污染監(jiān)測：“草根”也能DIY
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提高數(shù)據(jù)質(zhì)量成能否大面積推廣癥結(jié)所在
這些新技術(shù)可能非常有價值，無論我們是否投資或使用，它都來了。
美國得克薩斯大學環(huán)境研究員Joshua Apte在出租車上測試印度新德里的空氣污染水平。
當冬天降臨蒙古國首都烏蘭巴托時，空氣變得污濁不堪。作為全球最寒冷的首都，這里的居民利用煤或木材在戶外生火，以加熱他們并不保溫的房屋。煙灰遮蔽了天空，能見度僅有數(shù)百米，人們不得不配戴口罩?！鞍咨路茉趲讉€小時里變成灰色?！泵晒艊鴪髽I(yè)協(xié)會執(zhí)行會長Munkhmandakh Myagmar說。
世界衛(wèi)生組織（WHO）數(shù)據(jù)顯示，這座城市是全球污染最嚴重的城市之一，空氣污染顆粒導致的死亡人數(shù)占該市死亡總數(shù)的1/10。但有關這種污染的范圍的信息十分有限且難以找到。WHO在線污染數(shù)據(jù)庫中只有烏蘭巴托1年的數(shù)據(jù)，顯示有害顆粒PM10（直徑10微米或更?。┖蚉M2.5（直徑2.5微米或更?。┑臐舛?。
自己動手監(jiān)測空氣
為了填補信息缺失，該報業(yè)協(xié)會的記者決定主動出擊。通過與地球新聞網(wǎng)（環(huán)境記者國際組織）合作，Myagmar及其同事于去年7月將5臺設備分置于烏蘭巴托，每臺設備約有一個兒童的飯盒大小。
這種名為DustDuino的設備能測量微粒物質(zhì)的濃度，并快速將數(shù)據(jù)上傳到一個公共網(wǎng)站。盡管存在一些充電和連接性等初始問題，但位于城市中心的一個傳感器接收的數(shù)據(jù)顯示，PM10的濃度至少是WHO推薦標準的兩倍。
DustDuino和其他污染監(jiān)測器是環(huán)境行動新浪潮的一部分。這些設備有的僅花費50美元，并且使用說明在線可用。來自全世界的記者、倡導團體、黑客等開始使用廉價的監(jiān)測設備極大地擴張空氣污染公開數(shù)據(jù)的數(shù)量。這些設備很容易部署，并能補充復雜但分布稀疏的官方設備收集的數(shù)據(jù)。這種“市民科學”方法旨在提供人們實際居住地的高分辨率空氣污染測量數(shù)據(jù)。目前，還有研究正在開發(fā)可穿戴傳感器以監(jiān)測個人暴露水平。
以公開原則為基礎，這些自己動手（DIY）的努力是將空氣質(zhì)量檢測推向大眾的一部分。但該方法的擁護者仍需要說服傳統(tǒng)的空氣污染研究人員，后者對由未經(jīng)訓練的人員利用便宜傳感器收集的數(shù)據(jù)質(zhì)量和可用性表示擔憂。
盡管如此，人們都同意需要更多資源監(jiān)測空氣污染。數(shù)據(jù)顯示，每年約有700萬人死于空氣污染?！斑@已經(jīng)成為全世界最大的、單一而言最嚴重的健康風險。”美國得克薩斯大學環(huán)境研究員Joshua Apte說。Apte一直關注便宜且多樣的新興污染測量儀所起的作用，并表示：“事實是，你能買50美元低成本的傳感器做監(jiān)控傳感器，這是一件很厲害的事?！?/p>
監(jiān)測污染的鴿子
這一行動可以追溯到2006年，當時加州大學歐文分校藝術(shù)家Beatriz da Costa在信鴿身上綁上小型監(jiān)測器。Costa與工程師合作開發(fā)出了這種能測量一氧化碳和氮氧化物的儀表組。同時，他們還利用全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器追蹤了鴿子的行動。之后，她出版了名為“鴿子博客”項目收集的數(shù)據(jù)，目的在于打破現(xiàn)狀，并賦予公眾收集污染數(shù)據(jù)的任務。
差不多同時，針對其他用途的傳感器也開始出現(xiàn)。現(xiàn)在，超過2/3的美國成年人表示自己在使用收集心率和其他健康數(shù)據(jù)的技術(shù)，每分鐘檢測水和電用量的家用小儀器也正在普及。另外，城市也正在使用傳感器監(jiān)測從行人交通到管道泄漏的方方面面。
但直到數(shù)年前，草根污染檢測還十分稀少：傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量傳感器十分昂貴或需要經(jīng)過訓練才能使用，而且它們收集的數(shù)據(jù)通常無法接近或難以處理和分享。但當“制造者”開始將線路板和傳感器焊接起來迎接這些挑戰(zhàn)時，情況發(fā)生了變化。
2011年，一群將自己稱為“傳感器制造者”的黑客、制造者和設計師齊聚荷蘭阿姆斯特丹和美國紐約。他們在博客中寫道，政府并沒有在能實際影響居民的地方層面監(jiān)控污染?！皞鞲衅髦圃煺摺痹诰€發(fā)起了呼吁社區(qū)研發(fā)能測量空氣污染的傳感器的倡議。通過云募資平臺Kickstarter，“傳感器制造者”籌集了14.4萬美元的經(jīng)費，開發(fā)出空氣質(zhì)量蛋—— 一種能測量溫度、濕度、二氧化碳和二氧化氮的設備。該傳感器成本為185美元，不到一臺中檔設備價格的1/10。
