Вам подороже или побольше? Мониторинг воздуха: от элитных приборов до потребительских датчиков
Эта статья должна была быть о нашем исследовании данных между датчиком Nebo и эталонными датчиками мониторинга воздуха, проведённом при помощи доктора технических наук Ахим Диттлер. Однако профессор, с которым мы проводили исследование, оказался пока занят научной работой и не смог согласовать выводы полученных данных. А пока он занимается научной деятельностью, мой вступительный текст вылез за рамки одного листа. Тогда пусть это будет отдельной статьёй.
Как собирается информация о качестве воздуха
Слева датчик BAM. Справа стационарная станция мониторинга воздуха.
Эти два устройства, которые вы видите на фото, одно из которых похоже на космический контейнер, часто называют монитором эталонного класса. Тот, что поменьше — это BAM (БЭМ). Эталонный класс означает, что они обладают высочайшим научным качеством, это своего рода золотой стандарт. Эти инструменты очень дорогие. И раз уж зашёл разговор о цене — они могут стоить от десятка тысяч до сотни тысяч долларов, и это только за приобретение. Добавьте к этому десятки тысяч за обслуживание. Поэтому такие приборы используются в развитых странах, где правительство «может себе позволить» их, или в не особо развитых странах на гранты от развитых фондов, что тоже неплохо. Иногда данные с таких станций не публикуются, чтобы не портить статистику или «не пугать население».
Всё же видно со спутников? А вот и нет
И вот ты в поиске вбиваешь «Качество воздуха Мурманск» и попадаешь по ссылке на первые метеосервисы. Очень удобно — данные в реальном времени.
Только рядом с цифрой значения стоит звёздочка, которая скрывает загадочную надпись «Моделирование с использованием спутниковых данных». В районах с меньшим охватом метеорологические сервисы применяют этот хитрый способ, чтобы предоставлять данные пользователям и увеличить охват территорий. Часто можно увидеть интерполированные поверхности, отражающие качество воздуха. Меньше затрат — посчитал на сервере и выдал данные на сотни тысяч пользователей. Но к таким источникам я бы относился с долей скептицизма и ранее уже писал об этом короткую статью. Поэтому вся наша команда за увеличение количества мониторинговых станций: чем больше датчиков на земле, тем точнее моделирование и прогнозирование.
А если нет денег?
Из-за нехватки данных с земли на рынке и появились такие устройства, которые можно назвать недорогими датчиками или в научных кругах LCS (low-cost sensors).
Датчики компании Purple Air — Airly — IQAir
Это своего рода продукт потребительского класса, что означает, что вы или я можем купить такой датчик для собственного использования, взяв средства из семейного бюджета. Главное — обосновать жене, зачем тебе эта игрушка. И как вы видите на фото, они заметно меньше.
Дешевле — значит хорошо? Так в чём проблема?
На ранних стадиях развития недорогие датчики были не очень точными, что вызывало критику со стороны научного сообщества. Стоит сказать, что это было не безосновательно. В начале появления оборудование LCS имело большую погрешность из-за особенностей технологии оптического измерения, на которое влияют такие факторы, как влажность и отрицательная температура. Лазерная технология ограничена температурным диапазоном: от +10 до +40 градусов.
Взаимосвязь температуры и консистенции
Определение оси Y: модуль максимальной погрешности (%)
Определение по оси X: Температура (℃)
О технологии
Внутри датчика есть лазер, который испускает узкий пучок света. Воздух втягивается в датчик через вентилятор или насос и проходит через лазерный луч.
Частицы пыли рассеивают свет, который улавливается фотодетектором. Электроника анализирует данные и переводит их в концентрацию частиц PM2.5 в воздухе.
И датчики начали дорабатывать
Идея первая: подкрутить данные относительно эталонного класса.
Швейцарско-немецкая компания IQAir одной из первых использовала этот метод, установив датчик рядом с BAM. Они откалибровали данные своих датчиков по эталонным. Компания Airly продвинулась ещё дальше и калибрует данные с помощью ИИ по близлежащим «опорным станциям». Компания PurpleAir вставила два оптических сенсора для надёжности и тоже использует калибровку.
Идея номер два: использовать первый вариант и…
Немецкая компания Palas совместила математическую подгонку и устранение технических ограничений оптической технологии. Они использовали осушитель и подогрев воздуха в своих датчиках Fidas 200, что позволило улучшить точность. Однако такие приборы стоят около $20,000.
Fidas 200
Нам же хотелось датчики дешевле, компактнее и использовать оба метода. Так появился наш оконный датчик Nebo: в него мы встроили подогрев воздуха и, не без страха, решили протестировать его на точность. Это мы сделали в Германии и России.
Установка датчика Nebo на станции мониторинга воздуха
Ради интереса: в одной из презентаций нашего проекта мы подсчитали, что вместо установки только одной «эталонной» станции можно разместить в городе более 100 недорогих станций с хорошим качеством данных. Этот подход обеспечит широкий охват и превысит качество данных одной эталонной станции.
Эталон против недорогих датчиков
Вот и закончилось вступление.
И всё? Нет.
Скоро мы получим данные от профессора и опубликуем их. Будет даже интересно. Я благодарю профессора Ахима Диттлера за плодотворные обсуждения и вклад.
Теперь все? Еще немного.
Наша команда любит данные и железки, а вот маркетинг обходим стороной. Для меня это настоящая боль. Последний месяц я посвятил сбору бесконечного списка «зеленых» фондов, написанию заявок и подготовке питчей — это долго, больно и просто убивает. Если среди вас есть энтузиасты, которые любят заниматься продвижением продуктов и поиском финансирования, мы будем рады познакомиться с вами! Нам нужен кофаундер, который дополнит наш стартап.
Будем рады видеть вас в нашей команде!