城市利用物聯(lián)網(wǎng)繪制空氣質(zhì)量地圖

據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）稱，全球每年有超過550萬人死于空氣污染，其中許多死亡發(fā)生在大城市，在那里，汽車、工廠和發(fā)電廠排放的廢氣充滿了有害微粒物。為了應(yīng)對(duì)人們?cè)絹碓疥P(guān)注空氣污染的影響，許多城市已經(jīng)開始使用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）——收集和發(fā)送數(shù)據(jù)的連接傳感器網(wǎng)絡(luò)——來改進(jìn)了監(jiān)測(cè)空氣污染的努力。利用這些數(shù)據(jù)，城市可以繪制高污染區(qū)域地圖，跟蹤一段時(shí)間內(nèi)的空氣質(zhì)量變化，識(shí)別污染物，并分析潛在的干預(yù)措施。使用傳感器的城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方式分為三大類：將傳感器集成到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中，利用移動(dòng)傳感器，以及分析手機(jī)數(shù)據(jù)以了解居民暴露在不良空氣中的其他方式。每種方式都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，城市在實(shí)施空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)計(jì)劃時(shí)應(yīng)該考慮到這些。

將物聯(lián)網(wǎng)傳感器添加到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中

許多城市已將空氣質(zhì)量傳感器集成到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中，以便跟蹤關(guān)鍵區(qū)域的空氣質(zhì)量，例如，芝加哥在2014年部署了其物聯(lián)網(wǎng)傳感器，這是一個(gè)安裝在路燈柱上的全市范圍傳感器網(wǎng)絡(luò)，是由阿爾貢國(guó)家圖書館和芝加哥創(chuàng)新和技術(shù)部共同開發(fā)的。這些傳感器使用一種叫做“Waggle芯片”的技術(shù)，可跟蹤多種空氣污染物的存在，包括一氧化碳、二氧化氮、臭氧和顆粒物質(zhì)，并計(jì)劃在不久的將來監(jiān)測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。芝加哥利用這些數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)空氣質(zhì)量事件，以便采取預(yù)防措施，并通過該市的開放數(shù)據(jù)門戶向公眾發(fā)布。巴塞羅那通過其巴塞羅那照明總體規(guī)劃實(shí)施了類似戰(zhàn)略，部署了智能照明系統(tǒng)，內(nèi)置空氣質(zhì)量傳感器，向市政機(jī)構(gòu)和公眾傳遞信息。

其他城市已將傳感器集成到多用途解決方案中。包括波士頓、洛杉磯和邁阿密在內(nèi)的全球超過65個(gè)城市已經(jīng)安裝了Soofa長(zhǎng)凳，公園長(zhǎng)凳配備了太陽能電池板，通過USB端口為移動(dòng)設(shè)備充電。這些長(zhǎng)凳不僅是一個(gè)社交空間和可持續(xù)能源，而且還安裝有監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量、溫度、交通和輻射的傳感器。將傳感器集成到城市景觀中，使城市能夠隨時(shí)收集數(shù)據(jù)并繪制趨勢(shì)圖而無需額外干預(yù)。此外，這些系統(tǒng)可以提供即時(shí)的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，城市還可以利用這些數(shù)據(jù)在空氣質(zhì)量差的時(shí)候促使居民采取行動(dòng)。然而，這些傳感器節(jié)點(diǎn)很昂貴，每個(gè)傳感器的價(jià)格通常在5000美元左右，因此城市可能無法大規(guī)模安裝它們。截至2016年，芝加哥已安裝了50個(gè)節(jié)點(diǎn)，盡管計(jì)劃到2018年底將數(shù)量增加到500個(gè)，但這些傳感器很可能無法在城市中的每個(gè)街區(qū)繪制詳細(xì)的空氣質(zhì)量地圖。

