一種DIY傳感器正將空氣監(jiān)測變成一項全民運(yùn)動，未來，普通民眾對空氣質(zhì)量的了解或?qū)⒉辉僖蕾囌脱芯繖C(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)

烏蘭巴托是全球最冷的首都，這里的居民用煤或木頭燃起明火來給保溫性能不良的房子供暖。世界衛(wèi)生組織(下文簡稱世衛(wèi)組織)稱，烏蘭巴托也是世界上污染最嚴(yán)重的地方之一。據(jù)估計，死于空氣中顆粒污染物的人數(shù)占烏蘭巴托死亡總?cè)藬?shù)的十分之一。但是，有關(guān)污染程度的信息不僅有限而且難以獲得。世衛(wèi)組織關(guān)于污染的在線數(shù)據(jù)庫中，只有烏蘭巴托一年的記錄。

由于迫切地想要填補(bǔ)污染數(shù)據(jù)上的空白，報業(yè)協(xié)會的記者們親自上陣去收集數(shù)據(jù)。2014年7月，米亞格馬和同事與一個名為地球記者網(wǎng)絡(luò)的國際環(huán)境記者團(tuán)體合作，在烏蘭巴托布設(shè)了5個兒童午餐盒大小的監(jiān)測設(shè)備。這種名為DustDuino的設(shè)備能夠測量顆粒物的濃度，并且可以快速將數(shù)據(jù)上傳到一個公共網(wǎng)站上。

低成本DIY傳感器

DustDuino和其他監(jiān)測污染的傳感器是環(huán)保運(yùn)動新浪潮的一部分，這些傳感器中，有一些的制作成本只有50美元，并且在網(wǎng)上就能找到制作教程。

在世界各地，記者、游說團(tuán)體和黑客等都已經(jīng)開始使用低成本的監(jiān)測設(shè)備，這能大幅增加可公開獲取的空氣污染數(shù)據(jù)，其中包括顆粒物和有毒氣體等空氣污染成分的信息。這些設(shè)備部署簡便，可以為官方監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)獲得的數(shù)據(jù)提供補(bǔ)充。這種“公眾科學(xué)”方法旨在以高分辨率監(jiān)測人們實際居住地的空氣污染情況。與此同時，監(jiān)測個人的污染物暴露水平的可穿戴傳感器也正在研發(fā)中。

以公開原則為基礎(chǔ)，這種自己動手(DIY)的活動是推動空氣監(jiān)測公眾化的重要因素。這樣一來，空氣監(jiān)測就不再是政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的研究者獨(dú)占的領(lǐng)域了。

每個人都同意，應(yīng)該在空氣污染監(jiān)測方面投入更多的資源。有數(shù)據(jù)顯示，空氣污染每年會導(dǎo)致約700萬人死亡。環(huán)境研究者、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的喬舒亞·阿普特說：“在危害健康的環(huán)境因素中，空氣污染是影響最廣，也最為重要的一個。”他注意到了數(shù)量充足的廉價污染監(jiān)測設(shè)備日益增長的作用，并表示：“買一個常規(guī)傳感器的錢能買50個低成本傳感器，這可是非常厲害的。”

創(chuàng)客掀起環(huán)保監(jiān)測新浪潮

這類活動的起源可以追溯到2006年。當(dāng)時，美國加利福尼亞大學(xué)歐文分校的藝術(shù)家貝亞特里斯·達(dá)科斯塔在家鴿身上綁上了容納多個傳感器的工具包。達(dá)科斯塔與工程師合作開發(fā)的這個工具包，可以測量一氧化碳和氮氧化物含量，還能通過一個全球定位系統(tǒng)接收器來追蹤鴿子的運(yùn)動。她公布了自己通過這個名為“鴿子博客”(PigeonBlog)的項目收集到的數(shù)據(jù)，旨在打破現(xiàn)狀，號召公眾參與收集污染數(shù)據(jù)。

