智慧城市是啥？能少點霧霾嗎？
小探曾經(jīng)聽過一個笑話，說的是白貓警探去了一趟北京后就變成了黑貓警長。為啥？因為正好趕上了一周霧霾…….
雖然只是個笑話，但是霧霾等空氣污染給社會帶來的傷害卻不僅僅是白貓變成黑貓那么簡單。
據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）統(tǒng)計，由于空氣污染，全球每年有超過550萬人死亡，其中城市人口占了大多數(shù)。這是由于汽車、工廠、發(fā)電廠中的廢氣以及有害顆粒的存在。因此，隨時隨地的空氣污染指數(shù)就成了城市居民每日的出行必讀。
如今，“智慧城市”（Smart City) 這一概念的出現(xiàn)讓人們不禁想問：智慧城市能幫我們解決霧霾嗎？
今天，咱們就聊一聊智慧城市的空氣質(zhì)量檢測是如何進行的，與傳統(tǒng)檢測方式相比它又有哪些優(yōu)勢。
智慧城市與空氣質(zhì)量監(jiān)測
什么是智慧城市呢？
智慧城市以最大化優(yōu)化城市功能為目標，促進經(jīng)濟增長，同時利用智能科技與數(shù)據(jù)分析來提高城市居民的生活質(zhì)量。
目前來看，與智慧城市關(guān)系最為緊密的技術(shù)包括：無人駕駛、機器學習、和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）這些利用城市不同方面的大數(shù)據(jù)，來使得城市居民生活更加便利。其中，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在多個國家和地區(qū)開始部署了。比如，美國的圣地亞哥市已經(jīng)在城市中裝置了3200個檢測器來收集路況信息，如果有路面情況有任何問題市政府可以第一時間通知市民，并及時實施解決措施。
那么，智慧城市是如何幫助提升空氣質(zhì)量的呢？
我們先看一下目前一般城市是如何監(jiān)測空氣質(zhì)量的。
進行空氣采樣的空氣質(zhì)量監(jiān)測站（AQM）一般只會分布在城市中的幾個點位。隨后，數(shù)據(jù)匯總形成整個城市的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）。
然而，由于監(jiān)測站的數(shù)據(jù)有限，因此它收集到的數(shù)據(jù)也非常有限，所以想要解城市各個街區(qū)的詳細情況就很難了。這也導(dǎo)致了一些問題，比如，對于北京這樣一個市區(qū)面積將近 700 平方公里的城市來說，東城區(qū)的空氣監(jiān)測站出來的數(shù)據(jù)，可能對于生活在西五環(huán)的居民作用并不大。
然而，智慧城市物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)和電化學傳感器的新系統(tǒng)，卻可以改變空氣污染的監(jiān)測方式。大量的更易安裝的傳感器組成網(wǎng)絡(luò)，收集和發(fā)送大量空氣數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)，城市可以繪制高污染區(qū)域，跟蹤一段時間內(nèi)的變化，識別污染源，并提出干預(yù)措施。
如何應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)具體監(jiān)測空氣質(zhì)量？具體來說，目前已經(jīng)嘗試投入使用的有兩大類：使用移動傳感器，或?qū)鞲衅靼惭b在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中。
移動傳感器監(jiān)測空氣質(zhì)量
我們在前面提到了傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)控站占地面積大，且收集的數(shù)據(jù)有限。于是，研究人員突發(fā)奇想：如果能讓汽車在城市里跑一圈來監(jiān)測空氣質(zhì)量，那不是既省空間又可以多搜集數(shù)據(jù)了嗎？
2014年，谷歌公司開始為街景汽車配備智能環(huán)境移動平臺。該平臺上的傳感器可測量顆粒物、二氧化碳、二氧化氮等氣體的含量。在丹佛的一次試驗中，谷歌的車在750小時的駕駛中收集了超過1.5億個數(shù)據(jù)點，創(chuàng)建了丹佛市的街道空氣質(zhì)量地圖。
但是，熱愛環(huán)保的歐洲人民認為，汽車跑起來還是會污染空氣！我們要用自行車！因此，2014 年愛爾蘭首都都柏林市的 30 位熱心居民，給自家的自行車上安上了空氣傳感器，用于測量空氣中二氧化碳、一氧化碳、煙霧和微粒含量。
