一種DIY傳感器正將空氣監測變成一項全民運動，未來，普通民眾對空氣質量的了解或將不再依賴政府和研究機構的數據

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。世界衛生組織(下文簡稱世衛組織)稱，烏蘭巴托也是世界上污染最嚴重的地方之一。據估計，死于空氣中顆粒污染物的人數占烏蘭巴托死亡總人數的十分之一。但是，有關污染程度的信息不僅有限而且難以獲得。世衛組織關于污染的在線數據庫中，只有烏蘭巴托一年的記錄。

由于迫切地想要填補污染數據上的空白，報業協會的記者們親自上陣去收集數據。2014年7月，米亞格馬和同事與一個名為地球記者網絡的國際環境記者團體合作，在烏蘭巴托布設了5個兒童午餐盒大小的監測設備。這種名為DustDuino的設備能夠測量顆粒物的濃度，并且可以快速將數據上傳到一個公共網站上。

低成本DIY傳感器

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

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

以公開原則為基礎，這種自己動手(DIY)的活動是推動空氣監測公眾化的重要因素。這樣一來，空氣監測就不再是政府和學術機構的研究者獨占的領域了。

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

創客掀起環保監測新浪潮

這類活動的起源可以追溯到2006年。當時，美國加利福尼亞大學歐文分校的藝術家貝亞特里斯·達科斯塔在家鴿身上綁上了容納多個傳感器的工具包。達科斯塔與工程師合作開發的這個工具包，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接收器來追蹤鴿子的運動。她公布了自己通過這個名為“鴿子博客”(PigeonBlog)的項目收集到的數據，旨在打破現狀，號召公眾參與收集污染數據。

2011年，一個由黑客、創客和藝術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客。他們在博客上寫道，政府對污染狀況的監測沒有細化到局部范圍，而恰恰是局部污染會影響到人們。傳感器創客在網上發起了一個倡議，由社區來開發傳感器，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，傳感器創客開發出了可以檢測溫度、濕度、二氧化碳和二氧化氮的設備，名為“空氣質量蛋”(Air Quality Egg)，售價為185美元，還不到一個中檔設備價格的十分之一。

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實時監測自己吸入的空氣質量并上傳這些數據，讓社區中的其他人收益。

在花費了一年時間尋找可用的技術后，迪亞茲·拉德拉決定由自己的團隊親自動手來實現這個夢想。他們的早期雛形最終成長為一個名為“智能公民設備”(Smart Citizen Kit，下文簡稱SCK)的傳感器套裝工具。“空氣質量蛋”能檢測的項目，SCK也都可以，除此之外，它還能測量光強度和噪聲大小。該團隊建了一個網站以鼓勵喜歡DIY的人們制作或者購買設備來監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制造出來的傳感器的數量。不過，他們的發明人稱，目前至少有35個DustDuinos、大約2500個空氣質量蛋以及1000個SCK被部署在各個地方。這些設備收集到的大部分數據都可以通過Xively這樣的在線平臺獲取。

這些行動已經引發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名市民發放了SCK，并指導他們如何在自己的社區使用這些設備。

公眾監測仍有技術瓶頸

支持者的熱情目前還沒有打動環境研究人員。倫敦國王學院(King's College London)的空氣質量科學家本·巴勒特稱，目前SCK和“空氣質量蛋”使用的傳感器還無法提供可靠的污染數據。巴勒特目前協助運營倫敦空氣質量網絡(LondonAir Quality Network)，這是一個在線上提供污染數據的網站。

巴勒特說：“監測空氣的污染水平遠比廉價傳感器的生產者和供應商想的復雜。”他表示，問題在于“空氣質量蛋”和SCK使用的傳感器的測量結果會受到溫度、濕度和某些氣體的影響，使得人們難以比較不同設備獲得的數據。

英國西英格蘭大學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測空氣質量。他說，專業技術人員和科學家會密切關注傳感器的選址和維護，“如果對這些事情不給予足夠的重視，那么收集到的數據實質上是無意義的，因為它們彼此間沒有可比性”。

加利福尼亞大學伯克利分校的環境健康研究者柯克·史密斯稱，這些問題使得此類數據在環保宣傳中的實用價值打了折扣。美國環境保護局(Environmental Protection Agency，下文簡稱EPA)有嚴格的規則來判定什么樣的數據才是經得住檢驗的可信數據，“而這些監測設備沒有達到要求——至少目前沒有”。

史密斯補充說，這些數據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，史密斯的團隊已經制作出了用于檢測室內顆粒物質的傳感器。他說，“我們在自己開發智能、廉價的傳感器時了解到的一件事情就是，這些傳感器會產生很多數據，但這些數據還需要進行處理。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，科學數據庫的管理者目前尚未接受大多數DIY傳感器收集到的信息。例如巴勒特，他說除非數據質量得到提升，否則他不會在倫敦空氣質量網絡中加入公眾監測項目收集的數據。

DustDuino的開發者馬修·施洛爾稱，如果在足夠長的時間間隔內取平均值的話，他發明的設備所收集的數據是可以與更昂貴的傳感器相媲美的。

一個獨立研究小組報道稱，在長度為一小時的時間窗口內對空氣質量進行取樣檢測，DustDuino傳感器的表現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研發人員和通信專家。他承認由于測量結果包含太多“噪聲”，DustDuino在瞬時數據收集上還不夠準確。

“空氣質量蛋”和SCK的開發者們也承認，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年年初發布的下一代SCK將會事先進行校準，并且配備了更好的傳感器。這些措施會讓收集到的數據更加可靠，足以與官方空氣質量標準進行比較。

其他研究人員也參與了公眾監測運動。盡管巴勒特對數據質量表示憂慮，但還是為倫敦可持續性交易所(LondonSustainability Exchange)這樣的項目提供咨詢，該項目會與各個社區合作，監測城市中的空氣污染情況。

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

施洛爾說，由于政府削減預算，昂貴的傳感器網絡的建設也縮水了，而公眾監測的發展壯大可以填補政府網絡的空缺。他預言，有朝一日人們的衣服能檢測自己接觸到的致癌物質，手機可以探測到污染物顆粒，無人機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、織物和健康監測器，這些都是很有可能出現的。世界各地都有黑客在研究這些技術。”