よりスマートなセンサー、よりクリーンな都市：AIと衛星がいかに都市大気汚染への対処を支援しているか
大気汚染は世界で数百万人の死を引き起こしている。スマート街灯センサーや衛星データなど、EU資金による革新が、人間の健康を守るために都市が都市スモッグを検出し、地図化し、闘う方法をいかに変革しているかを学びましょう。
都市スモッグは人間の健康に対する主要な脅威である。新しいセンサーとデータ収集技術が、大気質の改善に役立つだろう。
私たちは毎日約2万回の呼吸を行う。空気中の酸素は体内の細胞を養う。しかし、私たちが吸う空気に有害な粒子状物質や化学物質が含まれていると、それらの汚染物質もまた体内に入り込む可能性がある。
大気汚染は人類の健康に対する最大の脅威の一つであり、世界中で毎年数百万人の命を奪っています。世界保健機関（WHO）の2019年の推計によると、世界人口の99%は、大気質がWHOのガイドラインを満たさない場所に住んでいました。
In the European Union the same year, 307 000 people died prematurely as a result of chronic exposure to tiny particles of pollution, according to the European Environment Agency's report on air quality in Europe.Minimal measuring
大気汚染を削減するには、都市や自治体はまずそれを測定する必要があります。しかし、従来の機器は高価でかさばります。
「それは3メートル×4メートルの大きなコンテナで、専用の空調と24時間365日の電力供給を備えています」と、より機敏な測定技術を促進するためにHorizonの資金提供を受けたプロジェクトを調整したBettair CitiesのLeonardo Santiago氏は述べました。「そして、メンテナンスを行う専門の技術者が必要です」
大気汚染を測定し地図化するためのより良い方法の開発は、いくら早くても早すぎることはありません。
コストの利点
EUの都市が10万人以上の住民を有する場合、欧州の規則は大気質を監視することを義務付けています。従来の監視ステーションの費用と手間は、監視義務のない多くの小規模都市が監視を行わないことを意味し、またSantiago氏によると、大都市でもほんの一握りしか使用していないということです。
「都市が通常持っているステーションの数では、実際の地図を作成するには十分ではありません」と彼は述べました。「彼らは通常、何が起こっているかを推定するために数理モデルを使用しますが、現実を目にすることはありません」
MappingAirと呼ばれるHorizonプロジェクトは、スペインに拠点を置くBettair Citiesが開発した、より安価なセンサーのネットワークからのデータを利用するプラットフォームを作成しました。同社のヘルメット状のセンサーは、スマート街路灯の電球の下に設置され、大気中の汚染物質をチェックします。
従来の監視ステーションの費用は20万ユーロ以上ですが、小型センサーの価格は約4,000ユーロで、頻繁な専門メンテナンスを必要としません。
監視プラットフォームの構築に加えて、3年を経て先月終了したこのプロジェクトは、Bettair Citiesがそのセンサーをプロトタイプからすぐに使用できる製品へと変革することを可能にしました。
機敏なセンサー
このデバイスは現在、ヨーロッパと南アメリカの多くの都市の街路灯や交通信号機で使用されており、最大のテストはローマで行われています。これらのセンサーの一部は有効性を実証するための試験の一部であり、他のものは商業施設への設置です。Santiago氏によると、さらに多くの大都市が関心を示しているということです。
そのプラスチック製の外殻の内部には、汚染物質の存在を検出する電気化学セルが含まれています。しかし、これらのセルは湿度や温度にも反応し、測定値を歪める可能性があります。
「私たちが行ったのは、これらのすべての変数がセンサーにどのように影響するかを分析するために人工知能を使用することです」とSantiago氏は述べました。AIアルゴリズムは、湿度や温度を含む他の変数によって引き起こされるデータ内のノイズを効果的に除去します。
センサーデータが同社の「人工知能を詰め込んだブラックボックス」に入力されると、出力される汚染情報は、従来のコンテナサイズのステーションによって生成されるものと約94%の確率で一致すると、Santiago氏は述べています。