在三天內(nèi)，這些自行車收集了整個城市的空氣數(shù)據(jù)。愛爾蘭全國各地的研究人員對這些數(shù)據(jù)進行了研究和繪圖。雖然這次試驗僅產(chǎn)生了為期三天的數(shù)據(jù)，但卻推廣了將傳感器搭建在自行車的共享計劃。這一項目不僅節(jié)省了固定地點的安裝費用，還更加環(huán)保。
但倫敦人民不高興了：騎一天自行車，那還不活活把人累死？現(xiàn)在又沒有發(fā)明出什么無人自行車。那怎么辦？
于是，腦洞大開的倫敦人民選擇讓不需要人力物力、還超級環(huán)保的和平鴿來作為移動載體。
對，就是讓傳感器飛一會兒……
2016年3月，倫敦市將用于空氣檢測的每個重達25克的傳感器綁在10只鴿子的身上。這10只鴿子將在城市各處飛行。它們攜帶傳感器，監(jiān)測二氧化氮、臭氧和其他揮發(fā)性化合物的含量。在飛行過程中，鴿子們收集到的數(shù)據(jù)會集中成網(wǎng)絡(luò)。而倫敦人可以通過推特（Twitter）@PigeonAir來詢問他們所在地區(qū)的污染程度。
鴿子們雖然省了人力，但是畢竟鴿子數(shù)量有限?？梢哉f，一次性移動傳感工作可能非常適合沒有大量資金、并且剛剛進入智慧城市領(lǐng)域的城市。但是，畢竟是一次性使用，如果想要一年365天不斷運行，這些手段似乎并不奏效。但空氣質(zhì)量檢測必須每時每刻都有，如果沒有 24/7 的監(jiān)測系統(tǒng)，城市的空氣質(zhì)量如何得到真正的保證？因此，目前大多數(shù)正在完善中的智能城市都選擇了將傳感器安裝在現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中。
小探最近采訪了位于硅谷的一家著力于空氣質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)的環(huán)保創(chuàng)新公司Clarity Movement。這是一家典型的為智慧城市提供空氣監(jiān)測器技術(shù)并提供數(shù)據(jù)分析的公司。
如何更加實際地監(jiān)測空氣質(zhì)量？下面，Clarity Movement的創(chuàng)始人 David Lu 和業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) Sean Wihera 會和大家分享一下他們的觀點。
非移動傳感器監(jiān)測空氣質(zhì)量
我們已經(jīng)提到過的空氣質(zhì)量監(jiān)測站（AQM）。占地面積大，很難覆蓋大片面積的空氣監(jiān)測，同時人力物力要求都很高。有了物聯(lián)網(wǎng)之后，尤其是智慧城市概念的興起，體積小，方便安裝的非移動傳感器很快就占領(lǐng)了市場。
但是，并不是所有的傳感器都適合智慧城市的發(fā)展。
“傳統(tǒng)上的傳感器，一般是一家機械工程制作，所得數(shù)據(jù)由當?shù)卣治?。通常這些傳感器價格很高，而傳統(tǒng)的機械工程的思想在智慧城市并不足夠。這是因為一個傳感器應(yīng)該是硬件、軟件、數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的一個系統(tǒng)?！?span>Clarity Movement的CEO點出了目前傳統(tǒng)空氣監(jiān)測傳感器的一些痼疾。
Clarity Movement CEO David Lu
2014年，還在加州伯克利大學讀大二時的David，決心成立一家最高效地監(jiān)測空氣質(zhì)量的的技術(shù)公司。Clarity Movement 由此而誕生，并進駐伯克利大學 CITRIS Foundry 孵化器。從高中時就開始關(guān)注環(huán)保項目的David，想做的并不是賣出一臺機器那么簡單。他更想讓人們徹底改變對城市空氣污染的理解和應(yīng)對方式。
監(jiān)測和記錄相關(guān)的空氣污染物，是最基本的任務(wù)。但是，有多少人了解行人、騎自行車的人、司機和當?shù)鼐用竦奈廴撅L險指數(shù)？如何衡量道路交通、交通燈、公交、地鐵站受到的污染影響？普及電動公交車，從長遠來看到底能為城市人口減輕多少環(huán)境污染？這些問題，只有通過最精確的長時間多地點監(jiān)測，收集大量數(shù)據(jù)，并進行各種分析才能知道。
Clarity Movement 的 Clarity Air Monitoring 監(jiān)測器在2017年推出，核心就是“可靠精準的高密度空氣質(zhì)量檢測+人工智能校準+深入縫隙”。具體是如何做的呢？
監(jiān)測器包含了耐用的環(huán)境傳感器，并帶有防風雨外殼。并且，監(jiān)測器使用方便，幾分鐘之內(nèi)便可以安裝在電線桿等固定物體上。在其內(nèi)部，數(shù)以百計成千上萬的 Clarity Nodes（節(jié)點）可以收集實時空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。
