低成本传感器性能相互比较,校正因子开发和2年多的环境PM_2.5监测在加纳阿克拉,加纳

科学领域:

• 环境科学 环境科学
• 空气质量监测 空气质量监测
• 公共卫生 公共卫生

背景情况:

• 颗粒物空气污染是全球主要的死亡原因,低收入和中等收入国家 (LMICs) 的数据缺口很大.
• 低成本的传感器在监测不足的地区为环境空气监测提供了潜在的解决方案,但它们在非洲的性能和相互比较尚未得到充分研究.

研究的目的:

• 在非洲首次对不同品牌的低成本颗粒物 (PM2.5) 传感器进行相互比较.
• 评估用于纠正低成本传感器数据的统计和机器学习模型.
• 用一个低成本传感器网络,在加纳阿克拉评估环境PM2.5度.

主要方法:

• 位于加纳阿克拉的QuantAQ Modulair-PM,PurpleAir PA-II SD和Clarity Node-S第二代监视器与参考级Teledyne监视器的放置.
• 传感器性能相互比较和评估四个模型 (多线性回归,随机森林,高斯混合回归,XGBoost) 的数据纠正.
• 从2018年到2021年,使用高斯混合回归进行17个Clarity Node-S监控器网络的部署和数据校正.

主要成果:

• 所有测试的低成本PM2.5传感器与参考监测器有很强的相关性,但对阿克拉的环境污染有很高的偏差.
• 在QuantAQ Modulair-PM中,平均绝对误差 (3.04 μg/m3) 是最低的,其次是PurpleAir PA-II (4.54 μg/m3) 和Clarity Node-S (13.68 μg/m3).
• XGBoost模型显示了数据校正的最佳性能 (R2:0.97,0.94,0.96),但高斯混合回归被优先用于范围之外的数据.
• 经过纠正的网络数据显示,阿克拉的每日平均PM2.5度为23.4μg/m3,是世卫组织指导标准的1.6倍.

结论:

• 低成本的传感器是可行的监测PM2.5在LMICs像加纳,但需要仔细的校准和数据校正.
• 阿克拉的PM2.5平均水平超过了世卫组织的指导方针,这表明需要立即制定空气质量缓解战略.
• 持续监测和制定空气质量管理计划对于快速增长的非洲城市至关重要.