Deep Learning for Photovoltaic Station Identification and Its Impact on Vegetation Spatial Aggregation

QIAO Jiajia ,  

YAN Min ,  

LIU Yongqiang ,  

ZHANG Li ,  

WU YIN ,  

CHEN Yiyang ,  

SHAO Wei ,  

摘要

منطقة شينجيانغ الذاتية الحكم للويغور تمتلك موارد أرضية وطاقة شمسية غنية، ومع زيادة الطلب على الطاقة المتجددة وتطور تقنيات الطاقة الشمسية، احتلت سعة تركيب محطات الطاقة الشمسية في شينجيانغ مكانة رائدة على مستوى البلاد. يمكن أن توفر نتائج تحليلية وكمية دقيقة لتوزيع محطات الطاقة الشمسية ودرجة تجمع النباتات المحيطة بها بيانات داعمة للاستدلال واتخاذ القرارات في اختيار مواقع الألواح الشمسية في شينجيانغ. استفادت هذه الدراسة من ثلاث نماذج عمارية لتحليل البيئة: UNet، PSPNet (شبكة تحليل المشهد الهرمي)، DeepLabV3+، وثمانية شبكات عظمية (ResNet-34، ResNet-50، ResNet-101، ResNet-152، MobileNetV2، DarkNet53، VGG16، Dense121) لاستجلاء أفضل نموذج لتحليل محطات الطاقة الشمسية واستخراج توزيعها المكاني في شينجيانغ. ولتفسير تأثير بناء محطات الطاقة الشمسية على تجمع النباتات، حسبت المؤشرات الزمنية للقيم الجغرافية للنباتات الكلية في منطقة الحماية والتي تمتد إلى 30 مترا حتى 600 متر. أظهرت النتائج: (1) أن النموذج المثلى لتحليل محطات الطاقة الشمسية مبني على UNet-ResNet50، حيث بلغت نسبة الدقة 98.64% (+0.09%)، نسبة F1 (F1-score) 95% (+0.4%) ونسبة IOU 90.47% (+0.57%)، حيث جاءت جودة تحليل النموذج الفائقة نتيجة لجودة عينات الطاقة الشمسية وأداء النموذج في استخراج السمات وتحقيق التوازن العميق. (2) استخدمت صور الأقمار الصناعية سينتينيل-2 لتحليل محطات الطاقة الشمسية في شينجيانغ لعام 2020 باستخدام نموذج UNet-ResNet50، وتم تقسيمها إلى مناطق طاقة شمسية محاطة بالنباتات ومناطق طاقة شمسية خاوية، حيث بلغت نسبتان تمثلان 30% و70% على التوالي. (3) في الفترة من 2012 إلى 2020، أظهرت القيم التوأمجية للنباتات الكلية انخفاضا ملحوظا في الفترات الزمنية داخل حتى 210 متر من محيط محطات الطاقة الشمسية، وعلى الجانب الآخر عانت تلك القيم من تباطؤ واضح خلال الفترات الزمنية بين 210 و600 متر خارج حيز محطات الطاقة الشمسية. ويشير الانخفاض التدريجي لتجمع النباتات بمرور الوقت إلى أن تأثير محطات الطاقة الشمسية يكبر مع تقدّم الزمن على محيطها، ويرصد الاتجاه نزولي واضح لشدة الانخفاض من خلال القيم الزمنية. ويمكن أن توفر مراقبتها البعيدة عن بُعد دعمًا بيانيًا وتقنيًا لتخطيط وإدارة تشغيل محطات الطاقة الشمسية وتقييم تأثيرها على البيئة.

关键词

photovoltaic station;semantic segmentation model;vegetation spatial aggregation;Global Moran's Index.

阅读全文