研究筆記 - 細懸浮微粒監測及防護技術提升專案計畫之LASS 可能給出的貢獻

緣起

• 科技部/環保署空污防制科技學術合作計畫
• 天外冒來一個訊息提到這個計畫，很多東西 LASS 能幫上忙，發想一下
• 對這個主題有興趣的研究單位，如果需要社群的協助，也歡迎提出或私訊，哈爸盡可能給出幫助

資料連結

• 科技部105年度「科技部/環保署空污防制科技學術合作計畫暨細懸浮微粒監測及防護技術提升專案計畫」

基本背景

• LASS 是個 Maker 土砲社群，很多夥伴希望對環境感測做出貢獻，目前也關注 PM2.5 的感測，我們不是學術單位，也不是研究機構，也不是廠商來賺錢的，只是一些同樣專切這個主題，一群愛動手的夥伴，關注能用雙手作出的改變。這個計畫，有些我們能用雙手做出貢獻的地方，所以我們就來了

本筆記的重點

• LASS 會的不多，本文只專注，LASS 能做點什麼，不會的，不想做的，不可能做的，一概不提。前因後果，請自行發想研究。簡單說，只會列出有可能給出貢獻的部分。一律以 !LASS 來表示                                              

LASS 目前相關的資源

• 不同硬體的感測器
  • 目前的 LASS 已經支援比較多的硬體平台，每個硬體特性不同，在 LASS 目前開發的進度也有差別，展開研究之前，可以適當的選擇
  • LinkItONE
    • 目前為 LASS 的主平台，已經經過 PM2.5 Field Try, 具備 GPS
    • 已有零件包
  • MTK 7688 Duo
    • LASS - LinkIt Smart 7688Duo
    • 目前規劃為下一代的主平台，有 Linux, 架構更彈性，價格更親民
    • 零件包規劃中
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  • Ameba
    • LASS - Ameba
    • 也是優秀的平台，對商業化的產品，提供另一選擇
  • RPI
    • RPI - RaspPm25
    • 強大的 Linux 平臺，對於有更多軟體功能需求，可以選擇此平台
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  • WeatherBox
    • LASS - WeatherBox
    • 土砲氣象站
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• 資料收集與分析平台
  • 目前平台已經有一個基本的資料收集方式，簡單的分析也可以方便地提供，針對研究還有可以改善的部分，也可以對社群提出，相信很多夥伴能給出幫助
  • LASS Data Center
  • LASS Data Platform
  • 研究筆記 - 比對性觀測
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A.空污防制科學研究計畫

A1.空氣品質分析

1.1 細懸浮微粒與臭氧生成機制相關性之學理探討

1.2 探討有機碳之轉化速率與形成機制,並建置指紋資料庫

1.3 探討日夜、季節及區域細懸浮微粒濃度差異原因及污染來源推估

• ! LASS 請參考比對性觀測，以及 空汙擴散例子
• 日夜是一天內的時間變化，季節是一年內的時間變化，區域是地理上的距離變化。
• 同一個感測器在不同時間會因為
  • 交通流量，附近燃燒來源，廚房，寺廟，農田，如果能對不同污染源找出感測特徵與量化，對於觀測值反推是哪種形態的污染源，可能有幫助。比方說，交通流量在接近上班的時間，感測值應該上升不多，其他的應該都各有特性。
• 季節
  • 或許應該細化一些環境特性，比方說風大/風小，雨季，北風，南風之類的，或與能做出這些環境特性與感測值的關聯性
• 區域
  • 感測值上升的時間差，可以估計污染到達時間的不同，藉由適當的演算法，應該可以推得污染源大約在哪裡，難是難在能推多準，需要多密集的感測器，是否需要其他輔助參數，比方說風向。如果能有地形上的輔助計算，或許能夠降低感測器密度的要求
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1.4 細懸浮微粒(PM2.5)與臭氧及其他空氣污染物之來源、成因及管制策略綜合探討

