— В конце 2018 года группа единомышленников начала «разворачивать» в Москве сеть гражданских метеостанций, которые измеряют не только давление, температуру и влажность воздуха, но самое главное — концентрацию взвешенных твердых мелкодисперсных частиц: PM 2,5 и PM 10 (подробнее здесь).

Отмечу сразу, что мы ничего и никому не продаем. Мы рассказываем людям о том, как они своими силами и при минимальных затратах могут проводить независимый мониторинг окружающей среды. Заинтересованным подсказываем, какие нужно купить электрокомпоненты, показываем, как из них собрать станцию и помогаем ее настроить.

На данный момент таких станций в Москве более 120. Конечно, для крупного мегаполиса этого не очень много, но с их помощью горожанам уже удалось добиться конкретных результатов. Насколько знаю, в Тольятти установлено пока всего три станции: одна в 7 квартале Автозаводского района, вторая — на ул. Лесная, а другая — в пригороде, в Подстепках.

— В Москве, как и во многих городах России, вопросы экологии стоят очень остро, в том числе и с качеством воздуха. В 2018 году официальный сайт Мосэкомониторинга — государственной организации, которая проводит на территории столицы замеры параметров воздуха и публикует их результаты, - неожиданно закрылся. Публично сообщалось, что «сайт находится на модернизации».

Все бы ничего, такое бывало и раньше, что сайт вдруг переставал работать, но в этот раз «модернизация» продлилась более шести месяцев. Горожане больше не могли следить за показателями воздуха и превышением предельно допустимых концентраций вредных веществ.

Это подтолкнуло нас задуматься о том — можем ли мы сами вести мониторинг окружающей среды. Оказалось, что можем. В мире, да и даже в нашей стране, например, в Челябинске, уже существовало несколько подобных некоммерческих эко-инициатив, в которых граждане обеспечивают мониторинг окружающей среды бытовыми приборами, доступными большинству из нас.

После того, как мы немного разобрались в том, как они устроены, поняли, что многие основываются на наработках международного проекта Sensor.Community, который начался в Германии и назывался «Luftdaten» («Данные о воздухе»). Мы решили не плодить сущности и поддержать уже имеющиеся проекты в мире: Sensor.Community, OpenSenseMap и челябинский Aircms.Online. Благо станцию можно настроить таким образом, что она будет передавать информацию сразу в несколько онлайн-проектов.

— Мы измеряем два вида показателей: концентрацию взвешенных частиц размером менее 2,5 микрон (PM 2.5) и менее 10 микрон (PM 10). Это настолько маленькие частицы, что даже самые крупные из них в разы меньше толщины человеческого волоса. Скорость оседания таких частиц очень низкая и они легко перемещаются с потоками воздуха, летая вокруг нас. Организм человека слабо приспособлен для защиты от таких частиц, они почти беспрепятственно проникают внутрь и накапливаются там, так как он не умеет их выводить. Все это в итоге влияет на здоровье, что подтверждается множеством научных исследований.

Процесс горения - наиболее распространенный источник появления взвешенных частиц. Если говорить про город, это, прежде всего, двигатели внутреннего сгорания, ТЭЦ и промышленные предприятия. Также их может принести в город ветер, если где-то неподалеку лесной или степной пожар.

Замечу, что природу или относительный состав частиц бытовые датчики определить не могут, но увеличение концентрации взвешенных твердых мелкодисперсных частиц почти всегда коррелирует с ростом показателей других видов загрязнений воздуха. Также стоит отметить, бытовые датчики не являются зарегистрированными средствами измерения, то есть в случае обращения в суд их показания могут быть не приняты в качестве доказательства. Для придания им официального статуса необходимо проходить дорогостоящие процедуры, недоступные простым гражданам, по сертификации прибора, протоколов измерения и т.д. 

— Во-первых, наличие альтернативного источника информации о показателях загрязнений лишает власти монополии и становится сложнее сказать, что ничего не было и это вам всего лишь показалось. Даже несмотря на то, что показания могут не признать в суде, расхождение в показателях лишь привлечет дополнительное внимание к вопросу.

