低成本设备可以在任何地方测量空气污染

空气污染是一个主要的公共卫生问题：世界卫生组织估计，它每年导致全球超过4万人过早死亡。尽管如此，它并不总是被广泛衡量。但现在麻省理工学院的一个研究小组正在推出一种低成本移动污染探测器的开源版本，使人们能够更广泛地跟踪空气质量。

这种名为Flatburn的探测器可以通过3D打印或订购廉价零件来制造。研究人员现在已经根据现有的最先进的机器对其进行了测试和校准，并公开发布了有关它的所有信息 - 如何构建，使用和解释数据。

“我们的目标是让任何地方的社区团体或公民个人能够测量当地的空气污染，确定其来源，理想情况下，与官员和利益相关者建立反馈循环，以创造更清洁的条件，”麻省理工学院可感知城市实验室主任Carlo Ratti说。

“我们一直在世界各地进行几次试点，我们已经改进了一套原型，包括硬件、软件和协议，以确保我们收集的数据从环境科学的角度来看是稳健的，”西蒙娜·莫拉说，他是Senseable City Lab的研究科学家，也是一篇新发表的论文的合著者，详细介绍了扫描仪的测试过程。Flatburn设备是一个更大的项目的一部分，称为城市扫描仪，使用移动设备更好地了解城市生活。

“希望随着开源Flatburn的发布，我们可以让基层团体以及欠发达国家的社区遵循我们的方法，建立和分享知识，”Senseable City Lab的研究员An Wang说。

这篇题为“利用机器学习算法推进固定和移动环境中的低成本空气传感器校准”的论文发表在《大气环境》杂志上。

除了Wang，Mora和Ratti之外，该研究的作者还有：Senseable City Lab的前研究员Yuki Machida;科罗拉多大学丹佛分校城市和区域规划助理教授普里扬卡·德索萨;蒂芙尼·杜尔(Tiffany Duhl)，马萨诸塞州环境保护部研究员，项目实施时塔夫茨大学研究助理;塔夫茨大学研究助理教授Neelakshi Hudda;塔夫茨大学土木与环境工程教授约翰·以及Senseable City Lab的首席研究科学家Fabio Duarte。

Senseable City Lab的Flatburn概念可以追溯到2017年左右，当时麻省理工学院的研究人员开始制作移动污染探测器的原型，最初将部署在马萨诸塞州剑桥的垃圾车上。探测器由电池供电，可通过电源或太阳能电池板进行充电，数据存储在设备的卡上，可以远程访问。

该项目目前的扩展涉及在纽约市和波士顿地区测试这些设备，通过观察它们与已经工作的污染检测系统相比的性能。在纽约，研究人员在 5 年的四周内使用 1 个探测器收集了 6 万个数据点，并与州官员合作比较结果。在波士顿，该团队使用移动传感器，根据塔夫茨大学和州机构部署的最先进的系统评估Flatburn设备。

在这两种情况下，探测器都设置为测量约10米区域内细颗粒物和二氧化氮的浓度。细小的特殊物质是指通常与燃烧物质相关的微小颗粒，来自发电厂、汽车和火灾中的内燃机等。

研究小组发现，移动探测器估计的细颗粒物浓度略低于已经使用的设备，但具有足够强的相关性，因此，通过对天气条件和其他因素进行调整，Flatburn设备可以产生可靠的结果。

“在跟踪他们的部署几个月后，我们可以自信地说，我们的低成本监视器应该以与标准探测器相同的方式运行，”王说。“我们有一个远大的愿景，但我们仍然必须确保我们收集的数据是有效的，并可用于监管和政策目的。

Duarte补充说：“如果你使用低成本传感器遵循这些程序，你仍然可以获得足够好的数据，以便带着它回到[环境]机构，然后说，'让我们谈谈。

研究人员确实发现，在汽车顶部的移动环境中使用这些装置意味着它们目前的使用寿命为六个月。他们还确定了人们在使用Flatburn探测器时必须处理的一系列潜在问题。这些包括研究小组所谓的“漂移”，探测器读数随时间逐渐变化，以及“老化”，即单位物理状况更根本的恶化。

尽管如此，研究人员认为这些单元将运行良好，并且他们在发布Flatburn作为开源工具时提供了完整的说明。这甚至包括与官员、社区和利益相关者合作处理结果并尝试制定行动的指导。

“与社区接触非常重要，让他们反思污染源，”莫拉说。

“该项目的最初想法是使环境数据民主化，这仍然是目标，”杜阿尔特补充道。“我们希望人们具备分析数据并与社区和官员互动的技能。

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