污染监测：“草根”也能DIY

资料来源:Altaf Qadri/AP

当蒙古首都乌兰巴托进入冬季时，空气变得污浊不堪。作为世界上最冷的首都，这里的居民用煤或木头在户外生火来加热他们没有隔热的房子。烟尘覆盖了天空，能见度只有几百米，所以人们不得不戴口罩。"白色的衣服几个小时后会变成灰色。"蒙古报业协会执行董事芒克曼达赫·米亚格马尔说。

根据世界卫生组织(世卫组织)的数据，该市是世界上污染最严重的城市之一，空气污染颗粒占该市总死亡人数的1/10。然而，关于这种污染程度的信息非常有限，而且很难找到。世卫组织在线污染数据库只有乌兰巴托一年的数据，显示有害粒子PM10(直径10微米或更小)和PM2.5(直径2.5微米或更小)的浓度。

自己监控空气

为了填补信息空白，新闻协会的记者们决定采取主动。通过与EarthNews.com(国际环境记者组织)的合作，去年7月，缅甸和他的同事在乌兰巴托放置了五件设备，每件大约有一个儿童午餐盒那么大。

这种名为DustDuino的设备可以测量颗粒物质的浓度，并将数据快速上传到公共网站。尽管存在一些初始问题，如充电和连接问题，但位于市中心的传感器接收到的数据显示，PM10的浓度至少是世卫组织建议的两倍。

达斯汀诺和其他污染监测器是新一轮环境行动的一部分。其中一些设备只需50美元，说明可以在网上获得。来自世界各地的记者、宣传团体、黑客和其他人开始使用廉价的监控设备来大幅增加空气污染的公共数据量。这些设备易于部署，可以补充由复杂但分散的官方设备收集的数据。这种“公民科学”方法旨在提供人们实际居住的高分辨率空气污染测量数据。目前，也有研究正在开发可穿戴传感器来监测个人暴露水平。

基于开放的原则，这些自己动手的努力是将空气质量测试推向公众的一部分。但是这种方法的支持者仍然需要说服传统的空气污染研究人员，他们担心未经训练的人员使用廉价的传感器收集的数据的质量和可用性。

然而，人们都同意需要更多的资源来监测空气污染。数据显示，每年大约有700万人死于空气污染。“这已经成为世界上最大、最严重的健康风险。”德克萨斯大学的环境研究员约书亚·阿普特说。Apte一直在密切关注廉价且多样化的新兴污染测量仪器所扮演的角色，并表示:“事实是，你可以购买一个50美元的低成本传感器作为监控传感器，这是一个非常强大的东西。”

鸽子监测污染

这一举动可以追溯到2006年，当时加州大学欧文分校的艺术家比阿特丽斯·达·科斯塔在信鸽上安装了一个小显示器。科斯塔与工程师合作开发了这种可以测量一氧化碳和氮氧化物的组合仪表。同时，他们还使用全球定位系统接收器来跟踪鸽子的活动。之后，她公布了“鸽子博客”项目收集的数据，旨在打破现状，让公众承担收集污染数据的任务。

几乎与此同时，用于其他目的的传感器也开始出现。现在，超过三分之二的美国成年人说他们正在使用技术来收集心率和其他健康数据，每分钟测量水和电消耗的小型家用电器也变得流行起来。此外，城市也在使用传感器监控从行人交通到管道泄漏的一切。

但直到几年前，基层污染检测还很少见:传统的空气质量传感器价格昂贵或需要培训才能使用，而且它们收集的数据通常无法获取或难以处理和共享。然而，当“制造商”开始焊接电路板和传感器以应对这些挑战时，情况发生了变化。

2011年，一群自称“传感器制造商”的黑客、制造商和设计师聚集在荷兰阿姆斯特丹和美国纽约。他们在博客中写道，*并没有在地方层面上监控实际上可能影响居民的污染。“传感器制造商”发起了一项在线倡议，呼吁社区开发能够测量空气污染的传感器。通过云融资平台Kickstarter，传感器制造商筹集了144，000美元开发空气质量蛋，这是一种可以测量温度、湿度、二氧化碳和二氧化氮的设备。这种传感器的价格为185美元，不到中档设备价格的1/10。

