В технологическом университете Карлсруэ создан краудсорсинговый проект по измерению уровня загрязнённости воздуха взвешенными частицами посредством маленького сенсора, закрепляемого на планшетах и смартфонах. Вместо лазерного счётчика частиц, применяемого в опытном оборудовании, научная несколько предлагает применять камеру и светодиодную вспышку мобильных гаджетов.
взглянуть на фотографии людей в Пекине, Париже и других больших мегаполисах. Многие ходят по улицам в масках и всё чаще жалуются на загрязнённый воздушное пространство. Сейчас у них имеется настоящий шанс улучшить обстановку. «Заинтересованные граждане окажут помощь оценить состояние атмосферного воздуха в разных местах и поделятся ими через интернет. После этого мы сможем применять эти сведения при составлении карты загрязнения соответствующего района в реальном времени», – говорит один из авторов изучения Маттиас Будде (Matthias Budde).
Обитатели Пекина задыхаются от смога (фото: семь дней.com).
«Компьютерра» уже писала о аналогичной инициативе в Австралии. Мобильное приложение Ear-Phone, запущенное у тысяч добровольцев, образовывает городскую карту шума в реальном времени. Германские исследователи пошли дальше и создали специальный сэпмплер, что пассивно отбирает образцы воздуха.
Он закрепляется посредством магнита как приставка на тыльной части смартфона либо планшета. Одно окно совмещается со вспышкой, а второе – с камерой. Свет от вспышки распространяется по оптоволокну (загнутому в виде петли) и попадает на линзу. Потом он проходит через пространство воздухозаборника, частично рассеивается на попавших в него частицах дыма и пыли, по окончании чего попадает на сенсор фотокамеры.
Пылевой сенсор для смартфона (фото: kit.edu).
Мобильное приложение разбирает яркость пикселей в каждом изображении и вычисляет количество пылевых частиц, помешавших совершенному распространению светового луча. «Снимок воображает эти измерения, потому, что яркость пикселей возможно преобразована в концентрацию пыли», – поясняет Будде.
Для доказательства работоспособности прототипа были совершены сравнительные измерения. Прототип сенсора был напечатан посредством 3D-принтера. Результаты его работы сравнили с показаниями детекторов на станциях измерения Национального агентства Баден-Вюртемберг по делам внешней среды.
На данный момент датчик для смартфона может измерять концентрации больших пылевых частиц в диапазоне от одного микрограмма на кубический метр. Этого хватит для обнаружения дыма, но мало пригодно для анализа фракции PM10, содержащей частицы с диаметром менее 10 мкм.
Устройство анализатора загрязнённости воздуха пылевыми частицами (изображение: Karlsruhe
Institute of Technology).
«Как и ожидалось, точность отечественного сенсора оказалась значительно ниже, чем у опытного оборудования, но его габариты также несравнимы, а производство на порядки дешевле», – комментирует Будде.
Стационарные посты наблюдения, оснащённые лазерными счётчиками частиц, активными аспираторами, циклоном и прецизионными фильтрами для отделения респирабельной фракции обходятся через чур дорого. В Карлсруэ их установили всего два, и толку от них мало. По двум точкам отбора проб запрещено адекватно делать выводы о степени загрязнения атмосферного воздуха во всём городе, какая бы идеальная техника для этого ни употреблялась.
Стационарный пост мониторинга качества атмосферного воздуха (фото: kit.edu).
Традиционно ограниченные возможности и низкая точность применяемых в аналогичных краудсорсинговых проектах аппаратных платформ компенсируется алгоритмами и огромным количеством измерений интеллектуальной обработки взятых данных.
Благодаря множеству встроенных сенсоров возможно выяснить, что происходило на протяжении измерений и имело возможность исказить итог. Наличие модуля GPS и возможности определять примерные координаты по сигналу сотовой сети делают вероятным сравнение результатов нескольких участников, пребывавших поблизости в одно да и то же время.
Само собой разумеется, так не собрать детальных информации о соотношениях загрязнения фракций и характере атмосферы с определённым размером частиц. Но тысячи мобильных устройств, неизменно передающих свежие эти на сервер – до тех пор пока единственный метод отображать неспециализированное состояние муниципального воздуха без значительных затрат на развёртывание специальной совокупности.
Принцип работы мобильного сэмплера и приложение для анализа содержания пылевых частиц в атмосферном воздухе (изображение: kit.edu).
Организовать сопоставимое количество постов наблюдения для автоматической совокупности контроля загрязнения воздуха просто не по карману практически всем муниципалитетов. Применение труда мобильных добровольцев помогло бы исправить положение дел, но как привлечь интерес и поддерживать интерес?
Исследователи считают, что вынудить приобрести сенсор и учавствовать в программе глобального мониторинга качества воздуха окажет помощь превращение процесса измерений в новую игру. «Возможно сделать не просто неинтересное мобильное приложение, а новый клиент многопользовательской игры, – рассуждает Будде. – Участники будут получать очки за количество измерений, а за работу в самых малообследованных местах возможно начислять дополнительные бонусы».
Отдельную проблему для проекта воображает защита персональных данных, не смотря на то, что сами пользователи не через чур о них заботятся. «Крайне важно, дабы люди имели возможность убедиться в безопасности приложения и в том, что оно отправляет в сеть лишь нужный минимум информации об измерениях», – поясняет Будде. В качестве одного из способов снять вероятные подозрения, в массовых изучениях традиционно применяют деперсонализацию собранных данных. По окончании того, как они стекутся на выделенный сервер, уже нереально будет проследить, кто как раз выполнил то либо иное измерение.
На данный момент научная несколько трудится над улучшением черт датчиков. Уже создан прототип с другим типом линзы, что разрешил добиться большей чувствительности. Но главная работа ведётся на программном уровне. Оптимизируются способы оценки снимков и разрабатываются новые методы обработки изображений. В случае если в смартфонах покажется помощь RAW, то наличие данных каждой фотографии окажет помощь значительно повысить уровень качества результатов измерений.