城市利用物聯(lián)網繪制空氣質量地圖

據世界衛(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。為了應對人們越來越關注空氣污染的影響，許多城市已經開始使用物聯(lián)網（IoT）——收集和發(fā)送數(shù)據的連接傳感器網絡——來改進了監(jiān)測空氣污染的努力。利用這些數(shù)據，城市可以繪制高污染區(qū)域地圖，跟蹤一段時間內的空氣質量變化，識別污染物，并分析潛在的干預措施。使用傳感器的城市空氣質量監(jiān)測方式分為三大類：將傳感器集成到現(xiàn)有基礎設施中，利用移動傳感器，以及分析手機數(shù)據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)點和缺點，城市在實施空氣質量監(jiān)測計劃時應該考慮到這些。

將物聯(lián)網傳感器添加到現(xiàn)有基礎設施中

許多城市已將空氣質量傳感器集成到現(xiàn)有基礎設施中，以便跟蹤關鍵區(qū)域的空氣質量，例如，芝加哥在2014年部署了其物聯(lián)網傳感器，這是一個安裝在路燈柱上的全市范圍傳感器網絡，是由阿爾貢國家圖書館和芝加哥創(chuàng)新和技術部共同開發(fā)的。這些傳感器使用一種叫做“Waggle芯片”的技術，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，并計劃在不久的將來監(jiān)測揮發(fā)性有機化合物（VOC）。芝加哥利用這些數(shù)據預測空氣質量事件，以便采取預防措施，并通過該市的開放數(shù)據門戶向公眾發(fā)布。巴塞羅那通過其巴塞羅那照明總體規(guī)劃實施了類似戰(zhàn)略，部署了智能照明系統(tǒng)，內置空氣質量傳感器，向市政機構和公眾傳遞信息。

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的全球超過65個城市已經安裝了Soofa長凳，公園長凳配備了太陽能電池板，通過USB端口為移動設備充電。這些長凳不僅是一個社交空間和可持續(xù)能源，而且還安裝有監(jiān)測空氣質量、溫度、交通和輻射的傳感器。將傳感器集成到城市景觀中，使城市能夠隨時收集數(shù)據并繪制趨勢圖而無需額外干預。此外，這些系統(tǒng)可以提供即時的空氣質量數(shù)據，城市還可以利用這些數(shù)據在空氣質量差的時候促使居民采取行動。然而，這些傳感器節(jié)點很昂貴，每個傳感器的價格通常在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個節(jié)點，盡管計劃到2018年底將數(shù)量增加到500個，但這些傳感器很可能無法在城市中的每個街區(qū)繪制詳細的空氣質量地圖。

然而，像Airbeam這樣的低成本空氣質量傳感器，通常大約250美元左右，可以為城市提供一個進行無處不在的長期監(jiān)測機會。由于這些傳感器價格便宜，所以城市可以購買更多，在城市景觀中安裝傳感器，以便產生精確的實時空氣質量數(shù)據。人們擔心這種便宜傳感器產生數(shù)據的質量。根據《自然》雜志的一項研究顯示：“降低成本不可避免地會降低傳感器的特異性或敏感性，或者兩者兼而有之”。低成本的空氣質量傳感器通常無法采集到更細微的顆粒，其讀數(shù)可能會受到氣象條件的影響。與通常來自學術或研究機構的更昂貴傳感器不同，這些傳感器很少有進行同行評審或學術評估，因此其準確性有待提高。然而，即使不完全準確，來自這些傳感器的信息也可以幫助討論空氣質量，并增加進行變革的政治資本。然而，這些傳感器網絡的價格和環(huán)境成本可能無法證明其作為政治動機的用途。雖然傳感器本身價格低廉，但在某些情況下，其安裝和維護以及分析它們產生的數(shù)據所涉及的費用仍然非常高。一些學者也開始關注這些傳感器在使用壽命結束后的電子垃圾問題，因為尚未對其碳足跡進行適當?shù)姆治?。移動傳感器一些城市并沒有將空氣質量傳感器安裝到固定的設施中，而是選擇將移動傳感器安裝到在城市中移動的設備或物體上。汽車為空氣質量傳感器提供了一個相當明顯的載體，因為它們可以快速穿越整個城市并繪制地圖。環(huán)境保護基金（EDF）與谷歌合作，利用街景汽車通過為汽車配備進氣管和甲烷分析儀來監(jiān)測11個城市的甲烷含量。利用這些數(shù)據，EDF創(chuàng)建了甲烷圖，并發(fā)現(xiàn)了5500多處泄漏點。2014年，谷歌開始探索更廣泛的空氣質量監(jiān)測，為街景汽車配備Aclima的環(huán)境智能（Ei）移動平臺，該平臺包括可測量顆粒物、NO2、CO2、炭黑等的傳感器。在丹佛的一次試點測試中，該車在行駛750小時后收集了超過1.5億個數(shù)據點，創(chuàng)建了該市的街道空氣質量地圖。在共享自行車項目中使用空氣質量傳感器可能是收集全市空氣質量數(shù)據的另一種方法。在2014年的一次試驗中，都柏林市在30輛自行車上安裝了監(jiān)測空氣的傳感器，用于測量二氧化碳、一氧化碳、煙霧和微粒。雖然這次試驗僅產生了為期三天的數(shù)據，但更廣泛地將傳感器構建到共享自行車計劃中將使城市能夠收集一致的空氣質量數(shù)據，因為自行車是可移動的，因此這種方式可能需要比路燈嵌入式系統(tǒng)更少的空氣質量傳感器，并以較低的成本收集類似數(shù)據。

