。

物聯網若應用在綠色建築,則可以顯著地減少溫室氣體排放。由於城市佔了將近全球二氧化碳排放總量的四分之三,因此透過綠色建築的設置對環境的潛在影響是巨大的。綠色建築可以透過環保建材的使用,增加城市的綠色空間,降低對環境的影響。

都市人口過多會對環境產生負面影響。研究人員預測,到2050年,世界三分之二的人口將生活在城市中。因此,提高城市的能源使用效率變得日益重要。智慧城市可以透過物聯網系統提高供水效率、改善交通擁堵、減少行駛汽車的時間,提供更可靠的大眾運輸。智慧城市還可以透過遠端操作監控垃圾和污染情況來實行節能措施。

物聯網也與農業社區相關。隨著人口的增加,農民需要生產更多的糧食、使用更永續的方法來生產作物。傳統耕作方法,高風險地使用水,會導致土壤退化。現今結合物聯網技術,像是:收集關於土壤、水分、天氣和施肥數據的感測器,可以幫助農民優化灌溉和提高生產。另外,自主拖拉機可以翻土打孔、播種和噴灑,以減少人為耕作時間。

最後,物聯網有時也能夠透過令人驚艷的方式保護生物多樣性,例如:雨林連結組織(Rainforest Connection, RFCx)使用物聯網系統來監控及停止非法盜伐和盜獵行為。

 

圖說為雨林連結組織(RFCx)將舊款智慧型手機改造成雨林監測器,並安裝在樹頂,可監聽半徑 1 公里內的伐木電鋸聲、槍聲等,監測器將發送訊號到雨林連結組織RFCx 雲端伺服器,伺服器再發送訊息到負責單位,此法不但省時、省錢,更能即時有效地保護面積廣大的熱帶雨林。

 

一些創新的中小型企業,如:The Bee Corp在蜂箱中裝置物聯網設備,來追蹤蜜蜂的行為和健康狀況,養蜂人可以利用智慧型手機上的數據來管理蜂箱、監控行為,並採取適當的行動。

上述案例都顯示了各種森林和雨林、野生動植物保護區等都能夠使用物聯網技術以及攝影機來進行監控,防止非法盜採和偷獵。我們也能夠在住家環境使用物聯網觀測動植物的生長。隨著物聯網技術的應用越來越廣泛,更多的節能和環境效益的價值可望被實現。

 

碳捕捉技術(Carbon Capture Technologies)

由於重新造林將比我們減少大氣中的碳所需的時間更多,因此多年來科學家一直在探索各種碳捕捉技術(Carbon Capture Technologies)。透過與石油或天然氣工廠合作,可將二氧化碳存儲在地下儲罐中,理想情況下將其循環利用以作為可用燃料,例如,冰島(Iceland)的碳循環國際公司(Carbon Recycling International,CRI),即在開發一種碳捕捉技術,透過回收碳以生產甲醇,進而發展成新興燃料。這項技術仍處於發展階段,因為在地下存儲大量碳只是權宜之計。但是隨著像冰島公司這樣的案例逐漸浮現,更多的計畫與新興的技術開始改變傳統能源的生產,逐漸朝向可再生能源進行產業轉型。

圖說為冰島碳循環國際公司(CRI)的工廠,該工廠可透過從鋼廠捕集二氧化碳廢氣,透過電力將水分解成氫和氧,再將二氧化碳與氫結合後,形成含水甲醇,最後蒸餾成純甲醇作為汽車燃料,這種方法可有效地回收二氧化碳,再進行利用。

 

利用大數據了解地球系統

數據科學的主要貢獻在於提供了可靠的訊息以及將訊息傳播給大眾的方法。大數據的興起幫助了科學家瞭解過去和現在的環境和天氣狀況,進而建立可靠的趨勢,因此我們能夠預測未來即將發生的事以及知道如何採取行動。

物聯網系統所生成的數據可以幫助我們節約能源和水,這些數據還可以幫助科學家對氣候變化進行可視化的處理,能夠以更好的方式向大眾傳達實際情況。

大數據的技術也有助於科學家和政​​策制定者瞭解不同行業如何導致氣候變遷,以及關鍵的環境變化是在哪裡發生,以便採取有效的防範措施,例如:大數據使人們認知到2001年至2015年間,全球有四分之一以上的樹木損失與商業砍伐有關。另外,美國創新衛星公司(Planet Labs)和加利福尼亞州空氣資源委員會(California Air Resources Board, CARB)進行的一項計畫即是在加利福尼亞州發射一顆衛星,以瞭解甲烷等氣候污染物的起始點,並針對該地區進行氣候調適。

 

人工智慧幫助我們為不穩定的世界建立模型

「瞭解人類行為的趨勢和氣候影響」是現今解決氣候變遷的挑戰之一。人工智慧(Artificial Intelligence, AI)正在介入我們的環境,以幫助科學家構建強大的感知和環境學習系統,幫助人類釐清如何實現目標。

雖然地球只有一個,但是建立氣候模型卻是一項科學挑戰,透過人工智慧技術,研究人員能夠更好地預測環境將如何影響應空氣中的碳變化量,進而知道需要採取哪些措施來保護脆弱的人類。

人工智慧還可以幫助改善氣候政策和提供解決方案,正如同美國智庫布魯金斯研究院(Brookings Institution)的一篇文章所述:「人工智慧可幫助市場更有效率地運作,能夠讓分析師和市場參與者較容易理解從電網行為到氣候變遷等高度複雜的現象」。

透過人工智慧可以提高能源系統的效率,科學家透過機器學習方法(Machine Learning)可以快速地理解數據,測試理論如何實踐,並提出有效的因應措施,例如:IBM的綠色地平線計畫(Green Horizo​​n Project)即是透過機器學習分析環境數據,透過假設模擬測試來減少污染。微軟深信人工智慧可以改變氣候變化,因此透過人工智慧計畫(AI for Earth)投入了5000萬美元,用於創建新人工智慧的應用項目。

有鑑於我們對氣候變遷理解的技術足夠強大,以至於一個新的領域正在興起:「氣候信息學(Climate Informatics)」。該學科首次由克萊爾·蒙特萊奧尼(Claire Monteleoni)及其合著者在2012年進行發表,該學科彌合了氣候科學家和人工智慧研究人員之間的鴻溝,透過技術的探索,更全面地瞭解氣候變遷。隨著這些領域的結合,氣候研究將變得更有效率、更能針對政策進行調整與變化,或許也能夠更快地使我們倖免於即將到來的氣候災難。

臺中市政府低碳城市推動辦公室

臺中市西屯區臺灣大道三段99號臺中市政府惠中樓九樓 | 服務電話:0422289111#10963 | 服務信箱 | 網站總瀏覽人次: 574160