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利用最新的无线技术保护全球森林和生物

2021-07-09 Nordic Semiconductor 阅读:
无论是为防止非法伐木活动而安装在工程车辆上的定制蜂窝式物联网设备、用于追踪森林生长数据的机器学习系统、报告破坏森林声音的智能手机声学监测设备,还是绘制土地用途变化的地球影像卫星,都是用于打击毁林和保护生物多样性的最先进的技术。

地球上约有三分之一的土地是森林。森林为野生动植物和土著居民提供食物和栖息地,保护脆弱的生态系统,稳定天气状况,并且对于减小气候变化对环境的影响也发挥着越来越重要的作用。联合国环境、发展和农业负责人在2018年联合声明中表示:“由于森林拥有无与伦比的吸收和储存碳的能力,因此是全球应对灾难性气候变化的主要对策。”4W7ednc

不幸的是,森林因为持续减少而拉响了警报。全球对食物、材料和能源的需求不断增加,导致对森林的破坏不断增加。农业、畜牧业、采矿、钻探、伐木和城市化等人为因素造成的破坏不断增加,还有干旱和野火等自然灾害,都使森林面积不断减少,从而影响陆地上生物的多样性。根据联合国生物多样性和生态系统服务政府间科学–政策平台(IPBES)的一份重要报告,从1990年到2015年,由于滥砍滥伐,约290万平方公里的原始森林从地球上消失了,50%的农业扩张是以牺牲森林为代价的,全球10%至15%的木材供应由非法林业提供。该报告指出,光是发达国家和发展中国家的原始森林在2000年到2013年间就减少了7%。4W7ednc

这已经成为一个长期的问题。根据世界银行的世界发展指标WDI数据库,1990年至2016年期间,全世界的森林消失了130万平方公里,超过整个南非的面积。Global Forest Watch(GFW)是世界资源研究所(World Resources Institute)的一款开源Web应用程序,用来实时监控全球森林,根据其数据,仅2018年全球热带树木覆盖面积就减少了12万平方公里,这是自2001年有记录以来录得的下降幅度第四大的年度。GFW开源Web应用程序使用卫星图像和遥感技术实时监控从巴西到加纳的森林损失。同时,世界野生动物基金会(WWF)称,全世界每年平均损失75,700平方公里的森林,相当于每分钟损失27个足球场。4W7ednc

阻止毁林的关键在于设立保护区,特别是在热带雨林内。事实证明,采取这些措施有利于保护生物的多样性,并使丰富的当地传统文化保留下来。然而,法规和限制并不能完全保证森林的健康和安全。4W7ednc

例如,根据WWF的资料,尽管制定了保护计划并做出了不懈的努力,在过去五十年中,全球还是消失了大约20%的原始森林。巴西航天局森林砍伐监测系统发布的卫星数据显示,在新冠疫情期间,进入亚马逊开采自然资源的事件激增,巴西亚马逊森林(占亚马逊流域690万平方公里的64%)的砍伐速度急剧加快。救助森林刻不容缓。4W7ednc

“道德准则”芯片

庆幸的是,环保领域的技术创新或许能提供很大帮助。重型车辆在合法或非法的伐木作业中穿越森林运输木料,为了帮助世界各地的非政府组织、政府和社区监控并限制这些重型车辆在保护区的使用,有关组织提出了一项倡议。全球独立数字营销机构AKQA领导设计师、工程师和内容创建者于2019年9月推出了“道德准则”,这是一个概念验证(PoC)体系,目的是防止非法毁森。这款开源软件提供给公众使用,用于定期更新、缓存和压缩地图数据,与安装在工程车辆中的现有GPS跟踪技术相结合,可以自动限制工作人员进入保护区(这是根据联合国世界保护区的数据库来确定的)。该开源软件提供了基于GPS的电子栅栏功能,该功能与机械燃油泵系统结合,可以自动关闭进入禁区的设备。4W7ednc

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利用蜂窝连接,系统可以通知和检查伐木机器的位置,同时提供一种更新地图数据的方法。他们还开发了一款低成本的小芯片,因此不带GPS的车辆也能使用同样的监控代码。为了让所有新的机械装置预先配置“道德准则”技术,该组织邀请全球十大建筑设备制造商的CEO们参加了这项计划,并送给他们嵌有“道德准则”芯片的濒临灭绝动物的木雕。4W7ednc

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图1:亚马逊流域巴西土著部落Kayapó的首领Raoni Metuktire在“道德准则”芯片前拍照,芯片嵌入目前正遭受毁林威胁的动物木制雕像中。全球十大重型机械制造商的首席执行官都收到了这些雕塑。4W7ednc

AKQA(澳大利亚和新西兰)执行创意总监Tim Devine表示:“我们将‘道德准则’技术开源了,因为我们希望人们从技术的角度清楚地了解这个计划是多么简单,目前最迫切需要解决的问题是大规模实施这项计划所带来的社会与政治挑战。即将应用‘道德准则’的许多地区都有着复杂的社会政治条件和极端的环境变化状况。” 4W7ednc

Nordic Semiconductor最初是与非政府组织、政府和当地社区进行合作,使用Nordic Thingy:91多传感器蜂窝IoT原型设计平台在亚马逊进行项目试点,以展示其用于跟踪陆地和水上农林业车辆的PoC设计。Nordic Semiconductor未来会建立更多合作伙伴关系,以加快“道德准则”从概念验证到实际应用的速度。4W7ednc

Devine表示:“全球有数以亿计的车辆带有远程信息处理工具,其中许多车辆是用于林业和农业的重型车辆。我们也许可以使用这一设计平台来监控那些车辆,以拯救数百万公顷受保护森林。”4W7ednc

