Klacci 凱樂奇商用級智慧門鎖各種應用解決方案
TL;DR — 測量空氣品質的方法不止一種！ 如今，各種空氣品質監測技術正在使用，包括傳統的參考級 FRM/FEM 監測器、移動式空氣品質感測器、固定低成本感測器、衛星監測技術和替代監測形式 —— 一些專案甚至成功地使用苔蘚，來辨識空氣汙染的源點。 在確定哪種類型的監控技術，最適合監控專案或計劃時，從檢視全部可用解決方案開始是有幫助的。 這允許你探索每項技術最適合的應用案例，以及任何具體的優缺點。 越來越多的專案利用多種技術 —— 我們稱之為空氣品質監測2.0 —— 為全球空氣品質監測空間的未來帶來了令人興奮的可能性。
隨著空氣品質監測在全球的擴展，可用的監測技術類型也在擴大。 在美國，空氣品質監測始於聯邦政府實施參考級裝置，後來發展到利用替代技術，如移動式感測器、固定低成本感測器、衛星進行的空氣品質測量，甚至使用苔蘚檢測空氣汙染物。
每種類型的監控技術都有其獨特的優缺點。 每種空氣品質測量方法，也會產生不同的資料結果 —— 不同的時空解決方案、準確性等 —— 因此可能導致對空氣汙染性質的理解非常不同。
隨著公眾對更好空氣品質資料需求的成長，我們將繼續看到空氣品質監測技術的創新，這些技術可以幫助滿足這些需求。 例如，隨著公眾對環境正義問題，和其他社群一級空氣品質影響的認識提高，地方一級的小規模空氣品質監測變得更加普遍。
最成功的空氣品質監測專案，是那些利用各種技術的優勢來描繪最完整的空氣汙染圖景的專案 —— 這就是我們看到空氣品質監測的未來。
使用 FRM 和 FEM 裝置進行傳統空氣品質監測
政府參考級空氣品質監測器，分為聯邦參考方法（FRM）或聯邦等效方法（FEM）監測器，代表了空氣品質監測的科學標準。 該裝置對測量效能有嚴格的標準，通常用於支援州和聯邦兩級的空氣品質決策、決策和對監管標準的評估。
FRM 裝置是專門為滿足美國環境保護局（USEPA）等監管機構制訂的空氣品質測量標準而設計的。 有限成本監視器可能涉及其他類型的技術，但仍然必須提供根據 USEPA 等官方標準評估的可比效能水準。
由於其資料品質高，FRM 和 FEM 監視器是判斷其他監控技術（如低成本感測器）的比較基礎。 由於重要的決策和監管行動，是基於 FRM 和 FEM 裝置的空氣品質資料，它們對精度、精度、測量範圍和漂移等參數有嚴格的操作標準。
FRM 和 FEM 監視器的高效能和資料品質標準，將它們定為空氣品質監測的「黃金標準」。 此外，它們的使用壽命長 —— 在適當的維護和校準下超過十年 —— 使它們能夠作為美國聯邦空氣品質監測的長期工具。
然而，這項技術並非沒有缺點。 傳統的 FRM 和 FEM 監控裝置價格很高，每台顯示器的典型購買價格為 15,000 美元至 40,000 美元。 正確操作儀器通常需要溫度控制環境，日常校準和維護需要熟練的技術人員，導致更高的營運成本；操作 FRM 的年度成本通常超過可觀的購買成本。
由於它們的設計和支援它們所需的基礎設施 —— 例如用於存放裝置的專用電力和資料庇護所 —— 它們在決定位置時往往缺乏靈活性。 在佈署空氣品質監測網路時，其高成本也意味著與可以以同等成本佈署的低成本感測器，或其他替代技術的數量相比，可以實施的監測器更少。 這些障礙意味著空氣品質，往往是在更多的區域範圍內衡量的，這在瞭解地方或社群層面的空氣品質時，可能會留下重大的資料空白。
移動式空氣品質監測
與固定空氣品質監測器（包括 FRM/FEM 監測器和固定低成本感測器）不同，移動式空氣品質監測在給定時間範圍內，測量整個城市或地區的空氣品質 —— 通常透過在汽車或其他車輛上或內部安裝監控裝置。 這種方法產生了一個空間多樣化，但時間有限的資料集，以提供特定時間點整個區域空氣品質的快照。
移動式空氣品質監測的一個好處是可以進行測量的高空間解析度。 透過使用「逐塊」方法在整個城市的大量資料點收集資料，可以在傳統FRM/FEM空氣品質監測網路通常未覆蓋的地點捕獲空氣品質測量結果。