2011年，一個由黑客、創(chuàng)客和藝術(shù)家組成的小組在荷蘭阿姆斯特丹和美國紐約組織了聚會，他們稱自己為傳感器創(chuàng)客。他們在博客上寫道，政府對污染狀況的監(jiān)測沒有細(xì)化到局部范圍，而恰恰是局部污染會影響到人們。傳感器創(chuàng)客在網(wǎng)上發(fā)起了一個倡議，由社區(qū)來開發(fā)傳感器，檢測空氣污染的情況。通過眾籌平臺Kickstarter籌來了超過14.4萬美元后，傳感器創(chuàng)客開發(fā)出了可以檢測溫度、濕度、二氧化碳和二氧化氮的設(shè)備，名為“空氣質(zhì)量蛋”(Air Quality Egg)，售價為185美元，還不到一個中檔設(shè)備價格的十分之一。

差不多同一時期，在西班牙也有人在做類似的事情。加泰羅尼亞高級建筑學(xué)院巴塞羅那微觀裝配實驗室主任托馬斯·迪亞茲·拉德拉夢想讓公眾能夠?qū)崟r監(jiān)測自己吸入的空氣質(zhì)量并上傳這些數(shù)據(jù)，讓社區(qū)中的其他人收益。

在花費(fèi)了一年時間尋找可用的技術(shù)后，迪亞茲·拉德拉決定由自己的團(tuán)隊親自動手來實現(xiàn)這個夢想。他們的早期雛形最終成長為一個名為“智能公民設(shè)備”(Smart Citizen Kit，下文簡稱SCK)的傳感器套裝工具。“空氣質(zhì)量蛋”能檢測的項目，SCK也都可以，除此之外，它還能測量光強(qiáng)度和噪聲大小。該團(tuán)隊建了一個網(wǎng)站以鼓勵喜歡DIY的人們制作或者購買設(shè)備來監(jiān)測自己本地的污染狀況。

由于這些開源的傳感器哪都能造，因此很難追蹤目前已經(jīng)制造出來的傳感器的數(shù)量。不過，他們的發(fā)明人稱，目前至少有35個DustDuinos、大約2500個空氣質(zhì)量蛋以及1000個SCK被部署在各個地方。這些設(shè)備收集到的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都可以通過Xively這樣的在線平臺獲取。

這些行動已經(jīng)引發(fā)了城市官員和公眾組織的注意。在2014年初，阿姆斯特丹的官員給100名市民發(fā)放了SCK，并指導(dǎo)他們?nèi)绾卧谧约旱纳鐓^(qū)使用這些設(shè)備。

公眾監(jiān)測仍有技術(shù)瓶頸

支持者的熱情目前還沒有打動環(huán)境研究人員。倫敦國王學(xué)院(King's College London)的空氣質(zhì)量科學(xué)家本·巴勒特稱，目前SCK和“空氣質(zhì)量蛋”使用的傳感器還無法提供可靠的污染數(shù)據(jù)。巴勒特目前協(xié)助運(yùn)營倫敦空氣質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)(LondonAir Quality Network)，這是一個在線上提供污染數(shù)據(jù)的網(wǎng)站。

巴勒特說：“監(jiān)測空氣的污染水平遠(yuǎn)比廉價傳感器的生產(chǎn)者和供應(yīng)商想的復(fù)雜。”他表示，問題在于“空氣質(zhì)量蛋”和SCK使用的傳感器的測量結(jié)果會受到溫度、濕度和某些氣體的影響，使得人們難以比較不同設(shè)備獲得的數(shù)據(jù)。

英國西英格蘭大學(xué)的污染政策研究員蒂姆·查特頓稱，這些DIY嘗試還缺乏來自污染專家的建議。查特頓一直與英國政府合作來監(jiān)測空氣質(zhì)量。他說，專業(yè)技術(shù)人員和科學(xué)家會密切關(guān)注傳感器的選址和維護(hù)，“如果對這些事情不給予足夠的重視，那么收集到的數(shù)據(jù)實質(zhì)上是無意義的，因為它們彼此間沒有可比性”。

