打卡智能中国(四):向着沙漠,向着沙漠|实时焦点

2023-04-12 10:07:21 来源:维科号

前不久,宁夏灵武市林场主孙国友“跪地求水”的视频引发了广泛争议。这件事的是非曲直还没有定论,但却又一次让大众看到了一个特殊群体:治沙人。

中国是全球荒漠化最严重的国家之一,荒漠化土地一度达到了267.4万平方公里,超过国土面积的27%。面对着不断侵蚀而来的沙漠,不愿服输的中国人只能毅然向沙漠走去。于是出现了一代又一代,可歌可泣的治沙人。

二十年来,中国实现了防沙治沙超过2.8亿亩。土地荒漠化状况,由20世纪末的年均增加1.04万平方公里,转变为年均缩减2424平方公里,成为全球第一个实现逆土体退化的国家。


(资料图)

中国治沙,是将铭刻在历史丰碑上的沙漠长歌,是一段向自然伟力发出呐喊的反抗史诗。

在我们的认知里,治沙的故事,往往伴随着艰苦与牺牲这样的关键词。但渐渐地,也有一些改变发生,我们正在经历人走向沙漠,到科技走向沙漠的转变。

今天就来聊聊,我们探访过的那些走向沙漠的数字化、智能化技术。

智能中国,不仅在一线城市的高楼大厦中,它还在沙丘与绿洲的边界线上,努力逆着风沙生长着。

最应该去种树的,是机器人

防沙治沙,最基本途径就是要在荒漠化的土地上重新种植植物,而这项工作也给治沙人带来了巨大的劳动强度与严峻的生存环境。树一定要种,但人不应该受这么大的苦,那么谁是最合适的种树人劳动力呢?答案呼之欲出,是机器人。

在今天,AI技术是否会取代人类工作,正成为全球热议的话题。但这时候我们总是会忽略一件事,那就是很多工作确实应该被AI取代。尤其是在那些偏远地区与极端恶劣环境中的高重复、重体力劳动。治沙,兼顾了所有这些特点。

据了解,人工在沙漠植树,一般只能在短暂的春天抢着时间进行。而春天往往是风沙大、气候恶劣的时候,治沙人植树时被风沙迷眼,打伤皮肤是家常便饭,仅仅是找准位置挖坑,一个人就需要20分钟以上才能完成。沙漠种树,可以说是全天下最需要被AI取代的工作之一。

在东北某大学读书的小高,家乡在甘肃省古浪县。提起古浪县,很多朋友首先会想起曾经被广泛宣传的“六老汉治沙”故事。从上世纪80年代开始,古浪六位村民承包了7.5万亩流沙,组建了八步沙集体林场。截至2019年,林场三代人已经完成了治沙造林21.7万亩。

从小深受这些故事感染的小高,非常了解治沙造林的艰难,于是还在上学的他,想到了发明机器人来完成治沙工作。

小高在学校发起了“沙漠治理机器人”项目,但要让机器人像人类一样完成植被种植,需要跨过一个门槛,就是机器必须认识沙漠植被,知道如何找准方位,准确完成种植。这就不是一般意义上机器人技术所能解决的问题了,必须利用AI技术的识别能力。

但大学生开发者想要获得AI能力的支持并没有那么容易。小高首先进行的尝试,是自学相关技术和课程,而在国内一个AI开源社区中的《零基础入门深度学习》课程,帮助小高迈出了AI+机器人治沙的第一步。

但有了基础知识还不行,机器人识别沙漠植物,还需要不少针对性的植物数据。在很多领域,专项数据都是最难攻克的AI障碍,小高他们也不例外。由于缺少数据支持,这一项目一度停滞,后来是在开源社区工作人员听说这一情况后,联系了社区中另一位热心开发者,远赴敦煌采集了沙漠植物的关键数据集,并且在这一过程中,兰州大学等高校相关团队也给予了帮助。

在有了数据之后,下一步是要进行AI模型的训练。想要完成高精度的模型训练,所需要的技术能力是较为复杂的。为了解决这些问题,小高团队又利用了飞桨平台提供的图像识别套件进行开发,克服了自己训练模型精度不达标的问题,实现了沙漠治理机器人从样本到原型机的落地。

(图片来源:《飞桨案例集·有解》)

可以看到的是,从一个机器人植树治沙的想法,到最后完成落地。小高先后得到了开源平台与工具、AI社区、其他AI开发者、高校的多方面帮助,最终才跨越了AI开发的难关。可见无论是产业智能化升级,还是各行业的开发者用AI技术解决问题,一个良好的生态环境都是必不可少的基座。

无独有偶,高校开发者利用AI技术,来打造AI种树、治沙机器人的案例正在越来越多。比如我们还探访过一个案例,是由昇腾AI与华东师范大学智能机器人实验室共同开发的AI种树机器人“东方青帝”。东方青帝带有螺旋大钻头、柔性太阳能板等技术,可以利用卫星定位、物联网感知等手段,实现全面智能化的自动种树。在定位、避障、路线规划等方面,这台机器人也利用了AI技术。基于昇腾硬件和AI框架CANN,机器人完成了AI视觉分析系统的开发,能够自动识别障碍,比如绕开沙丘、沟壑等障碍物,智能化地完成植被种植。

目前阶段,沙漠种树机器人还由于门槛高、成本大等原因,停留在学术研究与开发者探索的阶段。但随着AI开发为代表的技术诸多能力成本极速下降,门槛越来越低,沙漠里机器人人头攒动的景象或许并不遥远。