然而，與其他創新監控技術一樣，移動式空氣品質監控器，可以具有可變的資料品質，這使得它們不適合監管使用。 來自移動式監控的空氣品質圖片，也可能比固定監控網路的資訊量低。
由於監視器不斷移動位置，它很容易錯過汙染熱點或當地趨勢，僅僅是因為在發生空氣汙染事件時不在該地區。 雖然移動式監控可以以更高的空間解析度收集資料，但這並不能保證以有意義的方式，捕獲本地空氣品質事件，讓你瞭解一段時間內的空氣品質趨勢。
使用低成本空氣感測器進行固定監控
就空間和時間解析度而言，固定式低成本空氣品質感測器，處於傳統和移動式監控之間的中間位置。 不過，這個類別很廣泛 —— 有各種低成本感測器可供選擇，效能範圍也同樣廣。
一些低成本感測器在室內和室外使用，最適合個人消費者的家庭使用。 其他低成本感測器 —— 例如我們在 Clarity 提供的感測器 —— 不僅重視實際的感測技術，還重視確保其成功的服務。 在整個佈署過程中校準裝置，並將其與雲端平台整合，以便在建構網路時提供可擴充性，確保更準確、更有效和更使用者友好的空氣品質監控。
除了不同品牌提供的資料品質和相關服務外，低成本感測器在執行所需的基礎設施上也有所不同 —— 例如，無論是依賴 WiFi，還是專用電氣服務 —— 這反過來又會影響它們可以佈署的位置和條件。 在考慮在全球各個地方佈署低成本感測器時，自給自足並透過蜂窩網路，連線到雲端進行資料收集的低成本感測器，可以具有真正的優勢。
與移動式低成本監控相比，固定式低成本感測器，仍然可以在不錯過時間趨勢的情況下，提供高空間資料覆蓋。 靈活的定位意味著在網路設計過程中，可以從更大的空氣品質監測覆蓋面中，受益最大的場景 —— 例如那些靠近汙染源或弱勢人群的場域 —— 可以優先處理。
固定式低成本感測器的購買和營運成本更低、佈署靈活和可擴充性，使其可用於在沒有參考網路的地區建立感測器網路，或用更多資料點補充該地區的參考級監視器。
然而，與移動式監控一樣，固定的低成本感測器在它們提供的資料品質上，也會有所不同。 因此，評估你有興趣作為空氣品質監測網路的一部分，實施的低成本感測器的效能相當重要。 你可以閱讀我們的空氣感測器精確顆粒物測量指南，以瞭解更多關於環保局釋出的低成本感測器效能目標，以及校準在實現這些目標方面發揮的重要作用。
使用衛星監測空氣品質
與佈署在地面的空氣品質監測器不同，衛星上的空氣品質監測技術 —— 如美國太空總署的中等解析度成像光譜輻射儀（MODIS） —— 也可用於監測更大規模的汙染事件和趨勢。
用於從太空監測空氣品質的技術很複雜，它處理了大氣化學的複雜性。 一種測量類型，氣溶膠光學深度（AOD），透過測量地球大氣層頂部的太陽輻射，與到達其表面的太陽輻射之間的差異，來表示氣溶膠顆粒的密度。 當空氣中有更多的顆粒，因此在表面可以檢測到的輻射更少時，就會發生更大的 AOD 測量。 一般來說，基於衛星的空氣品質監測，是透過觀察環境顆粒物（如PM2.5）如何散發陽光來運作的；然而，這一過程很容易被天氣條件、汙染物顆粒的特性、大氣混合和其他因素所干擾。 對陽光的依賴，也意味著這種監測在陰天無法執行。
在許多應用中，衛星空氣品質監測資料與地面測量資料融合在一起，以提供空氣品質的「大局」檢視。 例如，將衛星監視器本身的各種資料點 —— 例如帶有雲光學厚度，或風速和風向的 AOD —— 與地面空氣品質指數（AQI）和有關最近火災地點的知識相結合，有助於對野火事件期間的空氣品質進行更完整和準確的預測。
衛星上的另一種空氣品質監測儀器，被稱為臭氧監測儀器（OMI），或熱帶監測儀器（TROPOMI），由美國太空總署使用。 透過測量各種波長反射的陽光強度，並檢測各種大氣微量氣體的吸收特徵，他們不僅可以測量臭氧，還可以測量二氧化氮、二氧化硫和甲醛等物質。 這項技術可以在一天內觀測整個地球，並追蹤全球空氣品質，隨著時間的推移而變化。
然而，與其他衛星空氣品質監測技術一樣，它們無法在多雲條件下收集資料，因為它使用反射回太空的陽光來工作。 使用衛星技術監測空氣品質，有助於填補地面監測員留下的空白，包括在偏遠地區或水體、尚未佈署地面監測員或缺乏基礎設施的國家，以及在現有監測網路稀少或不存在的任何地區。