倫敦采取了一種獨特的空氣質量監(jiān)測方法，在10只鴿子身上安裝了空氣質量傳感器，以便在鴿子高空飛行中監(jiān)測空氣質量。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)的空氣質量傳感器，而是選擇了另一種監(jiān)測城市空氣質量的方法。2012年，該市部署了AIR Louisville計劃，給300名患有哮喘的當?shù)鼐用裉峁┝艘粋€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、時間和原因，旨在幫助居民控制哮喘。該市在最初的13個月里收集了5400個數(shù)據點，并開始識別吸入器使用率高的熱點區(qū)域，以確定空氣質量特別差的地區(qū)。現(xiàn)在，AIR Louisville 已經擴展到兩千名居民，其目標不僅是幫助患有哮喘的居民，而且也是向城市管理者通報空氣質量問題，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量狀況。雖然這些一次性舉措缺乏長期監(jiān)測空氣質量的能力，但它們可以提供更完整、及時和廉價的城市空氣質量地圖。因為移動傳感器能夠在幾天內穿越整個城市，所以城市可以利用它們在任何給定時間快速捕捉全面的空氣質量圖像。

此外，城市不需要投入大量傳感器，因為一個移動傳感器理論上可以繪制整個城市的地圖。與手機數(shù)據配對雖然物聯(lián)網空氣質量傳感器系統(tǒng)可以提供一個城市空氣質量的圖像，但可能不清楚這種空氣質量對特定居民的影響，然而，通過使用匿名手機數(shù)據繪制居民路線，城市管理者可以更好地了解居民暴露在空氣質量較差地區(qū)的影響情況。在紐約，麻省理工學院的可感知城市實驗室使用匿名手機數(shù)據和空氣質量監(jiān)測來確定紐約人所接觸不同化學物質的數(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城市的空氣質量，而且還概述了對居民的直接影響?？偨Y雖然有很多選擇，但一個城市選擇采用的空氣質量監(jiān)測模式應該符合該城市的需求和能力。

例如，在一個資金匱乏的城市，一次性的移動感應可能是一個很好的選擇，因為這個城市剛剛步入智慧城市領域，對這樣一個城市來說，空氣質量測繪工作可能是有用的第一步，可以讓人們意識到污染，或者提高公眾對擬議環(huán)境改革的支持。另一方面，在一個資金實力更雄厚、公民技術環(huán)境更成熟、或者基礎設施即將升級的城市，在基礎設施中安裝空氣質量傳感器可能更有意義。如果這樣一個城市擁有發(fā)達的智慧城市議程和先進的數(shù)據管理能力，它不僅可以監(jiān)測空氣質量，而且還可以監(jiān)測許多其他因素，例如交通、氣候和噪音，以證明開發(fā)先進傳感器網絡的合理性。隨著技術的發(fā)展將使傳感器能夠以更低的價格進行更多的測量，從而使基于傳感器的數(shù)據對城市來說變得更加容易獲取和有價值。