同時，西班牙也上演著類似的努力。巴塞羅那微觀裝配實驗室主任Tomas Dez Ladera一直夢想著讓公民能實時監(jiān)測自己呼吸的空氣，并分享數(shù)據(jù)以便其他群體能從中獲益。在花費了1年時間確定什么技術(shù)可用后，Dez Ladera決定和團隊自己實現(xiàn)這個夢想。他們早期的技術(shù)原型逐漸發(fā)展成名為“智能市民工具箱”（SCK）的一系列傳感器。該設備能測量空氣質(zhì)量蛋測量的所有內(nèi)容，外加光強度和噪音。該團隊還建立了一個網(wǎng)站，鼓勵DIY愛好者設計或購買設備，并檢測當?shù)匚廴尽?/p>
由于此類開源傳感器能在任何地方制造，因此很難統(tǒng)計已經(jīng)生產(chǎn)了多少臺。但據(jù)發(fā)明者的數(shù)據(jù)顯示，至少35臺DustDuino、約2500臺空氣質(zhì)量蛋和1000 臺SCK已被部署在全球的許多角落。這些設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在Xively等在線平臺上面向公眾開放。
而這些努力已經(jīng)吸引了市政府和公民團體的注意。在2014年年初，阿姆斯特丹官員為100位市民提供了SCK和如何在居民區(qū)使用這種設備的說明。
數(shù)據(jù)鴻溝
支持者的熱情并沒有說服環(huán)境研究者。英國倫敦大學國王學院空氣質(zhì)量學家Ben Barratt表示，用于SCK和空氣質(zhì)量蛋的傳感器無法提供強有力的污染數(shù)據(jù)。Barratt幫助運行空氣質(zhì)量網(wǎng)絡——污染數(shù)據(jù)在線資源。
“監(jiān)控空氣污染水平遠比廉價傳感器的制造者和供應者建議的復雜?！盉arratt說。他表示，問題在于溫度、濕度和一些氣體會歪曲用于SCK和空氣質(zhì)量蛋的傳感器得出的結(jié)論，使人們難以比較不同設備取得的數(shù)據(jù)。
西英格蘭大學污染政策研究者Tim Chatterton 表示，DIY倡議者還缺乏污染專家的輸入。專業(yè)技術(shù)人員和科學家會密切關注傳感器的選址和維護。他說：“如果不關注這些，數(shù)據(jù)在本質(zhì)上是無意義的，因為無法比較?！?/p>
加州大學伯克利分校環(huán)境健康學家Kirk Smith表示，這些問題減少了此類數(shù)據(jù)的有用性。美國環(huán)境保護署（EPA）頒布了嚴格規(guī)定，他說：“這些檢測器沒有達標?！?/p>
另外，Smith補充道，這些數(shù)據(jù)的流動和儲存方式使其難以分析和形象地講述一個連貫的故事。Smith團隊開發(fā)了用于室內(nèi)的微粒物質(zhì)傳感器。“我們從開發(fā)自己的智能廉價傳感器中學到的一件事是它們在產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)，但并不干凈。要得到一些有用的數(shù)據(jù)最終還需要很多工作?！彼f。
基于這些關心，科學數(shù)據(jù)看守者并不接受大部分DIY傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。例如，Barratt表示不會將市民傳感器項目得到的數(shù)據(jù)納入倫敦空氣質(zhì)量網(wǎng)，直到數(shù)據(jù)質(zhì)量有所提升。
開發(fā)出DustDuino的Matthew Schroyer則表示，當覆蓋一個充裕的時間跨度時，它的數(shù)據(jù)能比得上更昂貴傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。一個獨立研究小組報告稱，在取樣窗外1小時的空氣時，DustDuino使用的傳感器和更高成本傳感器一樣。但Schroyer也承認，在瞬時數(shù)據(jù)收集方面，DustDuino還不夠精確，因為其測量結(jié)果包括太多噪音。
空氣質(zhì)量蛋和SCK的開發(fā)者也承認，傳感器面臨初期的困難，但他們表示自己能夠解決。Dez Ladera表示，預計在今年年初將發(fā)布新一代SCK，該設備將能預先校準和配置更好的傳感器，以便數(shù)據(jù)足以與官方空氣質(zhì)量標準相比較。
不過，一些研究人員也鼓勵市民傳感器行動。盡管擔憂數(shù)據(jù)質(zhì)量，但Barratt仍為倫敦可持續(xù)性交換等項目提出建議。EPA也開始接受市民監(jiān)測的概念。EPA旗下國家暴露物研究實驗室執(zhí)行副主任Tim Watkins希望，能探索低成本、精確度較低的傳感器得出的數(shù)據(jù)如何補充稀疏分部的頂級設備存在的空白?！斑@些新技術(shù)可能非常有價值，無論我們是否投資或使用，它都來了?！保◤堈拢?/p>