Во-вторых, чем больше плотность покрытия города такими станциями, тем проще определить локальный источник опасных частиц. И если вы видите, что показания растут в каком-то определенном районе города, то именно туда нужно вызывать передвижную государственную лабораторию для замеров, поиска источника выброса и привлечения к ответственности. Так гражданская сеть может более точно направить усилия надзорных органов в решении экологических проблем города.

— Все очень просто. На данный момент не существует настолько же простых и доступных датчиков, способных анализировать состав воздуха. Как только мы начинаем говорить про состав, мы в той или иной степени мы упираемся в три момента:

Первый — цена. Газоанализаторы или спектрометры очень дорогие приборы, а электрохимические датчики имеют существенно меньший срок службы. На этом не построишь гражданскую сеть. Второй — необходимость калибровки, которой требуют электрохимические датчики. Иначе говоря, его нельзя взять и сразу начать использовать для получения сравнимых показателей - сначала его нужно настроить. Третий — эксплуатация и обслуживание. Соблюдение технологии забора пробы и обеспечение продолжительной стабильной работы не тривиальная задача, не получится просто вывесить «коробочку» за окно. Все сложнее.

Знаю, что сейчас ребята из Челябинска экспериментируют с использованием электрохимических датчиков. Посмотрим, если опыт будет успешным, то его можно будет распространить. Но отмечу, что международный проект отдали приоритет другому направлению развития: с недавнего времени в тестовом режиме измеряется уровень шумовых загрязнений в городской среде.

— Одно из самых главных достижений — появление альтернативного источника оперативной информации о состоянии воздуха. Допускаю, что стабильность работы сайта Мосэкомониторинга, которую мы наблюдаем, является косвенным результатом этого. Что не может не радовать. Существование гражданской сети датчиков позволяет контролировать официальные источники данных, которые, кстати, основываются на показаниях лишь 12 и 19 станций, которые производят замеры концентрации частиц PM 2,5 и PM 10 соответственно. Наличие альтернативного источника показаний лишает соблазна манипулировать данными, так как это лишь привлечет дополнительное внимание. В результате горожане получают надежную и актуальную информацию о состоянии воздуха, а две системы лишь дополняют друг друга.

Помимо этого, благодаря установке станций активисты смогли привлечь внимание властей к проблемным точкам в своих районах. Так, в районе Долгопрудного активисты обставили станциями соседнюю промзону, которая в прошлом сильно портила им воздух. Благодаря этому им удалось оперативно определять источник загрязнений и добиваться принятия мер, которые в итоге привели к резкому снижению количества нарушений связанных с загрязнением воздуха. Есть также пример, когда расположенная рядом с установленной станицей мониторинга СТО отапливала помещения отработанным маслом, что явно отражалось на показаниях. В итоге оказалось достаточно поговорить с владельцем СТО, показать ему графики показаний и такую практику прекратили.

Еще важный аспект - оперативность данных, показания гражданской сети обновляются каждые 3-5 минут, в то время как официальные данные публикуются — раз в час. Благодаря этому каждый может увидеть как «дышит» город буквально в режиме реального времени и использовать эту информацию, как, например, мы привыкли использовать прогноз по осадкам. Ведь можно отказаться от утренней пробежки и спасти свои легкие от очередной порции частиц.

— В интернете хватает публикаций, как научных, так и журналистских, об оценке характеристик датчика SDS011, который мы рекомендуем использовать. Если сказать коротко, почти все исследователи пришли к выводу, что при использовании сети таких датчиков для оценки экологической ситуации показания весьма точно повторяют результаты профессионального оборудования.

Первые участники нашего проекта в Москве хотели самостоятельно убедиться в хорошей работе датчика для своей будущей станции. Так в одном из экспериментов участник оставил датчик рядом со станцией Мосэкомониторинга и потом сравнил динамику изменения показаний. Тогда они оказались практически идентичными. Понятно, что показатели сетей в целом могут отличаться в разных метеорологических условиях, в том числе потому, что все официальные станции установлены на уровне земли, в то время как высота размещения станций участников чаще зависит от высоты этажа, на котором они живут. Профессиональное оборудование помимо этого обеспечивает стабильную пробоподготовку перед измерениями, но в большинстве случаев это не имеет существенного влияния на результаты и показания бытового датчика почти не уступают в точности. 