与此同时，西班牙也在做出类似的努力。巴塞罗那微装配实验室主任托马斯·迪斯·拉达拉(Tomas Díez Ladera)一直梦想着让市民们能够实时监控他们呼吸的空气，并分享数据，以便其他群体也能从中受益。在花了一年的时间确定可用的技术后，迪亚斯·拉德拉决定和他的团队一起实现这个梦想。他们早期的技术原型逐渐发展成为一系列被称为“智能公民工具箱”(SCK)的传感器。该设备可以测量空气质量鸡蛋测量的所有内容，加上光强度和噪音。该团队还建立了一个网站，鼓励DIY爱好者设计或购买设备，并检测当地污染。

因为这种开源传感器可以在任何地方制造，所以很难计算已经生产了多少。但是根据发明者的数据，至少有35个达斯汀诺，大约2500个空气质量蛋和1000个SCK被部署在世界的许多角落。这些设备产生的数据在Xively等在线平台上向公众开放。

这些努力已经引起了市*和公民团体的关注。2014年初，阿姆斯特丹官员向100名市民提供了关于SCK以及如何在居民区使用设备的指导。

数据间隙

支持者的热情并没有说服环境研究者。伦敦大学国王学院的空气质量科学家本·巴拉特说，SCK和空气质量鸡蛋的传感器不能提供强污染数据。巴拉特帮助运行空气质量网络-污染数据在线资源。

"监测空气污染水平远比廉价传感器制造商和供应商建议的要复杂得多。"巴拉特说。他说，问题是温度、湿度和一些气体会扭曲用于SCK和空气质量鸡蛋的传感器的结论，使得很难比较不同设备获得的数据。

西英格兰大学的污染政策研究员蒂姆·查特顿说，DIY倡导者仍然缺乏污染专家的投入。专业技术人员和科学家将密切关注传感器的位置和维护。他说:“如果你不注意这些，这些数据就毫无意义，因为没有可比性。”

加州大学伯克利分校的环境健康科学家柯克·史密斯说，这些问题降低了这些数据的有用性。美国环境保护署发布了严格的规定，称:“这些探测器不符合标准。”

此外，史密斯补充道，这些数据的流动和存储使得分析和生动地讲述一个连贯的故事变得很困难。史密斯的团队开发了一种室内使用的颗粒物传感器。“我们从开发自己的智能和廉价传感器中学到的一点是，它们会产生一些数据，但它们并不干净。要获得一些有用的数据需要做大量的工作。”他说。

基于这些考虑，科学数据管理员不接受大多数自制传感器产生的数据。例如，Barratt表示，在数据质量得到改善之前，它不会将来自伦敦空气质量网络的公民传感器项目的数据包括在内。

研发DustDuino的马修·施罗德(Matthew Schroyer)表示，当覆盖足够长的时间跨度时，其数据可以与更昂贵的传感器产生的数据相媲美。一个独立的研究小组报告说，当对窗外的空气采样一个小时时，达斯汀戈使用的传感器与成本较高的传感器相同。但是Schroyer也承认DustDuino在瞬时数据收集方面不够精确，因为它的测量结果包含了太多的噪声。

空气质量蛋和SCK的开发者也承认传感器面临最初的困难，但是他们说他们可以解决它们。迪亚兹·拉德拉说，新一代的SCK有望在今年年初发布。该设备将能够预校准和配置更好的传感器，以便数据足以与官方空气质量标准进行比较。

然而，一些研究人员也鼓励公民传感器行动。尽管担心数据质量，Barratt还是为伦敦可持续发展交易所等项目提出了建议。环保局也开始接受公民监督的概念。美国环境保护局国家暴露研究实验室的副执行主任蒂姆·沃特金斯希望探索来自低成本、低精度传感器的数据如何补充稀疏部门*设备的不足。“这些新技术可能非常有价值。无论我们投资还是使用它们，它们都在这里。”(张张)

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