1.5 以過去 10 年環保署監測數據,探討大氣增溫對於細懸浮微粒及臭氧等空氣品質影響

1.6 探討過去 10 年中國大陸空氣污染排放量及傳輸路徑變化對我國空氣品質影響

1.7 探討不同時間尺度 (小時值、2 小時 值、8 小時值、日平均值、月平均值) 細懸浮微粒濃度對於健康影響評估

A2.室內空氣品質

2.1 檢討現行監、檢測方法運用於室內空氣品質管理之妥適性

2.2 發展適用軌道運輸系統車廂或遊覽車/巴士車廂等小型密閉空間之室內空氣品質監測方法

A3.移動源

3.1 開發車輛使用中/行進中排放廢氣之檢測方法及儀器

3.2 針對使用中車輛不同期別及燃料車輛排放揮發性有機物及氮氧化物特性分析

3.3 車輛排放懸浮微粒之物理及化學特性研究

A4.逸散源

4.1 探討都會區集合式住宅廚房油煙排放型態(例如排放高度、排放大小及使用強度等) 對於空氣品質影響推估

• ! LASS 幫助量測
• 排就排了，對環境的危害應該是相同的，但是對於附近的危害確實是不同的，簡單的問題是，如果排煙口在二樓，那是對附近的三樓還是一樓的危害大。影響範圍有多少，多久才會消散，類似這樣問題的觀察。那排放口如果有過濾，或是濾網是否會改善？稍微減速，是否能降低影響？

4.2 探討掃街行為之空氣污染改善績效評估

• ! LASS 幫助量測
• 不懂什麼叫做掃街，是寺廟出巡？這可能要觀察鞭炮的影響。量化鞭炮的影響，或許是一個有趣的研究

4.3 檢討車輛行駛於各級鋪面道路車行揚塵與大型裸露地風蝕揚塵本土化排放係數

• ! LASS 幫助量測
• 首先塵土飛揚是否會增加感測值？感測值多久才會降低，灑水的效果有多少，應該灑多少，何時灑

4.4 研究建置個人日常消費性產品揮發性有機物排放係數

• ! LASS 幫助量測
• 精油？香水？如果 PM2.5 能和香水香味濃度有關聯性，那看香水的持久性還比較有意思

4.5 餐飲業烹飪油煙各類控制方法下排放係數

• ! LASS 幫助量測
• 跟 4.1 有點像，難道是哪種油比較香的實驗？蓋起來炒菜會比會比較好？火該大還該小。煎煮炒炸哪種感測值高

4.6 針對夜市餐飲業之小型污染防制設備之研究

• ! LASS 幫助量測
• 觀察香腸攤？

A5.模式模擬

5.1 能源使用與空氣品質改善相關性之模型建立與效益評估

5.2 影響大氣擴散與空氣品質模型表現之基礎與關鍵參數(或係數)之改善或建立

A6.其他空氣污染防制創新研究議題

在上述各項議題之外,得研提空氣污染防制 策略、技術、方法、等面向之改善提升與發 想創新的議題。例如,空氣品質與環境生態、 巨量資料應用、雲端技術導入、監測分析儀 器效能提升與新創開發、城市微氣象與空氣 污染、污染源貢獻與受體影響評估等。

• !LASS 有後端的資料庫，以及接軌資料科學，給資料分析提供一個良好的基礎

B.科技部細 懸浮微粒監 測及防護技術提升專案 計畫

B1.細懸浮微粒 (PM2.5)監測技術

1.1 技術開發

舉凡室內、周界、煙道等場所之 PM2.5(或其前驅物) 的感應與監測技術開發,包含光學、化學、物理性等 之感應元件、監測儀器、系統整合等新開發或提升既 有元件與儀器效能,並具科研技術之自主能力與市場 性,能促成萌芽期產業技術發展之計畫優先考量。本項子題若需多年期,應提出二階段進程。第一階段 應包含元件或儀器之設計原理、應用性與市場性現況 與未來性評估、所需與配合軟硬體資源評估、原型開 發與製作進程、成效自我評估與後續階段工作說明。 第二階段應完成包含原型製作產出、測試、比對、實 地實驗等足以驗證其功能與應用性之效能評估程序。

• ! LASS 整合現有感測器 研究筆記 - 空氣感測
• 監測儀器
  • 能整合現有的感測器，比較差異與效果，進而探討不同科學原理的感測精度
• 感測元件設計
  • 不會
• 感測系統與網路
  • 目前 LASS 應該已經提供了良好的基礎，資料容易收集與分析
• 感測器產品化
  • LASS 提供前期的實驗，與 Field Try , 提供給產品化一些適當的前期研究