至少,让机器人代替人类治沙这件天经地义的事,已经画下了开端。

天地可见

中国治沙成果到底怎么样,一代代治沙人究竟取得了哪些成果?这些问题不仅仅让无数人好奇,也经常引来外国媒体进行抬杠。而最能印证中国治沙成果的,就是遥感技术。

不久之前,青海省国家沙化土地封禁保护区成效监测项目正式启动。这一监测体系非常具有代表性,它利用卫星遥感、无人机航拍、全自动荒漠生态观测设备等技术手段的结合,实现对封禁保护区的全面监测,为防沙治沙提供数据参考和技术支撑。

在大量土地封禁与防沙治沙工程的推进下,准确反应动态的土地变迁状况是一大难题。传统的野外调查方式不仅耗费大量人力物力,还非常容易收到各方面的干扰,产生数据误差。而卫星、无人机、传感器,与地面测绘的多种方式结合,可以实现多项数据交叉印证的精准数据呈现。但遥感也会带来新的问题,那就是卫星与无人机取得的数据量庞大,且不同时期的遥感数据之间差距微小,带来的人工测算工作量巨大,更遑论遥感数据解读带来的滞后性,在沙漠防火、沙尘暴治理等实时性较高的任务中并不适用。

想要解决这个问题,AI+遥感的组合能够起到巨大作用。由于遥感信息属于高度结构化数据,非常适合AI来进行识别与测量。一般来说,需要一个十人团队进行几个月时间识读测算的遥感数据,AI可以在几分钟内完成,极大降低了遥感使用成本,提升了沙漠治理的检测能力。在谈及治沙成果时,现在治沙人都知道有遥感数据随时可查,随时可用,这就是AI+遥感给真实沙漠治理带来的帮助和变化。

近几年,随着对AI技术的重视,以及东数西算的兴起,各地都兴建了人工智能计算中心。在探访了很多地市的人工智能计算中心后我们发现,往往第一批使用AI算力的企业、机构就是遥感。无论在农业生产、环保检测、水文治理,还是防沙治沙等领域,AI+遥感都可以准确快速解决一系列问题。

当充沛的AI算力涌入遥感,沙土与绿色的边界,真正在中国做到了天地可见。

绿色光洲

沙漠能发展什么产业?可能很多人提起沙漠,认为除了旅游和油田之外,那地方应该一无是处。如果家乡就在满是沙漠的地方,那么年轻人应该会第一时间考虑走出去,去南方,去大城市落地生根。

但去年的一次沙漠之旅,改变了我们这样的刻板印象。我们来到的地方,是国家电投位于内蒙古境内库布齐沙漠中的光伏治沙项目。由于其外形轮廓组成了骏马图案,一般也被称为骏马电站。同时,这里也获得了“世界最大光伏板图形电站”吉尼斯世界纪录认证。

在沙漠中兴建光伏电站,既是中国光伏事业、新能源发展中的重要环节,同时也是中国沙漠治理中的全新智能化探索。沙漠中广袤的空间与强烈的日照资源,让这里拥有取之不竭的太阳能。在兴建光伏电站的同时,光伏板又可以起到遮荫避阳的作用,板间可以种植沙漠植被,板下可以固沙治沙。仅仅用了4年时间,骏马电站就按照“板上发电、板间种植、板下治沙”的模式,完成了40万千瓦的光伏发电量。在数字化与电力电子的加持下,类似电站可以实现更有效的发电,并且完成大规模储能与电力并网,从而推动新能源与双碳的发展。

令我们感触很深的一点,是骏马电站周围如今已经兴起了很多商业设施。就餐途中,一位年轻的餐厅老板告诉我们,他原本也在大城市打拼,但家乡有了光伏电站,也有了客流量,于是毅然决定回乡创业。

我想,如果这样的电站更多,这样的反乡者也会更多。那么围绕着这些绿色光洲,沙漠的未来将被改写,占据中国相当大部分的土地价值将被改写。智能中国就是在这样的变化中迈步向前。

如今,西部地区大量光伏电站拔地而起,光下种草,光下枸杞等沙光一体探索层出不穷。很多曾经保守风沙侵袭的荒原,如今在光伏电站与沙漠治理的共同推动下,已经重现了水草丰美的景象。

光伏带走了能源和商机,带来了植被、交通和游客。又或许,有一天丝绸之路变成新能源之路也未可知。

科技,是人类向沙漠的咆哮

不久之前,看到过这么一句话:科学没有善恶,没有方向,它只有真实。

但科技不是,科技要由人类来约束善恶,来制定方向。科技,是人类在真实中获得的力量,是人类面向未知能够发出的最响亮咆哮。而治沙,完美体现出了这一切。

中国的治沙史,既是一部英雄诗篇,也是一部技术通史。从最早偶然发现了草方格治法,有效推动了沙漠治理能力。再到后来的固沙技术、沙漠土壤化技术、新型灌溉技术、种植车技术。数十年来,中国治沙的国产中各种科技手段应出尽出,交相呼应。其中诞生的科技结晶,不仅成为治沙利器,更成为国际科技交流的瑰宝。

智能技术与数字技术,是治沙科技的新军,在今天尚且稚嫩。但毫无疑问的是,智能技术可以代替大量人工劳作,也能比人类更适应广阔且恶劣的沙漠环境。向着沙漠的AI、机器人、遥感、智能光伏,将是中国治沙的新利器,是人类向沙漠的又一次咆哮。

据说,今天的中国有30万治沙人,几十年来,他们种下了数以十亿计的树。未来,或许我们会有三百万AI机器人,三千万无人机与AI摄像头冲向沙漠。他们会种下更多树,会让更多黄沙重回绿色。

科技奇迹是如何诞生的?答案就写在沙漠里。

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