Важное решение

Чуть больше года назад, зимой 2019-го, я впервые услышал о существовании портативных датчиков, измеряющих чистоту воздуха. После того как сайт Мосэкомониторинга не работал более полугода, получение независимой информации о состоянии воздуха представлялось мне крайне важным, и я решил присоединиться к сети независимых наблюдателей. Сделать это оказалось не так сложно, поскольку один из инициаторов московского проекта независимого мониторинга качества воздуха breathe.moscow мой знакомый – муниципальный депутат Академического района Москвы, в котором я живу, Василий Хорошилов, инженер-физик по образованию, сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ).

Точки контроля

Прежде всего стоит пояснить, какие параметры измеряют станции, которые используют практически все сообщества независимых наблюдателей. Измеряется концентрация в воздухе мелкодисперсных частиц – РМ2.5 и РМ10. Эти цифры означают, что частицы имеют размер до 2,5 и 10,0 микрон соответственно (1 микрон равен 0,001 миллиметра, или 10^-6 м), а их концентрация измеряется в микрограммах (0,001 миллиграмма, или 10^-6 г) на кубический метр воздуха, и ее принято записывать в мкг/м3.

Установлено, что параметр РМ2.5 коррелирует с общим уровнем загрязнения воздуха и поэтому он давно принят в мировой науке. Наиболее широко распространенный сенсор SDS011 в действительности измеряет только один параметр – концентрацию частиц РМ2.5, а значения РМ10 получаются не прямым измерением, а косвенными методами, через экстраполяцию данных процессором датчика. Поэтому в качестве точек контроля рекомендуется рассматривать именно параметр РМ2.5, а не более крупных частиц РМ10.

Помимо этого, в станцию обычно включают модуль с датчиком BME280, который измеряет влажность, атмосферное давление и температуру. Сенсор SDS011 размещается на небольшой квадратной плате и состоит из вентилятора, прокачивающего через сенсор воздух, миниатюрного лазера и микросхем. Вентилятор включается через определенный промежуток времени (примерно раз в две с половиной минуты) и прокачивает воздух через сенсор, в котором он подсвечивается лучом лазера.

Степень рассеяния света будет зависеть от концентрации пылевых частиц. Плата с сенсорами температуры, давления и влажности еще меньше по размеру. Посредством проводков и шлейфов сенсоры подсоединяются к плате контроллера, на которой имеется и модуль Wi-Fi. Все датчики помещаются в небольшую коробочку – часто для станции приспосабливают герметичные электромонтажные коробки.

Комплектующие можно самостоятельно закупить на AliExpress и также самостоятельно собрать. Единственная сложность, которая меня останавливала, – это необходимость программирования контроллера. Поэтому я решил дождаться очередной «мастерской» – так Василий Хорошилов и его коллега по сообществу breathe.moscow Дмитрий Петров, тоже муниципальный депутат, но района Якиманка, называли мастер-классы, на которых они помогали всем желающим собрать свои собственные станции наблюдения.

Даже заказывать в Китае и ждать, пока датчик и другие компоненты доставят в Москву, не пришлось: некоторое количество необходимых наборов комплектующих уже было заранее приобретено, оставалось только отдать за них деньги и приступить к сборке.

Программирование контроллера

Мастер-класс по сборке

Следует сразу упомянуть, что все «мастерские» проводятся бесплатно, участники платят только за комплектующие, если у них не было своих. В марте 2019-го я приехал в небольшой полуподвал дома в центре Москвы, бесплатно предоставленный для «мастерских» ТСЖ этого дома. На «мастерскую» в тот раз собралось человек 15, в основном мужчины, но пришла и семейная пара с мальчиком лет десяти – он-то и был главным участником, родители его только сопровождали.

Все расселись вокруг стола и под руководством Василия и Дмитрия приступили к несложной операции соединения нескольких деталей в единый блок посредством проводов и шлейфов. Потом по очереди подходили к человеку, сидевшему с ноутбуком, на котором был установлен софт для программирования контроллера станции: его «прошивали», присоединив через разъем USB, и станция была готова к работе.

Остальное каждый проделывал уже самостоятельно – устанавливал в имевшуюся монтажную коробку или приспосабливал свою собственную, подключал дома к постоянному электропитанию и подсоединял станцию к домашней сети через Wi-Fi.

Подключение и регистрация

Станция запитывается через стандартный кабель от любого блока питания, на выходе которого есть напряжение 5В. Мне пришлось проложить из комнаты на балкон удлинитель, поближе к окну, за которым я закрепил свою станцию. Плоский USB-кабель лег в бороздку, проделанную в раме стамеской, так что окно можно открывать и закрывать без риска повредить кабель.

Оставалось только подключить станцию к общей сети, чтобы ее показания вливались в поток данных аналогичных установленных энтузиастами станций. Для этого надо было зарегистрировать свой датчик на одном из серверов – немецком или челябинском. Я решил зарегистрировать свою станцию на обоих – немецком сайте luftdaten.info, разработанном родоначальниками проекта, и сайте общественного мониторинга качества воздуха в России, созданного и поддерживаемого челябинцами: aircms.online.

При регистрации я отметил на карте (картографической основой являются карты некоммерческого проекта OpenStreetMap) местоположение своего дома, довольно точно указал, в какой точке дома находится датчик и на какой высоте от уровня земли (в моем случае это 5 м, уровень второго этажа). Автоматически определились географические координаты датчика, ему был присвоен идентификационный номер (ID), и на картах обоих сайтов появилась еще одна станция наблюдения – моя, каждые 2,5 минуты передающая данные на общие карты.

