十多年前緊湊型空氣質(zhì)量傳感器的出現(xiàn)，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(zhì)量事實上，能呼吸清潔空氣是最基本的人權(quán)。但根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)的數(shù)據(jù)，幾乎全球所有人口(99%)呼吸的空氣質(zhì)量都超過了其空氣質(zhì)量限值，而中低收入國家的問題更為嚴(yán)重。據(jù)估計，每年暴露于空氣污染會導(dǎo)致700萬人過早死亡。世衛(wèi)組織于2021年9月發(fā)布了更為嚴(yán)格的空氣質(zhì)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(zhì)量水平提出了建議。AQG旨在作為決策者指導(dǎo)立法，以降低此類污染物水平的工具。其對健康的負(fù)面影響足以成為采取措施改善空氣質(zhì)量的理由，但這一領(lǐng)域的措施也涉及其他戰(zhàn)略和項目，如更智能的出行、更清潔的能源和更環(huán)保的建筑，屬于彈性和可持續(xù)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(zhì)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(shè)面向未來的城市。這不僅依賴于城市單獨測量空氣質(zhì)量，還依賴于了解影響空氣質(zhì)量的因素、變化的方式、原因和時間，以及至關(guān)重要的天氣在其中所起的作用。而這一切都始于數(shù)據(jù)收集?？諝赓|(zhì)量傳感器，數(shù)據(jù)收集和城市一體化從歷史上看，空氣質(zhì)量是通過空氣質(zhì)量監(jiān)測站來測量的，這些監(jiān)測站使用精密的分析儀技術(shù)和校準(zhǔn)方法。這意味著其非常準(zhǔn)確，但也很昂貴。此外，它們的規(guī)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(wǎng)絡(luò)。十多年前緊湊型空氣質(zhì)量傳感器的出現(xiàn)，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(zhì)量。它們是在兩種關(guān)鍵的現(xiàn)場應(yīng)用傳感技術(shù)成熟之后出現(xiàn)的：一種是用于檢測十億分之幾(ppb)水平的氣態(tài)污染物的安培電化學(xué)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(xué)粒子計數(shù)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(huán)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(zhuǎn)變?？諝赓|(zhì)量傳感器能夠部署在密集的廣域網(wǎng)絡(luò)中，與傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量參考網(wǎng)絡(luò)相輔相成，因此非常適合部署在城市環(huán)境中。重要的是，當(dāng)將氣象站添加到此類網(wǎng)絡(luò)以提供有關(guān)氣象條件的信息（例如風(fēng)速、風(fēng)向和降水）時，其可以更全面地了解城市空氣的質(zhì)量和運動。
“人們開始理解智能桿作為智慧城市的數(shù)字支柱的概念和價值，其為城市創(chuàng)造新的數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)?！?/blockquote>例如，維薩拉的空氣質(zhì)量傳感器和氣象站部署在世界各地，它們收集的數(shù)據(jù)在許多智能城市項目中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。典型的用例包括交通管理、街道灰塵監(jiān)測、污染熱點檢測、近源監(jiān)測(例如在城市工業(yè)園區(qū)，甚至在學(xué)校附近的特定時間，如接送學(xué)生)、社區(qū)監(jiān)測以及健康和幸福的計劃。當(dāng)這些網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)與其他來源(如交通部門、私人和公共交通供應(yīng)商以及醫(yī)療機構(gòu))的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和交叉引用時，這些數(shù)據(jù)將變得更加強大。然而，建立這樣的網(wǎng)絡(luò)仍然存在挑戰(zhàn)，比如連接性和互操作性。傳感器需要電力和連接來進(jìn)行數(shù)據(jù)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(chǔ)設(shè)施和移動電話網(wǎng)絡(luò)站(包括4G和5G)上。由諾基亞牽頭的一個財團(tuán)，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(shù)研究中心更進(jìn)一步，展示了智能桿如何被用來作為此類網(wǎng)絡(luò)的底層基礎(chǔ)設(shè)施，以及一系列其他設(shè)備和技術(shù)的主機。此外，LuxTurrim5G生態(tài)系統(tǒng)項目開始創(chuàng)建一個試點環(huán)境，以演示芬蘭和國外城市數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)的發(fā)展。其覆蓋了從埃斯波的諾基亞總部園區(qū)到附近的Kera火車站的區(qū)域，由19個帶有5G基站的智能桿和250個互連設(shè)備組成，以創(chuàng)建一個廣泛的傳感器網(wǎng)絡(luò)。智能桿還配備了來自維薩拉等公司的空氣質(zhì)量和天氣傳感器、攝像機、雷達(dá)設(shè)備(包括激光雷達(dá))、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?！捌錇橹腔鄢鞘薪⒘藬?shù)字支柱。人們開始理解智能桿的概念和價值，”生態(tài)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人JuhaSalmelin解釋道：“內(nèi)置的5G基站負(fù)責(zé)連接。