然后，收集的數(shù)據(jù)會上傳到 Clarity Cloud，其中 Clarity 專有的智能校準技術(shù)應(yīng)用先進的算法，根據(jù)世界各地污染物的獨特區(qū)域特征輸出準確的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)。 Clarity Cloud 允許高度可擴展的網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崟r存儲和校準大量不同的數(shù)據(jù)集。
對于用戶來說，用戶可以上網(wǎng)登錄 Clarity Smart City 門戶，訪問空中監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，查看歷史趨勢，下載數(shù)據(jù)以進行深入的數(shù)據(jù)分析。
對于智能城市來說，僅僅有檢測出的數(shù)據(jù)還并不最夠，Clarity Movement 又研發(fā)出了 Clarity OpenMap ——一個開放式訪問空中監(jiān)控點的全球網(wǎng)絡(luò)，真正將數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，全球共享。
在 Clarity Movement的官網(wǎng)上，公司宣稱自己是目前市面上檢測精確率最高但價格最低的空氣監(jiān)測系統(tǒng)。
業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān) Sean 給小探算了一筆賬，目前一般的監(jiān)測器一臺大約一萬美金，約七萬人民幣。而同時維護費等各種“隱藏”的服務(wù)費使得接下來政府每年還要投入 2000 美金（具體還要看不同地區(qū)以及器械損耗程度)。
而 Clarity Movement 的所有服務(wù)加在一起，也只需每年 2000 美金。因此，相比于之前一個地點需要一個多達幾萬塊的高價相比，城市可以用更低的價格在不同地區(qū)布置更多的 Clarity Movement 監(jiān)測器。這也是為什么目前全球已有 26 個國家、40 個城市在與這家公司合作。
價格降低后質(zhì)量會不會下降呢？自然科學雜志 Nature 的一項研究曾經(jīng)提過，“降低成本不可避免地降低了特異性或靈敏度，或兩者兼而有之?！? 傳統(tǒng)上，低成本的空氣質(zhì)量傳感器往往無法吸收更細小的顆粒，其讀數(shù)可能會受到氣象條件的影響。但是，Clarity 卻做到了低價與高精準率共存。
眾所周知，目前空氣質(zhì)量檢測的精確率并沒有一個統(tǒng)一標準。但是，Clarity Movement 卻大膽地做了一個實驗。原來，公司曾經(jīng)邀請15個城市安裝了目前市場上最流行的多款監(jiān)測器，并一同工作幾個月。之后，這些城市通過對比檢測的具體數(shù)據(jù)，肯定了Clarity Movement 的最高精準率。
這是怎么做到的呢？
原來，普遍的低成本傳感器在極端環(huán)境下（如高濕度）和長期穩(wěn)定性上的表現(xiàn)有所欠缺。同時，市場上普遍采用的PM2.5傳感器，是只基于激光散射計數(shù)法，對于PM2.5的具體大小分布、密度無法直接測量。至于普遍采用的化學污染物，大都為電化學傳感器。但溫濕度、及跨氣體靈敏度對電化學傳感器干擾很大。這都導(dǎo)致了低成本傳感器的讀數(shù)與現(xiàn)實差距很大，只能質(zhì)化，不能量化。
然而，Clarity Movement 的解決方案卻避免了這些問題。這是因為 Clarity 采用的PM2.5傳感器為完全自主開發(fā)，其技術(shù)不僅能像市面上的傳感器那樣測量數(shù)量濃度，還可以直接測量PM2.5的大小分布。
并且，Clarity Movement 方案里的化學物傳感器不止有電化學傳感器，還有金屬氧化物傳感器。這樣一來，利用自主開發(fā)的融合算法結(jié)合多個傳感器的原始信號，避免了于最終讀數(shù)的影響。同時，Clarity Movement 的方案還利用了人工智能的云端校準技術(shù)，這使得測量的讀數(shù)可以基于地方特有的污染物構(gòu)成來校準最終讀數(shù)。這樣，不僅能夠得到較高的相對精度，還能獲得較高的絕對精度。
沒想到，一個小小的傳感器，用到的技術(shù)卻如此復(fù)雜！研究者們?yōu)榱丝諝赓|(zhì)量也是操碎了心。面對智慧城市的到來，霧霾會不會加速被消滅？雖然我們不得而知。但是對于空氣質(zhì)量檢測，小探相信，智慧城市的物聯(lián)網(wǎng)絕對可以幫上大忙。
來源：搜狐網(wǎng)
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