這種鳥瞰圖還意味著，空氣汙染可以在全球範圍進行追蹤，與其他監測技術相比，其地理覆蓋面要大得多。 它們還作為補充空氣品質資料的相對便宜的來源。
然而，與地面監測相比，衛星空氣品質監測，目前以相當低的時間和空間解析度執行，並且由於校準偏差，精度水準各不相同。 基於衛星的模型還必須使用地面監測進行地面監控，因此它們可能會繼續支援現有的監測技術，而不是取代地面監測。
空氣品質監測的其他方法：在俄勒岡州使用苔蘚的研究
當然，有一些方法可以在不使用任何儀器的情況下描述空氣品質 —— 雖然空氣汙染通常是看不見的，但在某些情況下，我們甚至可以用我們的視覺或嗅覺，來推測空氣品質是好是差。
美國西北太平洋地區，已經探索了監測空氣品質的一種有趣的替代方法。 2016 年，俄勒岡州波特蘭的研究人員進行了一項研究，以瞭解樹上某些種類的苔蘚，是否可以用於評估空氣品質。 他們的研究檢測到有毒重金屬的含量，如鎘和砷，大大超過了該州的極限。 研究人員利用這些資訊，建立了州監管機構可以在波特蘭的空氣品質感測器位置的地圖，以及該市玻璃工廠附近的有毒重金屬水準熱點地圖。
長期以來，苔蘚和地衣等植物一直被用來測試森林的空氣品質，但這是第一次在城市環境中成功進行。 這種空氣品質監測的替代方法是可能的，因為苔蘚可以作為天然的空氣汙染監測器 —— 它吸收環境中的氣體，並可以反映空氣中的細微變化。
與其他監測方法相比，使用苔蘚進行空氣品質監測相對便宜：花 2 萬美元，可以使用苔蘚取樣測試一個城市 300 多個地點，而執行參考等級的單一空氣品質監測器一年的價格為 15 萬美元。
成本越低，資料解析度就越高 —— 特別是考慮到苔蘚和地衣在波特蘭的盛行。 雖然區域性空氣品質事件，可能會留下幾英里的羽流，空氣品質監測器可能不位於這個範圍內，但附近的樹木或岩石上可能存在苔蘚，可以從中收集空氣品質資訊，從而深入瞭解該特定時間該位置的空氣品質狀態。
雖然這種替代監測方法令人興奮，但它也不能單獨用於測量空氣品質 —— 鑑於這種方法缺乏精度，它最好用作量化空氣汙染物濃度的指標，而不是資料來源。 相反，使用苔蘚收集空氣品質資料，可以成為一個地方現有空氣品質監測網路的補充部分。 這種方法也只能在自然存在苔蘚或地衣的地理區域使用，因此不適用於世界許多地區的空氣品質監測。
空氣品質監測 2.0：使用全方位的空氣監測技術，來更好地瞭解空氣汙染
空氣品質監測技術的最新發展，為未來的空氣品質管理，提供了令人興奮的可能性。 傳統和新型的監控技術都有自己的優勢、劣勢和最適合的應用案例 —— 未來最成功的空氣品質監控計劃，將是那些利用每種技術優勢的計劃。
雖然傳統的 FRM/FEM 監控裝置，提供高品質的資料，但它也可能非常昂貴、不靈活且難以進行現場處理。 移動式空氣品質監測器更便宜，可以捕獲大量資料，但它們的移動性意味著，特定地點的空氣汙染事件可能會被忽略。 衛星上的空氣品質監測器，可以幫助大局瞭解更廣的地理區域的空氣汙染，但在目前的發展水準上，其空間和時間解析度仍然很低。 其他空氣汙染評估方法，如使用苔蘚或地衣，可以提供有見地的補充資料，但不能單獨使用，也不能在廣泛的氣候區域使用。
雖然固定低成本感測器的資料品質可能因特定感測器的效能和應用的校準方法而異，但它們將移動監控的靈活性與固定監控的優勢相結合——使其成為具有成本效益地將測量點新增到空氣品質監控網路的絕佳選擇。
低成本感測器可以作為混合空氣品質監測網路的一部分，與參考級聯邦監測器一起實施，也可以在沒有監測網路的地方，作為獨立解決方案實施。 雖然 LCS 不提供監管等級的資料，但選擇瞭解嚴格校準，和主機託管過程重要性的高品質感測器技術，提供商有助於確保該技術儘可能準確的資料。
要學習如何建立自己的混合空氣品質監測 2.0 網路，你可以下載我們的《利用低成本感測器進行空氣品質監測 2.0 指南》。
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