【智慧城市網 企業關注】世界各地的城市都在努力改善空氣質量，這反過來有助于減輕氣候變化的影響。本文解釋了緊湊型空氣質量傳感器的重要作用，以及如何將它們與氣象站和其他智能城市設備一起使用，以實現其價值的最大化。
彈性、氣候適應和可持續性是世界各地城市議程的重中之重，并日益引起每個城市部門的共鳴。當然，討論的核心是應對氣候變化，但這些話題也是解決城市面臨的其他一些關鍵挑戰的關鍵，比如空氣質量差、污染、擁堵和對化石燃料的依賴。如果不正面應對，這些只會變得更糟。
根據聯合國(UN)的數據，到2050年，三分之二的人將生活在城市地區，人口變化和人口增長將使世界總人口增加約25億人。聯合國還預測，到2030年，世界上可能會有43個人口超過1000萬的特大城市，其中大多數位于發展中國家。
這一切都給城市的資源和服務帶來了巨大的壓力，加劇了現有的問題，無疑還會產生新的問題，這將對公民的生活質量以及環境和地球產生不利的影響。
十多年前緊湊型空氣質量傳感器的出現，為城市提供了一種成本更低的輔助工具來測量超本地化空氣質量
事實上，能呼吸清潔空氣是最基本的人權。但根據世界衛生組織(WHO)的數據，幾乎全球所有人口(99%)呼吸的空氣質量都超過了其空氣質量限值，而中低收入國家的問題更為嚴重。
據估計，每年暴露于空氣污染會導致700萬人過早死亡。世衛組織于2021年9月發布了更為嚴格的空氣質量指南(AQGs)，就顆粒物、臭氧、二氧化氮和一氧化碳等六種污染物的空氣質量水平提出了建議。AQG旨在作為決策者指導立法，以降低此類污染物水平的工具。
其對健康的負面影響足以成為采取措施改善空氣質量的理由，但這一領域的措施也涉及其他戰略和項目，如更智能的出行、更清潔的能源和更環保的建筑，屬于彈性和可持續性的旗幟。事實上，正如將在本特別報告中探討的那樣，改善空氣質量也有助于減緩氣候變化、增強抵御能力，并最終有助于建設面向未來的城市。這不僅依賴于城市單獨測量空氣質量，還依賴于了解影響空氣質量的因素、變化的方式、原因和時間，以及至關重要的天氣在其中所起的作用。而這一切都始于數據收集。
空氣質量傳感器，數據收集和城市一體化
從歷史上看，空氣質量是通過空氣質量監測站來測量的，這些監測站使用精密的分析儀技術和校準方法。這意味著其非常準確，但也很昂貴。此外，它們的規模和成本意味著其傾向于在有限的地點少量安裝，而不是作為網絡。
十多年前緊湊型空氣質量傳感器的出現，為城市提供了一種成本更低的輔助工具來測量超本地化空氣質量。它們是在兩種關鍵的現場應用傳感技術成熟之后出現的：一種是用于檢測十億分之幾(ppb)水平的氣態污染物的安培電化學傳感器，另一種是用于檢測微米/亞微米尺寸顆粒的緊密型光學粒子計數器。
起初，它們的測量性能比較有限，尤其是在極端條件下，但世界各地的研究人員和制造商都在努力提高其性能。如今，傳感器足夠靈敏，即使在清潔的環境空氣中也能檢測到污染物，這可以讓用戶相信其有能力確定從清潔空氣到中度污染到重度污染條件的轉變。
空氣質量傳感器能夠部署在密集的廣域網絡中，與傳統的空氣質量參考網絡相輔相成，因此非常適合部署在城市環境中。重要的是，當將氣象站添加到此類網絡以提供有關氣象條件的信息(例如風速、風向和降水)時，其可以更全面地了解城市空氣的質量和運動。
“人們開始理解智能桿作為智慧城市的數字支柱的概念和價值，其為城市創造新的數據驅動服務。”
例如，維薩拉的空氣質量傳感器和氣象站部署在世界各地，它們收集的數據在許多智能城市項目中發揮著至關重要的作用。典型的用例包括交通管理、街道灰塵監測、污染熱點檢測、近源監測(例如在城市工業園區，甚至在學校附近的特定時間，如接送學生)、社區監測以及健康和幸福的計劃。
當這些網絡的數據與其他來源(如交通部門、私人和公共交通供應商以及醫療機構)的數據進行整合和交叉引用時，這些數據將變得更加強大。
然而，建立這樣的網絡仍然存在挑戰，比如連接性和互操作性。傳感器需要電力和連接來進行數據傳輸，因此我們越來越多地看到它們被部署在智能城市基礎設施和移動電話網絡站(包括4G和5G)上。
由諾基亞牽頭的一個財團，其合作伙伴包括Vaisala、Destia、Premix、Indagon、RumbleTools、Orbis、Tehomet、Teleste、Spinverse、Tampere和AaltoUniversities以及芬蘭技術研究中心更進一步，展示了智能桿如何被用來作為此類網絡的底層基礎設施，以及一系列其他設備和技術的主機。此外，LuxTurrim5G生態系統項目開始創建一個試點環境，以演示芬蘭和國外城市數據驅動服務的發展。