加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的環(huán)境健康研究者柯克·史密斯稱，這些問題使得此類數(shù)據(jù)在環(huán)保宣傳中的實用價值打了折扣。美國環(huán)境保護(hù)局(Environmental Protection Agency，下文簡稱EPA)有嚴(yán)格的規(guī)則來判定什么樣的數(shù)據(jù)才是經(jīng)得住檢驗的可信數(shù)據(jù)，“而這些監(jiān)測設(shè)備沒有達(dá)到要求——至少目前沒有”。

史密斯補(bǔ)充說，這些數(shù)據(jù)的傳輸和存儲方式使得它們難以分析，也難以制作成清楚明白的可視化圖表，史密斯的團(tuán)隊已經(jīng)制作出了用于檢測室內(nèi)顆粒物質(zhì)的傳感器。他說，“我們在自己開發(fā)智能、廉價的傳感器時了解到的一件事情就是，這些傳感器會產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行處理。想從中獲得一些有用的信息還有很多事要做”。

由于存在這些顧慮，科學(xué)數(shù)據(jù)庫的管理者目前尚未接受大多數(shù)DIY傳感器收集到的信息。例如巴勒特，他說除非數(shù)據(jù)質(zhì)量得到提升，否則他不會在倫敦空氣質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)中加入公眾監(jiān)測項目收集的數(shù)據(jù)。

DustDuino的開發(fā)者馬修·施洛爾稱，如果在足夠長的時間間隔內(nèi)取平均值的話，他發(fā)明的設(shè)備所收集的數(shù)據(jù)是可以與更昂貴的傳感器相媲美的。

一個獨(dú)立研究小組報道稱，在長度為一小時的時間窗口內(nèi)對空氣質(zhì)量進(jìn)行取樣檢測，DustDuino傳感器的表現(xiàn)與高價傳感器一樣好。施洛爾是美國伊利諾伊州香檳市的一位技術(shù)研發(fā)人員和通信專家。他承認(rèn)由于測量結(jié)果包含太多“噪聲”，DustDuino在瞬時數(shù)據(jù)收集上還不夠準(zhǔn)確。

“空氣質(zhì)量蛋”和SCK的開發(fā)者們也承認(rèn)，傳感器面臨著一些初期問題，不過他們稱自己正在解決這些問題。迪亞茲·拉德拉說，2015年年初發(fā)布的下一代SCK將會事先進(jìn)行校準(zhǔn)，并且配備了更好的傳感器。這些措施會讓收集到的數(shù)據(jù)更加可靠，足以與官方空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

其他研究人員也參與了公眾監(jiān)測運(yùn)動。盡管巴勒特對數(shù)據(jù)質(zhì)量表示憂慮，但還是為倫敦可持續(xù)性交易所(LondonSustainability Exchange)這樣的項目提供咨詢，該項目會與各個社區(qū)合作，監(jiān)測城市中的空氣污染情況。

EPA也開始接受公眾監(jiān)測這個理念了。EPA國家暴露研究實驗室(National Exposure Research Laboratory)執(zhí)行副主任蒂姆·沃特金斯想要了解的是，怎樣利用價格低廉、準(zhǔn)確度較差的傳感器收集的數(shù)據(jù)，為分布稀疏的高端設(shè)備提供補(bǔ)充。他說：“這類新技術(shù)有巨大的潛在價值。無論我們是否投資支持或者使用它，這項技術(shù)都將發(fā)展壯大。”

施洛爾說，由于政府削減預(yù)算，昂貴的傳感器網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也縮水了，而公眾監(jiān)測的發(fā)展壯大可以填補(bǔ)政府網(wǎng)絡(luò)的空缺。他預(yù)言，有朝一日人們的衣服能檢測自己接觸到的致癌物質(zhì)，手機(jī)可以探測到污染物顆粒，無人機(jī)會在城市上方盤旋搜尋天然氣泄漏。他說：“整合了傳感器的手機(jī)、織物和健康監(jiān)測器，這些都是很有可能出現(xiàn)的。世界各地都有黑客在研究這些技術(shù)。”