— Конечно, помогут. Мне кажется, что ситуация в Тольятти во многом похожа на то, что происходило в свое время в немецком городе Штутгарте, в котором и появился в 2015 году один из первых в мире проектов по гражданскому мониторингу состояния качества воздуха — Luftdaten, который лег в основу международного проекта, который теперь называется Sensor.Community.

Штутгарт — колыбель немецкого автопрома, в котором много промышленных предприятий. В нем проживает около 700 тыс. человек. В какой-то момент проблемы с загрязнением воздуха стали очевидны. Власти, как и у нас, не торопились слышать граждан. Тогда группа ученых из местного университета, чтобы привлечь внимание общественности и зафиксировать наличие проблемы, начали искать решения для измерения параметров загрязнений воздуха. В итоге они нашли решение, которое позволило вовлечь жителей в гражданский научный эксперимент, тем самым обеспечив необходимое общественное давление на местные власти для решения проблем экологии в связи с деятельность промышленных предприятий.

И важно не только то, что это технологический проект, который позволяет собрать показания и оперативно отображает состояние воздуха. Это еще и способ объединиться неравнодушным гражданам, найти единомышленников, которые переживают за свой город, его экологию и свое здоровье.

К тому же, не имея вообще никаких данных о том, что существует какая-то проблема, очень сложно выстроить общение с теми, кто принимает решения. С помощью проекта вы не только соберете данные, но и привлечете внимание к проблеме, как властей, так и жителей.

— Наполнение станции может быть очень разным, в результате собственных экспериментов мы пришли к следующему — это стандартная распаячная коробка 10 см на 10 см. Внутри нее находится всего 3 электрокомпонента: датчик измерения частиц, метеодатчик (давление, температура, влажность) и микроконтроллер с Wi-Fi-модулем, который обеспечивает управление датчиками и передает данные на выбранные пользователем серверы. Питание обеспечивается через обычный USB-шнур, который чаще всего подключен к обычному блоку питания от старого телефона или розетку с USB-разъемом. «Коробочка» устанавливается за окном, плоский кабель легко ложится под оконный уплотнитель. Весьма простая конструкция.

Собрать такую станцию может даже человек, далекий от техники. Единственный момент, который может вызывать трудности у участников —  метеодатчик, который продается в разобранном виде и его подключение требует использования паяльника. Этот вопрос всегда можно решить, обратившись к знакомым, в точку ремонта мобильных телефонов или сразу заказав другой, менее точный датчик, который приходит в сборе. В Москве мы организуем регулярные мастерские по сборке, ранее в очном формате, последнее время — онлайн. На них мы рассказываем о гражданском мониторинге, рассказываем участникам, как собрать, настроить и установить свою станцию, помогаем проделать те операции, с которыми у них возникают сложности.

— Датчик взвешенных частиц SDS011 работает как стандартное средство измерения. Вентилятор загоняет в камеру воздух, в это время на него светит лазерный луч. Если он попадает на частицу, то либо отражается, либо преломляется. Светочувствительный детектор фиксирует такие случаи и встроенное программное обеспечение вычисляет объем частиц, которые пролетели через камеру за определенное время. Значения он выдает в микрограммах на метр кубический.

Такое простое устройство позволяет ему работать достаточно долго. В непрерывном режиме срок его службы составляет около 8 тысяч часов — чуть меньше года. Но в станции он работает в интервальном режиме. Он включается раз в три минуты на 25 секунд, что позволяет повысить срок его службы до 7 лет.

— Все зависит от курса доллара и выбора участника, где приобрести все компоненты. Наиболее доступный вариант - заказать всё на сайте AliExpress. На данный момент комплект обходится участникам примерно в 2 тысячи рублей. Самое дорогое в нем — датчик измерения взвешенных частиц (1,3-1,4 тыс. рублей).