其覆蓋了從埃斯波的諾基亞總部園區到附近的Kera火車站的區域，由19個帶有5G基站的智能桿和250個互連設備組成，以創建一個廣泛的傳感器網絡。智能桿還配備了來自維薩拉等公司的空氣質量和天氣傳感器、攝像機、雷達設備(包括激光雷達)、信息屏幕，以及一個電動汽車充電點，以及在電線桿頂部的無人機充電和降落站。
“其為智慧城市建立了數字支柱。人們開始理解智能桿的概念和價值，”生態系統負責人JuhaSalmelin解釋道：“內置的5G基站負責連接。我們可以在每根相距50m的智能桿上安裝傳感器，將數據組合在一起，為城市創建新的數據驅動服務，以監測環境，同時也為交通管理等領域提供數據。”
采取這種綜合方法監測空氣質量的能力，使其成為城市將其納入彈性和可持續性戰略的一項高價值指標。例如，如果用于近污染源監測，空氣質量傳感器可以位于學校附近，并結合交通數據來評估接送時間對污染的影響。反過來，這些信息可以為積極旅行和低排放區戰略提供信息，從而改善健康和幸福值，并減少城市的碳足跡。
Salmelin解釋道：“現有的技術是為了實現環境監測數據的最佳利用，但有時部門和數據孤島會阻止收集的數據發揮最大作用。這取決于誰擁有數據，以及如何通過數據市場和生態系統共享數據，以發掘空氣質量信息以及其他城市數據的真正價值。”
天氣預報和資源潛力最大化
許多城市尚未充分認識到將空氣質量和天氣數據結合起來的潛在價值。天氣總是會影響空氣質量，因此空氣質量測量與風速、風向、溫度、濕度和其他直接影響污染及其在空氣中傳播方式的因素有關的實時數據更有價值。
除了對污染擴散的影響外，天氣數據還有助于告知網絡位置，以及在嚴重污染期間何時創建警報或采取干預措施。例如，雨水可以使大氣中的污染物向下沖刷，減少街道和道路灰塵的排放。同時，溫度會影響空氣、污染氣體和顆粒物的行為。所有這些數據都可以用來更好地為多個城市部門的決策提供信息。
埃斯波市是芬蘭僅次于赫爾辛基的第二大城市，其制定了可持續埃斯波計劃，該計劃有許多目標，包括：
成為實施聯合國可持續發展目標(SDGs)的先驅
到2030年實現碳中和
為社區和居民提供可持續行動的機會
成為城市可持續發展的模范城市
成為可持續和智慧城市解決方案的最佳發展伙伴
其積極主動地與技術供應商合作，正在迅速成為智能城市的試驗臺。其中正在進行的項目之一是實施區域供熱系統。它正與發電公司Fortum在碳中和區進行合作，旨在用更靈活的解決方案替代化石燃料，如可再生電力、余熱利用、熱泵、電鍋爐和生物能源。
建筑物的區域供暖和制冷取決于天氣，即使環境的微小變化也會導致需求激增。這可能會給能源供應商帶來挑戰，因此當地天氣信息是優化系統的關鍵。這對埃斯波這樣的城市尤其重要，因為其既有沿海地區，也有森林(內陸的溫度可能比沿海低幾度)。城市中擁有建筑、橋梁和柏油街道等基礎設施的城市區域也將不同于建成區。
“通過將預測與實際天氣條件進行比較，通過機器學習不斷改進模型，可以創建越來越準確的超本地天氣預報”
Fortum不僅僅依賴于一般天氣信息，而是希望以最高精度獲得超本地天氣數據。因此，作為項目的一部分，在城市周圍精心挑選的位置安裝了六個維薩拉AWS310氣象站，旨在為優化區域供暖系統中運行的熱水的溫度提供洞察。
數據顯示，在一個相對較小的區域內，有7種不同的小氣候，其天氣條件各不相同，這顯然會影響供熱能源的需求。氣象站將數據發送到維薩拉預測引擎，該引擎使用先進的機器學習來生成精確的天氣預報。
維薩拉城市和工業系統負責人HannamariJaakkola解釋道:“這可以提前優化供暖供應，并避免在加熱系統中的水方面超支。通過將預測與實際天氣條件進行比較，機器學習不斷改進模型，從而不斷變得越來越準確。”
Fortum將繼續利用這些數據來改善供熱網絡，并減少化石燃料的使用。
天氣數據的重要性也需要從大局來看。區域供暖系統越優化、越高效，埃斯波就越有能力減少對化石燃料的依賴，從而增強其彈性和可持續性，并減輕氣候變化的影響。
處于氣候行動前線的城市
城市是碳的主要排放源，因此處于氣候變化的最前沿。正如Jaakkola所言，雖然它們是問題的一部分，但“它們也是治療的一部分”。埃斯波市和該項目表明，只要有正確的智慧城市基礎設施和人、組織和技術組成的生態系統，城市就可以確保自己處于對抗氣候變化的前沿。
這些案例研究顯示了一個城市在包括交通、環境、城市空間、能源以及健康和幸福在內的關鍵領域可能取得的勝利數量。這些共同提高了公民的生活質量，同時也是建設更適應未來、更具彈性和可持續發展的城市的主要支柱。
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