1.2 即時監測警報系統

此項子題乃著重於就局部性(例如,城市、工業區、單 一場所等)PM2.5 之排放、生成、傳送等過程所導致高 濃度而必須及時感應與監測,以達到警報目的之系統 性整合工作。 研究內容之主要議題於第一階段宜考量至少包含:

• 定義該整合系統適用地域範圍

• ! LASS 分析，應發展出個科學的計算公式，知道有多少感測器密度與分佈，在不同的環境參數下，能夠監測的範圍與精度 

• 該整合系統之功能、應用性、市場性等現況與未來性之評估
• 確認即時監測之重要物種及其最適監測頻率

• ! LASS 整合現有感測器
• 當感測的監測頻率太低的時候，才有監測頻率的問題，一般每分鐘一次，應該足夠。除非特別物質的感測無法提高感測頻率，那是得規劃合適的感測頻率

• 創新感測器技術創新感應器技術與即時監測儀器之開發 (請參見 B1.1)

• ! LASS 整合現有感測器

• 感測器與監測儀器之簡易廣布技術與精準性評估
• 汙染物與排放源巨量數據分析

• ! LASS 幫助分析
• 應該發展出在不同感測器密度與分佈的情況下，能推算出污染源的大致位置，以及排放時間

• 資料傳輸與視覺展示技術 研究內容之主要議題於第二階段應至少需包含:
• 上述系統開發完成後與雲端系統之整合,以及後續 應用之展示與落實
• 該整合系統之即時警報程序之流程規劃

• ! LASS 可以設計警報機制

1.3 預報預警系統

此項子題乃著重於區域性 PM2.5 排放、生成、傳送等 過程至影響我國空氣品質之監控與監測技術開發與 系統整合。涵跨衛星遙測反演技術與資料分析應用、 地面與垂直(包含無人飛行器)多維觀測技術開發與應 用,以達到區域性 PM2.5 影響我國本地空氣品質之前 置預警之掌控。 研究內容之主要議題於第一階段宜考量至少需包含:

• 根據歷史資料或文獻收集分析,定義區域PM2.5事 件與可能影響我國之氣象與環境條件
• 確認監控與監測物種與分析方法
• 衛星資料反演與應用評估
• PM2.5前驅物分析技術(請參見B1.1)

• !LASS 研究筆記 - 空氣感測

• 地面、垂直與無人飛行器(UAV)載具、感應元件、監測儀器微型化、觀測技術等開發與應用。 

研究內容之主要議題於第二階段需進行各項技術測 試,並結合各種可能觀測與分析資料,進行整合性效 能測試與評估。 申請此類型計畫的團隊,於第二階段應同時擇定一個 可以實際驗證所開發完成技術或系統功能的情境事 件或地點,進行期末現地審查時的性能驗證。於各階 段之期中審查時,執行團隊須說明開發進程與最終系 統、查核點之差距,以及可能改善與提升作為。

• ! LASS 
• LASS - Arklab/LASS 全台天空感測計畫

B2.細懸浮微粒 (PM2.5)防護技術

若為多年期計畫,則上述三項子議題之研究內容於第 一階段至少需包含:

• 奈米級濾材材料開發
• 低壓損濾材之材料與技術(如材料結構與製造技術開發、流場設計)
• 濾材摺疊數與效能評析
• 低臭氧靜電集塵技術開發
• 低臭氧負離子集塵技術開發
• 氣體(如甲醛)與微粒同時去除之過濾技術

第(1)、(2)項子議題之主要研究內容於第二階段至少需 包含:

• 過濾系統整合與技術應用
• 創新過濾技術與系統整合 (如低耗能,低體積比,可重複使用)
• 小型過濾系統整合與創新科技之導入
• 小型防護系統與創新應用之整合(如清淨機、可攜式電子或雲端資料整合與系統控制) 

第(3)項子議題之主要研究內容於第二階段針對口罩 之「密合度設計」研發 申請此類型計畫的團隊,應該將所開發完成技術或系 統,整合為一個可供進行性能驗證的架構,並於期末 計畫現地查核時進行展示。於期中審查時,執行團隊 須說明開發進程與最終查核點的差距。

2.1 清淨機

• ! LASS 協助感測確認清淨機效果

2.2 可攜式裝置

2.3 口罩式防護器材

Q&A

• 似乎比對型觀測相當常用，能夠做得再貼心一點？
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