然而，像Airbeam這樣的低成本空氣質(zhì)量傳感器，通常大約250美元左右，可以為城市提供一個(gè)進(jìn)行無處不在的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)機(jī)會(huì)。由于這些傳感器價(jià)格便宜，所以城市可以購(gòu)買更多，在城市景觀中安裝傳感器，以便產(chǎn)生精確的實(shí)時(shí)空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。人們擔(dān)心這種便宜傳感器產(chǎn)生數(shù)據(jù)的質(zhì)量。根據(jù)《自然》雜志的一項(xiàng)研究顯示：“降低成本不可避免地會(huì)降低傳感器的特異性或敏感性，或者兩者兼而有之”。低成本的空氣質(zhì)量傳感器通常無法采集到更細(xì)微的顆粒，其讀數(shù)可能會(huì)受到氣象條件的影響。與通常來自學(xué)術(shù)或研究機(jī)構(gòu)的更昂貴傳感器不同，這些傳感器很少有進(jìn)行同行評(píng)審或?qū)W術(shù)評(píng)估，因此其準(zhǔn)確性有待提高。然而，即使不完全準(zhǔn)確，來自這些傳感器的信息也可以幫助討論空氣質(zhì)量，并增加進(jìn)行變革的政治資本。然而，這些傳感器網(wǎng)絡(luò)的價(jià)格和環(huán)境成本可能無法證明其作為政治動(dòng)機(jī)的用途。雖然傳感器本身價(jià)格低廉，但在某些情況下，其安裝和維護(hù)以及分析它們產(chǎn)生的數(shù)據(jù)所涉及的費(fèi)用仍然非常高。一些學(xué)者也開始關(guān)注這些傳感器在使用壽命結(jié)束后的電子垃圾問題，因?yàn)樯形磳?duì)其碳足跡進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治觥Ｒ苿?dòng)傳感器一些城市并沒有將空氣質(zhì)量傳感器安裝到固定的設(shè)施中，而是選擇將移動(dòng)傳感器安裝到在城市中移動(dòng)的設(shè)備或物體上。汽車為空氣質(zhì)量傳感器提供了一個(gè)相當(dāng)明顯的載體，因?yàn)樗鼈兛梢钥焖俅┰秸麄€(gè)城市并繪制地圖。環(huán)境保護(hù)基金（EDF）與谷歌合作，利用街景汽車通過為汽車配備進(jìn)氣管和甲烷分析儀來監(jiān)測(cè)11個(gè)城市的甲烷含量。利用這些數(shù)據(jù)，EDF創(chuàng)建了甲烷圖，并發(fā)現(xiàn)了5500多處泄漏點(diǎn)。2014年，谷歌開始探索更廣泛的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，為街景汽車配備Aclima的環(huán)境智能（Ei）移動(dòng)平臺(tái)，該平臺(tái)包括可測(cè)量顆粒物、NO2、CO2、炭黑等的傳感器。在丹佛的一次試點(diǎn)測(cè)試中，該車在行駛750小時(shí)后收集了超過1.5億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，創(chuàng)建了該市的街道空氣質(zhì)量地圖。在共享自行車項(xiàng)目中使用空氣質(zhì)量傳感器可能是收集全市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的另一種方法。在2014年的一次試驗(yàn)中，都柏林市在30輛自行車上安裝了監(jiān)測(cè)空氣的傳感器，用于測(cè)量二氧化碳、一氧化碳、煙霧和微粒。雖然這次試驗(yàn)僅產(chǎn)生了為期三天的數(shù)據(jù)，但更廣泛地將傳感器構(gòu)建到共享自行車計(jì)劃中將使城市能夠收集一致的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，因?yàn)樽孕熊囀强梢苿?dòng)的，因此這種方式可能需要比路燈嵌入式系統(tǒng)更少的空氣質(zhì)量傳感器，并以較低的成本收集類似數(shù)據(jù)。

倫敦采取了一種獨(dú)特的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法，在10只鴿子身上安裝了空氣質(zhì)量傳感器，以便在鴿子高空飛行中監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量。2016年3月，該市將攜帶25克傳感器的鴿子在倫敦放飛，用于監(jiān)測(cè)二氧化氮、臭氧和其他揮發(fā)性化合物的含量，在鴿子飛行途中，倫敦人可以通過推特@PigeonAir來查看他們所在地區(qū)的空氣污染程度。