— Электропотребление минимально — 1 ватт в час. Грубо говоря, за 5 рублей она у вас будет работать целый месяц. Помимо этого, около 100 мегабайт данных в месяц она передает в интернет — на сервера проектов.

— Она должна находиться за окном — на улице. Вы можете установить её и дома, но экология вашего жилища представляет меньший общественный интерес и данные такой станции стоит отправлять с пометкой, что она используется внутри помещения.

Следующий важный аспект - стабильность сигнала беспроводной сети, показания на станции не сохраняются, так что важно обеспечить хорошую связь с серверами. Также стоит постараться разместить её так, чтобы вблизи не было локальных источников загрязнения, например, кондиционера или регулярно курящего на балконе этажом ниже соседа. Конечно, в целом его краткосрочные клубы сигаретного дыма могут портить вам жизнь, но на экологическую обстановку для жителей соседнего дома уже не влияют, потому для мониторинга в целом лучше минимизировать такие локальные эффекты.

— Ознакомиться с нашим сайтом. На нем выложена подробная инструкция, в которой рассказывается, где взять компоненты, как их собрать, что для этого необходимо, как установить программное обеспечение на контроллер и настроить саму станцию. Все это можно сделать абсолютно самостоятельно. Ничего сложного.

Также если среди жителей появится интерес, можно организовать выездную мастерскую по аналогии с теми, что мы проводим в Москве. Мы уже побывали с ними в Санкт-Петербурге, Владимире и Нижнем Новгороде. Это очень хорошо помогает объединить местное сообщество. На данном этапе, когда еще действуют ограничения на перемещение, можно провести онлайн-встречу, где я отвечу на вопросы потенциальных участников удаленно. Очень надеюсь, что Тольятти откликнется и присоединится к гражданскому мониторингу.

— Жители 71 страны мира подключили свои датчики к проекту Sensor.Community. Это те люди, которые самостоятельно собрали станцию и вывесили ее за окно.

Помимо Германии, у проекта сильное сообщество в Болгарии, в которой тоже, оказывается, большие проблемы с качеством воздуха. В зимний период они обогреваются с помощью твердых видов топлива, что существенно влияет на уровень загрязнения воздуха. Также свою роль играет естественный рельеф страны: в долинах рек и низинах загрязнениям свойственно скапливаться. И буквально за год с возникновения местного сообщества количество станций у них выросло с 0 до 700. Они очень активны и часть полезных всему миру разработали участники проекта именно из Болгарии. В частности, сайт airtube.info где очень удобно отображается статистика работы сети в разных странах и городах мира.

Сообщество в Польше не менее активно. Они сейчас работают над собственным программным обеспечением для станций, которое позволит обеспечить возможность буферизации данных, то есть сохранение данных измерений в памяти контроллера в ситуации, когда нет интернет-соединения, с последующей отправкой данных, когда связь восстановится. Сейчас, к сожалению, используемый в большинстве станций контроллер и его программное обеспечение такой возможности обеспечить не могут.

Еще у них есть интересная разработка - дополнительное устройство предварительного подогрева воздуха перед подачей в датчик измерения концентрации частиц. Подогрев позволяет понизить относительную влажность и таким образом увеличивает диапазон метеоусловий, в которых станция обеспечивает качественные показания по концентрации, так как при повышенной влажности (выше 95%) датчик может воспринимать капли воды за твердые частицы.

— Нужно понять одну простую вещь — никто кроме вас не будет бороться за чистый воздух в вашем городе. Технологии в этом вопросе на нашей стороне — есть доступные и простые способы измерять качество воздуха. Давайте попробуем построить альтернативную систему мониторинга окружающей среды в каждом городе страны. Так у нас будет оперативная, точная и независимая от властей информация о том, чем мы дышим. Расскажите об этом проекте своим близким и знакомым. Обязательно принимайте участие!

Сайт: Breathe.Moscow

Facebook 
Беседовал Владимир Тарасов, специально для TLTgorod