澳大利亚科技公司Tekt Industries负责开发基于Thingy:91的“道德准则”原始硬件,其首席工程师Matthew Adams也同意这一观点。他表示:“人们开始思考产品设计的目的,制造这些机器的企业在机器设计时需要考虑更多的社会责任,以保护地球的未来。从长远来看,我们希望在全球被保护区附近工作的所有机械都承担更大的责任并具有更高的透明度。”4W7ednc

Adams指出,Thingy:91提供了一种可以成为未来定制设备基础的“开箱即用”解决方案。他说:“硬件存在远程安装和技术支持问题,Thingy:91是一种风险较低的技术,这种技术可以被OEM合作伙伴轻松采用,且很容易集成到他们的机器中。”4W7ednc

积极创新

创新者还采用了无线技术解决方案来应对全球森林环境保护中的其他挑战。例如,受UN Global Goals计划的激励,非营利Micro:bit教育基金会邀请儿童和青少年使用Nordic提供的micro:bit——一款具有无线功能的功能强大的袖珍计算机,来设计可持续的解决方案。4W7ednc

世界各地喜欢编程的年轻人参与到BBC的“do your:bit” micro:bit挑战中,设计了各种令人印象深刻的可持续解决方案,包括旨在保护陆地生物的一系列技术解决方案。4W7ednc

北美冠军Lynn设计了一款独特的设备,通过检测森林中的响声来显示砍伐森林对当地社区的危害情况。该设备使用一台树莓派超小型计算机,具有联网的摄像头和与micro:bit通信的麦克风,以无线方式传输音频信号,然后自动拍摄照片并将照片发布到一个公共推特帐户。然后,公园的工作人员可以查看图片,以确定噪声源(可能是照明装置的爆裂声,也可能是更恶劣的事件,如电锯的嗡嗡声),并采取相应行动。4W7ednc

中东冠军Zayd设计了Z Palm Tree,这是一种可以让树“表达”其需求的复杂设备。该系统使用了多个传感器,包括振动传感器(用于检测被砍伐的树木)、火焰传感器(用于检测被烧毁的树木)、地面湿度传感器(用于检测水位)和温度传感器(用于测量空气温度),并利用低功耗蓝牙或Wi-Fi连接,将传感器收集到的所有数据发送到定制的智能手机应用程序,向用户提供最新的树木状态信息,并对即将发生或正在发生的任何危险情况发出警告。4W7ednc

在2019年哥伦比亚波哥大的Zoo Hackathon活动中,各团队提供了许多技术解决方案来控制生产链,以打击非法伐木和毁林。这些解决方案必须成本低、可扩展,可与哥伦比亚环境与可持续发展部的信息系统进行互操作,并且必须完全基于开源开发。获胜团队的解决方案是在卡车中安装IoT设备来追踪从伐木到制造商的整个过程。该设备可检测到异常情况,例如卡车偏离规划路线,然后向当局发送警报,提醒有可疑活动。4W7ednc

远程监控森林

还有其他很多环境保护技术的创新者,他们认为远程监控森林活动是减少全球毁林和保护生物多样性的关键。巴西初创公司Treevia开发的SmartForest是一款基于无线传感器的监控系统,可以远程实时监测森林树木的生长速度。传感器固定在树木四周,定期获取树木直径的变化,收集的数据通过无线网络传输到该公司的联网定制系统,系统将这些信息与卫星图像结合起来,通过机器学习算法进行分析,从而在早期就检测出森林感染或虫害侵袭的迹象,向研究技术人员提供关于森林生长的可靠数据。4W7ednc

总部位于美国旧金山的非营利组织Rainforest Connection(RFCx)开发了一款太阳能无线声学监控系统,他们将回收的智能手机进行改造,增加一个麦克风,就可以连续监控森林的声音了。该设备使用标准的本地蜂窝网络,所有音频都从车顶安装的“Guardian”设备传输到云服务器。然后,谷歌TensorFlow机器学习框架会使用AI技术来持续监控和检测森林的非法砍伐,例如检测重型机械发出的声音,自动向地方政府发送文本警报以进行进一步调查,再结合全面的生态系统数据,以便确定是否应该在这些地区加强保护。目前已有多个合作伙伴在他们的项目中使用RFCx系统来保护巴西、秘鲁、厄瓜多尔、哥斯达黎加、罗马尼亚、喀麦隆、南非和苏门答腊岛的雨林。4W7ednc

国际应用系统分析研究所(IIASA)与商业智能工具公司SAS的合资企业发起了打击毁林活动的倡议,招募众包(crowdsourced)“公民科学家”检查亚马逊雨林的卫星图像是否有人类活动的迹象(例如道路和森林砍伐),同时,系统使用人工输入的方法来训练AI,以检测未来的人类活动。当这些志愿者使用云平台时,人工智能引擎将不断学习如何以更快的速度准确地执行相同的任务。4W7ednc

无论是为防止非法伐木活动而安装在工程车辆上的定制蜂窝式物联网设备、用于追踪森林生长数据的机器学习系统、报告破坏森林声音的智能手机声学监测设备,还是绘制土地用途变化的地球影像卫星,都是用于打击毁林和保护生物多样性的最先进的技术。单单依靠无线和非无线监控解决方案本身并不能保护森林,但对于有志保护森林的个人、组织和社区而言,远程的可操作信息及实时警报提供了极其有效的支持。4W7ednc

原文标题:Innovative, wireless tech solutions can help reduce global deforestation and conserve biodiversity4W7ednc

本文为《电子技术设计》2021年7月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里4W7ednc

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