我們可以在每根相距50m的智能桿上安裝傳感器，將數(shù)據(jù)組合在一起，為城市創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)驅(qū)動服務(wù)，以監(jiān)測環(huán)境，同時也為交通管理等領(lǐng)域提供數(shù)據(jù)。”采取這種綜合方法監(jiān)測空氣質(zhì)量的能力，使其成為城市將其納入彈性和可持續(xù)性戰(zhàn)略的一項高價值指標(biāo)。例如，如果用于近污染源監(jiān)測，空氣質(zhì)量傳感器可以位于學(xué)校附近，并結(jié)合交通數(shù)據(jù)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(qū)戰(zhàn)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(xiàn)有的技術(shù)是為了實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的最佳利用，但有時部門和數(shù)據(jù)孤島會阻止收集的數(shù)據(jù)發(fā)揮最大作用。這取決于誰擁有數(shù)據(jù)，以及如何通過數(shù)據(jù)市場和生態(tài)系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，以發(fā)掘空氣質(zhì)量信息以及其他城市數(shù)據(jù)的真正價值。”天氣預(yù)報和資源潛力最大化許多城市尚未充分認(rèn)識到將空氣質(zhì)量和天氣數(shù)據(jù)結(jié)合起來的潛在價值。天氣總是會影響空氣質(zhì)量，因此空氣質(zhì)量測量與風(fēng)速、風(fēng)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(guān)的實時數(shù)據(jù)更有價值。除了對污染擴散的影響外，天氣數(shù)據(jù)還有助于告知網(wǎng)絡(luò)位置，以及在嚴(yán)重污染期間何時創(chuàng)建警報或采取干預(yù)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(shù)據(jù)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(xù)埃斯波計劃，該計劃有許多目標(biāo)，包括:
成為實施聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）的先驅(qū)到2030年實現(xiàn)碳中和為社區(qū)和居民提供可持續(xù)行動的機會成為城市可持續(xù)發(fā)展的模范城市成為可持續(xù)和智慧城市解決方案的最佳發(fā)展伙伴其積極主動地與技術(shù)供應(yīng)商合作，正在迅速成為智能城市的試驗臺。其中正在進(jìn)行的項目之一是實施區(qū)域供熱系統(tǒng)。它正與發(fā)電公司Fortum在碳中和區(qū)進(jìn)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(qū)域供暖和制冷取決于天氣，即使環(huán)境的微小變化也會導(dǎo)致需求激增。這可能會給能源供應(yīng)商帶來挑戰(zhàn)，因此當(dāng)?shù)靥鞖庑畔⑹莾?yōu)化系統(tǒng)的關(guān)鍵。這對埃斯波這樣的城市尤其重要，因為其既有沿海地區(qū)，也有森林(內(nèi)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(chǔ)設(shè)施的城市區(qū)域也將不同于建成區(qū)。
“通過將預(yù)測與實際天氣條件進(jìn)行比較，通過機器學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)模型，可以創(chuàng)建越來越準(zhǔn)確的超本地天氣預(yù)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(shù)據(jù)。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(yōu)化區(qū)域供暖系統(tǒng)中運行的熱水的溫度提供洞察。數(shù)據(jù)顯示，在一個相對較小的區(qū)域內(nèi)，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(shù)據(jù)發(fā)送到維薩拉預(yù)測引擎，該引擎使用先進(jìn)的機器學(xué)習(xí)來生成精確的天氣預(yù)報。維薩拉城市和工業(yè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人HannamariJaakkola解釋道:“這可以提前優(yōu)化供暖供應(yīng)，并避免在加熱系統(tǒng)中的水方面超支。通過將預(yù)測與實際天氣條件進(jìn)行比較，機器學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)模型，從而不斷變得越來越準(zhǔn)確?！盕ortum將繼續(xù)利用這些數(shù)據(jù)來改善供熱網(wǎng)絡(luò)，并減少化石燃料的使用。天氣數(shù)據(jù)的重要性也需要從大局來看。區(qū)域供暖系統(tǒng)越優(yōu)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(xù)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(chǔ)設(shè)施和人、組織和技術(shù)組成的生態(tài)系統(tǒng)，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(huán)境、城市空間、能源以及健康和幸福在內(nèi)的關(guān)鍵領(lǐng)域可能取得的勝利數(shù)量。這些共同提高了公民的生活質(zhì)量，同時也是建設(shè)更適應(yīng)未來、更具彈性和可持續(xù)發(fā)展的城市的主要支柱。
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