AIR Louisville

路易斯維爾市沒有部署傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器，而是選擇了另一種監(jiān)測(cè)城市空氣質(zhì)量的方法。2012年，該市部署了AIR Louisville計(jì)劃，給300名患有哮喘的當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝艘粋€(gè)安裝在哮喘吸入器上的傳感器，該傳感器跟蹤吸入器使用的地點(diǎn)、時(shí)間和原因，旨在幫助居民控制哮喘。該市在最初的13個(gè)月里收集了5400個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并開始識(shí)別吸入器使用率高的熱點(diǎn)區(qū)域，以確定空氣質(zhì)量特別差的地區(qū)。現(xiàn)在，AIR Louisville 已經(jīng)擴(kuò)展到兩千名居民，其目標(biāo)不僅是幫助患有哮喘的居民，而且也是向城市管理者通報(bào)空氣質(zhì)量問題，以便制定政策。隨著越來越多居民使用傳感器在城市中行走，該市將能更全面地了解路易斯維爾的空氣質(zhì)量狀況。雖然這些一次性舉措缺乏長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量的能力，但它們可以提供更完整、及時(shí)和廉價(jià)的城市空氣質(zhì)量地圖。因?yàn)橐苿?dòng)傳感器能夠在幾天內(nèi)穿越整個(gè)城市，所以城市可以利用它們?cè)谌魏谓o定時(shí)間快速捕捉全面的空氣質(zhì)量圖像。

此外，城市不需要投入大量傳感器，因?yàn)橐粋€(gè)移動(dòng)傳感器理論上可以繪制整個(gè)城市的地圖。與手機(jī)數(shù)據(jù)配對(duì)雖然物聯(lián)網(wǎng)空氣質(zhì)量傳感器系統(tǒng)可以提供一個(gè)城市空氣質(zhì)量的圖像，但可能不清楚這種空氣質(zhì)量對(duì)特定居民的影響，然而，通過使用匿名手機(jī)數(shù)據(jù)繪制居民路線，城市管理者可以更好地了解居民暴露在空氣質(zhì)量較差地區(qū)的影響情況。在紐約，麻省理工學(xué)院的可感知城市實(shí)驗(yàn)室使用匿名手機(jī)數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)來確定紐約人所接觸不同化學(xué)物質(zhì)的數(shù)量，例如，該研究確定，在曼哈頓生活和工作的人比其他行政區(qū)域的居民受到更多污染。這種類型的分析不僅僅是描述一個(gè)城市的空氣質(zhì)量，而且還概述了對(duì)居民的直接影響?？偨Y(jié)雖然有很多選擇，但一個(gè)城市選擇采用的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模式應(yīng)該符合該城市的需求和能力。

例如，在一個(gè)資金匱乏的城市，一次性的移動(dòng)感應(yīng)可能是一個(gè)很好的選擇，因?yàn)檫@個(gè)城市剛剛步入智慧城市領(lǐng)域，對(duì)這樣一個(gè)城市來說，空氣質(zhì)量測(cè)繪工作可能是有用的第一步，可以讓人們意識(shí)到污染，或者提高公眾對(duì)擬議環(huán)境改革的支持。另一方面，在一個(gè)資金實(shí)力更雄厚、公民技術(shù)環(huán)境更成熟、或者基礎(chǔ)設(shè)施即將升級(jí)的城市，在基礎(chǔ)設(shè)施中安裝空氣質(zhì)量傳感器可能更有意義。如果這樣一個(gè)城市擁有發(fā)達(dá)的智慧城市議程和先進(jìn)的數(shù)據(jù)管理能力，它不僅可以監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量，而且還可以監(jiān)測(cè)許多其他因素，例如交通、氣候和噪音，以證明開發(fā)先進(jìn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的合理性。隨著技術(shù)的發(fā)展將使傳感器能夠以更低的價(jià)格進(jìn)行更多的測(cè)量，從而使基于傳感器的數(shù)據(jù)對(duì)城市來說變得更加容易獲取和有價(jià)值。