所有者は2年ごとにセルを交換するだけで済み、これは従来のステーションの定期的なメンテナンスよりもはるかに少ない頻度です。センサーの追加の利点は、騒音汚染モニターも含まれていることです。
天空高く
研究者たちはまた、都市の大気汚染に取り組むために空へと向かっています。
衛星と監視ステーションを併用して、別の研究プロジェクトが世界中のさまざまな都市の大気質の地図を生成しました。
「地球観測データを、健康データを含む社会経済データと組み合わせると、実際の問題、あるいは問題の真の原因にはるかに近づくことができます」と、Health Surveillance Air Quality PilotのリーダーであるEvangelos Gerasopoulos氏は述べました。「そうすれば、意思決定にも一歩近づきます」
彼の仕事は、農業やエネルギーから健康や水に至るまでの分野の人々のために、ヨーロッパの地球観測インフラストラクチャーからの大量のデータを活用するHorizonプロジェクトであるe-shapeの一部です。
「e-shapeはユーザーとともに、ユーザーのために構築されました」と、フランスのMINES ParisTechにあるCentre Observation, Impacts, Energyの所長であり、e-shapeの科学コーディネーターであるThierry Ranchin氏は述べました。
大気質パイロットのTeaserプラットフォームは、ユーザー（例えば、自治体、企業、個人）に、2018年から2020年までの地球観測、健康、社会経済データを組み合わせることで何が可能かを体験させます。
世界中の数十の都市に対して、このクラウドベースのプラットフォームは、大気質が健康に与える影響を評価するために使用される集約リスク指数を提供します。
例えば、冬季には、アテネの主要幹線道路は大気汚染の発生源となりますが、これらの地域は人口密度が高い地域でもあります。地図は汚染の範囲だけでなく、リスクにさらされている人々の曝露も示しています。
「私たちはワンストップサービスを提供しました」と、ギリシャのNational Observatory of Athensに勤務するGerasopoulos氏は述べました。
カスタマイズされたデータ
一握りの都市に対して、プロジェクトは地元のユーザーと協力して、彼らのニーズに合わせてデータをカスタマイズしました。同じくNational Observatory of Athensに勤務するEleni Athanasopoulou氏は、そのような共同設計の経験の以下の例を提供しました。
アテネでは、Health Surveillance Air Quality Pilotチームが市や他のステークホルダーと協力し、車両から出る一般的な化学物質に対する公衆の街路レベルでの曝露をマッピングした。このパイロットの知見を受けて、ギリシャ保健省は、大気汚染リスクの広がりを示すデータに直面し、環境モニタリングを強化した。
ヘルシンキでは、このパイロットはフィンランド政府および民間部門と協力し、市周辺の産業が住民の大気質にどのように影響しているかを明らかにした。ミュンヘンでは、大気汚染の空間分布に焦点が当てられ、利用者は特定の郵便番号区域にズームインできた。そしてイタリアのバーリでは、大気汚染データが人口密度と組み合わされ、持続可能な開発目標に関連付けられた。
これらの例は、地球観測情報を応用できる多くの方法と、データを組み合わせることの力を示している、とGerasopoulos氏は述べた。
「私たちが保健コミュニティのような異なるコミュニティを訪ねても、彼らは自分たちが私たちの種類の地球観測データをどこで見つけられるかをまったく知らないかもしれず、私たちも彼らのデータをどのように入手するかを知らない」と彼は述べた。「このプロジェクトは、それらをすべて一緒にすることの能力、視点、可能性を示している。」
Originally published in Horizon MagazineImage credit: asierromero / Freepik (thematic illustration).Tags: urban air pollution, AI air quality sensors, smart cities pollution monitoring, MappingAir project, air pollution health risks, Horizon 2020 environmental projects, Bettair Cities, Earth observation air quality, climate and health data, sustainable urban living