Карта мониторинга качества воздуха aircms.online

Сервисы данных

Карты в чем-то похожи, но есть и различия. И дело не в том, что на челябинской карте станции показаны в виде кружочков, а на немецкой – в виде шестигранников, напоминающих детскую пластмассовую мозаику.

Кстати, на немецком сайте нагляднее видно, в каких районах Москвы станции более-менее равномерно покрывают районы, а в каких есть явные прорехи. Если увеличить масштаб и навести курсор на свою станцию, справа можно увидеть график изменения выбранного параметра в течение суток.

На обеих картах есть цветовая градация: при чистом воздухе шестигранники и кружки будут зелеными, и чем грязнее воздух, тем больше цвет смещается в красную область спектра. На челябинской карте у каждого кружка-станции есть еще и стрелочка-вектор, указывающая направление ветра в это время.

Уже сейчас общественная сеть в несколько раз гуще, чем государственная сеть Мосэкомониторинга, хотя по карте видно, что наблюдениями покрыта не вся Москва. Но сколько же станций надо на Москву, чтобы можно было говорить о достаточности сети наблюдений?

«Площадь Москвы в границах МКАДа составляет примерно 800 кв. км, из расчета плотности один датчик на квадратный километр мы получаем, что 800 датчиков на Москву – это достаточно плотная сеть для того, чтобы можно было локализовать источники загрязнения. Скажем, по сети такой плотности уже можно будет указать на местоположение загоревшейся мусорной свалки и проследить, как распространяется дым от нее», – полагает Дмитрий Петров.

Для немецкого варианта карты есть удобное мобильное приложение для Android – Particulate Matter, созданное компанией M&R Games. В приложении можно смотреть датчики, установленные по всему миру, можно выбрать свой датчик и посмотреть показатели чистоты воздуха за любой день по дате в календаре. Данные могут быть представлены как в графическом, так и в табличном виде. Можно выбрать показ среднего и медианного значения за день, посмотреть линию пороговых значений, рекомендованных ВОЗ или ЕС, вывести на график или скрыть параметры температуры, влажности, давления.

Данные из приложения можно экспортировать в виде таблицы (в формате csv) и в виде графика. Теперь, где бы вы ни находились, установленное на смартфоне приложение дает возможность получать информацию о чистоте (или загрязненности) воздуха возле вашего дома. Правда, для этого нужно держать роутер включенным. Так что теперь, чувствуя свою ответственность за полноту сети наблюдений, я не выключаю роутер, даже когда уезжаю на 1-2 дня, например на дачу.

В случае длительного отсутствия от недели и более, например в отпуске, я отключаю все электроприборы в доме, кроме холодильника, в том числе роутер и блок питания станции, делая это, скорее, из соображений пожарной безопасности, чем с целью экономии электроэнергии. В таких случаях через сутки с немецкого сайта приходит автоматически сформированное письмо, уведомляющее, что «данные с датчика не поступают более 24 часов, и если это вы сами его отключили, то все в порядке, а если не сами, то посмотрите, в чем дело».

Пару раз я получал такую информацию никуда не уезжая: оказалось, что в розетке отошла вилка удлинителя, идущего на балкон. При желании с немецкого сайта можно выгрузить на компьютер все табличные данные и самостоятельно заниматься их анализом.

Карта мониторинга качества воздуха luftdaten.info

Результаты

Что лично я получил от участия в этом проекте? Помимо осознания причастности к разветвленной сети энтузиастов, позволяющей контролировать чистоту воздуха и поднимать обоснованную тревогу, если показатели сильно расходятся с официальными данными Мосэкомониторинга (а такое не раз случалось), есть и практическое применение.

Например, несколько раз я отменял вечерние пробежки, если видел, что воздух в рай­оне не очень чистый (показатель PМ2.5 больше 25 мкг/м³ для меня был достаточным основанием перенести пробежку на другой день), ведь во время бега человек более интенсивно прокачивает воздух через легкие, чем при неспешной ходьбе.

По нормам ВОЗ среднесуточный уровень PM2.5 не должен превышать значения 25 мкг/м³ (в России принят норматив 35 мкг/м³). И наоборот – случалось, что показатель РМ2.5 был близок к нулю или чуть выше. Почему бы не побегать, даже вне графика, если сейчас по всей Москве (а карта подтверждала, что это не районная аномалия) такой чистый воздух?

Когда на соседней улице в течение нескольких дней перекладывали асфальт, и там постоянно, сменяя друг друга, стояли заведенные самосвалы с асфальтовой смесью, то значения РМ2.5 несколько дней были более 50. Знание этого побудило не открывать в эти дни окно на застекленном балконе и ходить к метро другим путем, обходя ремонтируемый участок, – зачем лишний раз вдыхать грязный воздух? При этом кладущие асфальт рабочие не имеют никаких средств защиты – ни масок, ни респираторов. Знали бы они, чем дышат…

Проект breathe.moscow успешно развивается, за год количество активных датчиков увеличилось примерно вчетверо (сейчас их около 120). Во многих районах Москвы появились инициативные группы, которые сами находят энтузиастов среди соседей, подыскивают помещение для проведения «мастерских» и приглашают экспертов провести мастер-класс по сборке станций мониторинга качества воздуха.

Статья подготовлена специально для 77 номера издаваемого «Беллоной» журнала «Экология и право»