Проектирование и разработка открытого

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 14416 (2022) Цитировать эту статью

2840 Доступов

4 цитаты

21 Альтметрика

Подробности о метриках

Города по всему миру борются с загрязнением окружающей среды. Традиционные подходы к мониторингу неэффективны для проведения крупномасштабного экологического мониторинга из-за логистических и финансовых проблем. Доступность недорогих и маломощных устройств Интернета вещей (IoT) оказалась эффективной альтернативой мониторингу окружающей среды. Такие системы открыли для граждан возможности мониторинга окружающей среды, одновременно сталкивая их с проблемами, связанными с точностью датчиков и накоплением больших наборов данных. Анализ и интерпретация данных датчиков сами по себе являются сложной задачей, требующей обширных вычислительных ресурсов и опыта. Для решения этой проблемы представлена ​​социальная платформа Интернета вещей с открытым исходным кодом, ориентированная на граждан (Soc-IoT), которая сочетает в себе устройство измерения окружающей среды в реальном времени с интуитивно понятным приложением для анализа и визуализации данных. Soc-IoT состоит из двух основных компонентов: (1) CoSense Unit — ресурсоэффективное, портативное и модульное устройство, разработанное и оцененное для мониторинга окружающей среды внутри и снаружи, и (2) exploreR — интуитивно понятное кроссплатформенное приложение для анализа и визуализации данных, которое предлагает комплексный набор инструментов для систематического анализа данных датчиков без необходимости кодирования. Soc-IoT, разработанный как экспериментальная платформа для масштабного мониторинга окружающей среды, направлен на содействие устойчивости окружающей среды и открытым инновациям за счет снижения технологических барьеров.

За последние годы в мире наблюдался массовый рост урбанизации на региональном и национальном уровнях. Хотя быстрая урбанизация привела к экономическому росту, она также привела к ухудшению состояния окружающей среды1. Такие действия, как чрезмерное использование ископаемого топлива для производства энергии и вырубка лесов с целью создания большего количества городских пространств, уже способствуют ухудшению качества воздуха. Загрязнение, связанное с дорожным движением (в основном загрязнение воздуха и шумовое загрязнение), также способствует ухудшению состояния окружающей среды и здоровья. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) уже определила шум, связанный с дорожным движением, как риск для общественного здоровья, поскольку он может нарушить цикл сна человека, усилить стресс и привести к психическим расстройствам2. Шум и загрязнение воздуха — не единственные побочные эффекты урбанизации. Чрезмерное использование искусственного освещения в городах уже способствует световому загрязнению, что приводит к выбросу большего количества тепла в атмосферу3. Загрязнение окружающей среды не ограничивается только развивающимися или слаборазвитыми странами, оно отрицательно влияет даже на страны с высоким уровнем дохода4. Согласно отчету ВОЗ5, загрязнение воздуха внутри и снаружи помещений тесно связано с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Известно, что среди различных загрязняющих веществ более опасными для здоровья человека по сравнению с газообразными компонентами являются твердые частицы (ТЧ). Хотя правительства и агентства по охране окружающей среды предпринимали многочисленные усилия по борьбе с такими угрозами, как загрязнение воздуха, добиться ограниченного успеха в снижении уровня загрязняющих веществ, таких как ТЧ, удалось. Это произошло главным образом из-за ограниченной доступности точных и детальных данных о качестве воздуха, необходимых для разработки эффективной политики. Официальные сети мониторинга, используемые в большинстве стран мира, включают ограниченное количество стационарных станций мониторинга. Они точны, но охватывают лишь ограниченную географическую территорию7. Из-за дороговизны и громоздкости таких станций осуществить массовое развертывание таких станций логистически невозможно. Аналогичным образом, инфраструктура мониторинга шума ограничена дорогостоящими профессиональными шумомерами и плохо откалиброванными недорогими датчиками мониторинга шума8.

Сейчас стало проще, чем когда-либо, собирать крупномасштабные данные об окружающей среде благодаря развитию концепции «умного города». «Умные» города – это города, в которых информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) включены в городскую структуру для сбора данных с целью модернизации инфраструктуры и предоставления людям более качественных услуг9. Одной из стратегических целей «умных городов» является повышение экономической, социальной и экологической устойчивости10. Для удовлетворения потребностей в устойчивом развитии «умные» города используют технологии, которые улучшают качество жизни, улучшают городские операции и услуги и способствуют устойчивому развитию11. Интернет вещей (IoT) уже ускоряет инновации в области умных городов, позволяя управлять сложными системами, такими как управление дорожным движением, мониторинг окружающей среды и автоматическое уличное освещение, с использованием данных сетевых датчиков. В последние годы резко возросло использование устройств Интернета вещей со встроенными недорогими датчиками для мониторинга окружающей среды12. Из-за низкой стоимости датчиков граждане смогли получить доступ к этим технологиям и использовать их для таких действий, как зондирование толпы, когда группа жителей использует недорогие сенсорные системы для мониторинга окружающей среды и сбора полезных данных. Открытый характер решений для мониторинга окружающей среды также способствовал развитию мониторинга окружающей среды на основе Интернета вещей. Под открытым исходным кодом понимается любая программа или платформа, исходный код которой находится в свободном доступе и может повторно использоваться и распространяться13. За последнее десятилетие существенно возросло применение крауд-методов в исследованиях10. Это привело к увеличению различных форм вовлечения толпы, таких как краудсорсинг и гражданская наука; первый вовлекает людей в сбор идей и решений различных проблем10, а второй позволяет людям участвовать в научных процессах и вносить ценный вклад14. Недорогие системы Интернета вещей позволили осуществлять крупномасштабное развертывание и сбор данных с более высоким пространственно-временным разрешением, что ранее было невозможно с помощью традиционных систем мониторинга из-за логистических и финансовых ограничений15. Эти устройства предоставляют данные о качестве воздуха в режиме реального времени, которые могут быть полезны для понимания окружающей среды и оказания помощи лицам, принимающим решения, в разработке более эффективной политики по контролю загрязнения. Было несколько примеров того, как по всему миру были реализованы недорогие решения по мониторингу окружающей среды для повышения осведомленности о загрязнении воздуха15,16,17, создания наборов данных о загрязнении воздуха15,18, содействия участию граждан в мониторинге качества воздуха19,20,21 и создавать приложения для принятия решений на основе данных22,23. Воздействие не ограничивается повышением осведомленности, но также разработкой инновационных методологий и технологий для улучшения благосостояния граждан24. Исследования Pigliautile и др.25,26 являются хорошими примерами того, как инновационные решения, такие как носимые сенсорные технологии, могут использоваться для исследования сложных тем, таких как изменения микроклимата и комфорт пешеходов. Ценные данные, полученные краудсорсингом через Интернет вещей, оказывают прямое влияние на услуги, основанные на определении местоположения, предоставляемые гражданам. Эти данные играют важную роль в создании передовых систем анализа данных о качестве воздуха27,28, систем прогнозирования PM2,529,30,31, экосистем для интеллектуального управления окружающей средой32,33 и устойчивых городов34.