研究筆記 - 空污的擴散

首先,哈爸不是環境感測的研究人員,這個筆記純粹是外行人亂想

就外行人發想,空污有源頭,隨著風向與自然擴散向外拓展,污染源,風向,擴散模型並不是 LASS 關心的重點,我們關心的重點是如何感測真實的情況,並提供給研究人員一個驗證的基礎

由於 LASS 有容易自製與價格低廉的優勢,所以較大規模的部署研究,相對是可行的。另外一個優勢是內建 GPS, 所以所有的資料都是有 GPS 位置,這樣在收集資料的時候,可以大大減少人為的介入(人為的介入是資料出錯的一個重要的原因),也大大降低資料收集的成本,更重要的是,LASS 可以做移動式的資料收集,不一定要一直待在一個定點收集,所以即使數量很少的感測器,經過正確的實驗設計,可以轉化成等同於同時更多的感測器節點,相信這對擴散的研究,提供了一個好的基礎。還有一個可能有用的資料,就是 LASS 提供速度資料,或許也是有效的分析參考

研究總有想解決的問題

問題

Q1 :  一個污染源經過一段時間後,對周遭的影響為何?

變因分析:污染源污染程度,風向,時間

A1-1 : 希望想得到的成果是什麼?

在一個區域內,較密集的感測器,同時間感測的結果

在一個區域內,幾個移動式的感測器,在感測區域內,有計劃的在整個區域移動,來回量測出整個區域的值

Q1-1 : 風向資料如何取得?如何使用?

A1-1 : 可參考 Windyty, NOAA data access, OpenWeatherMap

[ 請大家建議 ]

Q2 :  移動式掃描感測的問題分析?

A1 : 由於移動式感測的最基本問題是,並不是同時量測不同點的資料,而是分時量測不同點的資料,所以儘可能設計實驗,來抵銷分時量測所造成的問題。

方法一,同時還是有很少數的點同時在進行量測,所以一些基本的問題,還是可以有同時的量測資料來佐證。舉例:同時有四個點一起進行掃描量測,在同一時間,最起碼有四個值,比方說在東西南北四個點的資料

方法二,不同點量測的移動方式,應該統一。舉例:四個點經過 20 分鐘後,都在原來位置的東方一公里處。這樣的資料可以取得 20 分鐘後東方一公里的擴散四個量測結果

方法三,每個點的量測區域應該交換。舉例:今天 A 硬體負責量測北方,明天 A 硬體負責量測南方。這樣可以抵消不同硬體之間的誤差

方法四,掃描量測基本上不特別設計,完全靠後端資料的交叉分析,利用比較多的資料,雖然比較亂,但是基本上針對不同的問題,都應該有辦法找到適當的資料來比對分析

Q3 : 各式掃描方法的施行細節,該如何選擇?

A3 :  Q2 中的方法一二三,適用於專案式研究,設計好需要的硬體,區域,和量測計畫。事後應該有配套的分析計畫。但一般施行上會有點困難。

方法四則是找到會在觀察區域中會到處移動的設施,架設感測器,讓資料盡可能地收集回來,靠的是對資料分析的方法,想辦法在資料中粹取出觀察的結果

Q4 : LASS 對掃描式感測式感測所選擇的方法?

A4 : 對於有研究計劃的夥伴,建議是專案式掃描,可以很有系統地針對想要研究的型態進行設計。LASS 社群式運作,不適合這樣運作。LASS 想經由類似"計程車,快遞,長程巴士,火車"等,整天在路上跑的設備,在上面架設感測器,大量地收集各地的資料。發展分析程式,來對擴散這個問題,進行基礎的研究。

Q5 :有沒有什麼特別的題目?

A5 : 比方說每層樓量到的 PM2.5 值是否有變化?就是 PM2.5 跟高度的關係?

如果每隔一公里給一個量測點,我們可以觀察到什麼?擴散的速度,擴散跟風向的關係

實作方法-移動型觀測站

載具:可以是計程車,快遞,長程巴士,火車

感測器:

網路:

地區:能在空汙嚴重的區域最好,初期沒有要求

數量:第一階段目標是十組觀測點

實作方法-專案型研究計畫支援

研究計畫,一般會有主題以及實驗方法,但重要的還是要有幾套研究設備,我們打算降低研究人員取得設備的難度,由 LASS 協助設備的取得,以下是規劃中的方法

數量:目前沒有概念,假設是 10 台

設備功能:以目前零件包為基底,可以有溫濕度,PM2.5

運作方式:

主板取得方式:這10 套將以企業贊助的方式取得

預先安裝:

費用:以支援廠商報價為主

出借時間:以一個月為限,時間到主板需要歸還,損壞需要照價賠償

直接購買方式:本方案也可以以含主板直接購買的方式進行

分析程式需求

lass.py 需要能有效整理資料轉匯入 R

手動測算練習 1 

2015/11/4 06:00 附近,前金與左營站接量測到高峰值。且圖表圖型類似,估計是風吹來的。

當時中央氣象局風向資料

各測站過去 24 小時風速資料.pdf  (線上版)

高峰從前金到左營差了兩個小時,估計是南風。

查詢 Windyty 當時的那附近的方向,得知南風 190 度 3kt ( 1kt = 1.852 km/h )

Windily 南風 190度 3kt = > 5.55 km/h , => 距離 11 公里

兩小時 3kt 可以移動 11 公里。

兩個測站用 google map 直線量測距離為 4.75 公里。

污染源用 43% 的速度移動

=> 在一些簡單的情況,藉由手動的觀察,計算,空污的移動還算可以理解

基本資料:

測站:左營 (基本資料)

地址:高雄市左營區翠華路687號

測站:前金 (基本資料)

地址:高雄市前金區河南二路196號

近 24 小時趨勢值

測站資訊

Windyty 查風向

氣象局近 24 小時風速