كيفية تحديد دقة أجهزة استشعار جودة الهواء؟

بحسب دراسة، تسبب تلوث الهواء في أكثر من 8% من إجمالي الأمراض في العالم عام 2021، ومنذ ذلك الحين، يتزايد هذا العدد باستمرار. لذا، فإن الخطوة الأولى في التدابير الوقائية تتمثل في قياس جودة الهواء الذي نتنفسه. ويمكن الحصول على قياسات دقيقة لجودة الهواء الذي نتنفسه باستخدام جهاز مراقبة متكامل لبيئة الهواء، يُعرف أيضاً باسم مستشعر جودة الهواء .

تقيس أجهزة استشعار جودة الهواء جودة الهواء الذي نتنفسه. وهي أجهزة صغيرة الحجم قادرة على قياس الشوائب أو الملوثات الموجودة في الهواء، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂)، وأول أكسيد الكربون (CO)، والجسيمات الدقيقة (PM2.5 وPM10). وبفضل هذه القياسات، يُمكن مراقبة جودة الهواء في المنازل والشركات والمناطق الصناعية والمدن الذكية، ما يُتيح فهمًا أفضل للملوثات الموجودة في البيئة وتركيزها، وبالتالي اتخاذ تدابير وقائية مناسبة لتحسين جودة الهواء، والصحة العامة، والسلامة البيئية، وجودة الحياة بشكل عام.

تركيب أجهزة استشعار جودة الهواء والحصول على قراءاتها ليس بالأمر البسيط. فالأمر برمته يعتمد على دقة وموثوقية البيانات التي يوفرها الجهاز. وكلما زادت دقة وموثوقية البيانات، زادت احتمالية تطبيق استراتيجيات مكافحة التلوث التي تؤثر على استراتيجيات التخطيط الحضري الشاملة، وتحافظ على سلامة أماكن العمل، وتضمن تنفس كل فرد من أفراد الأسرة هواءً نقيًا. أما أدنى خطأ في قراءات جودة الهواء، فقد يؤثر على عملية صنع السياسات والقرارات العامة، مما قد ينطوي على مخاطر صحية غير ضرورية.

سنتناول في هذه المقالة كل عامل يمكن أن يؤثر على دقة المستشعر، وكيفية عمله، وأفضل الممارسات لضمان استمرار مستشعر جودة الهواء في إعطاء نتائج دقيقة.

فهم أجهزة استشعار جودة الهواء

تتنوع أجهزة استشعار جودة الهواء، وتقيس كل منها عدة معايير مختلفة، مما يساعد على فهم أيها يناسب احتياجات المراقبة المختلفة والبيئات المتنوعة. دعونا نلقي نظرة على أنواع أجهزة استشعار جودة الهواء المختلفة والمعايير التي تقيسها.

▪ أنواع أجهزة استشعار جودة الهواء

تتوفر أنواع متعددة من أجهزة استشعار جودة الهواء مصممة لتناسب احتياجات المراقبة والبيئة. عادةً ما تُصنع أجهزة الاستشعار الداخلية للاستخدام الداخلي، وتتميز بصغر حجمها، وتركز على مراقبة عوامل مثل ثاني أكسيد الكربون، والمركبات العضوية المتطايرة، والرطوبة لتحديد ما إذا كانت جودة الهواء الداخلي صحية للتنفس أم لا، وبالتالي اتخاذ التدابير الوقائية أو تدابير السلامة اللازمة.

من جهة أخرى، صُممت أجهزة الاستشعار الخارجية لتحمل الظروف البيئية القاسية كالغبار والرياح والأمطار وتقلبات درجات الحرارة. كما أنها قادرة على قياس نطاق واسع من الملوثات مثل الجسيمات الدقيقة PM2.5 وPM10 وثاني أكسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون، مما يوفر بيانات بالغة الأهمية لاتخاذ تدابير لتحسين جودة الهواء في المدن، وتزويد الهيئات البيئية بمعلومات قيّمة. وتتمثل أبرز الاختلافات التصميمية بين نوعي أجهزة الاستشعار في أغلفة مقاومة للعوامل الجوية، ومتانة معززة، وأنظمة معايرة متطورة.

▪ المعايير التي تقيسها أجهزة استشعار جودة الهواء

توفر المعايير التي تقيسها أجهزة استشعار جودة الهواء معلومات قيّمة لشبكات مراقبة جودة الهواء في المدن والهيئات البيئية، وذلك لتتبع الملوثات مثل الجسيمات الدقيقة (PM2.5 وPM10) الموجودة في الهواء، والتي تؤثر بشكل مباشر على صحة الجهاز التنفسي ومشاكل التنفس. تستطيع أجهزة استشعار جودة الهواء رصد الغازات الضارة في الهواء، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، وأول أكسيد الكربون (CO)، وثاني أكسيد النيتروجين (NO₂)، وثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، والأوزون (O₃)، والتي تشير إلى الانبعاثات الناتجة عن الاحتراق، أو حركة المرور، أو الانبعاثات الصناعية. كما تتميز بعض أجهزة الاستشعار المتطورة بقدرتها على تحديد المركبات العضوية المتطايرة (VOCs)، وهي بالغة الأهمية في أجهزة الاستشعار الداخلية، إذ تشير إلى تلوث الهواء الداخلي نتيجة الإفراط في استخدام الدهانات، أو مواد التنظيف، أو الأثاث. إضافةً إلى ذلك، تقيس أجهزة استشعار جودة الهواء، وخاصةً تلك المستخدمة في الهواء الطلق، درجة الحرارة والرطوبة لضمان أخذ هذه العوامل في الاعتبار عند حساب قراءات جودة الهواء، وبالتالي ضمان دقتها.

أهمية دقة أجهزة الاستشعار في مراقبة جودة الهواء

لا يمكن تحسين جودة الهواء دون وجود قراءات أو معلومات دقيقة حول مدى سوء جودته. لذا، سواءً تعلق الأمر بالظروف البيئية الداخلية أو الخارجية، فإن امتلاك جهاز استشعار دقيق لجودة الهواء أمر بالغ الأهمية لمراقبة جودة الهواء واتخاذ الإجراءات اللازمة بناءً على المعلومات التي يوفرها.

بفضل قراءات أجهزة استشعار جودة الهواء، تستطيع الحكومات والمنظمات إصدار تحذيرات وتنبيهات صحية في الوقت المناسب للحد من الانبعاثات وتطبيق سياسات مكافحة التلوث التي تُسهم في السيطرة على الملوثات في الهواء. ولا تقتصر فائدة هذه الأجهزة على توفير معلومات قيّمة حول مراقبة جودة الهواء فحسب، بل تُعدّ أيضًا أداةً قيّمة للأفراد لاتخاذ قرارات مدروسة، مثل تعديل الأنشطة الخارجية أو ضبط التهوية لضمان جودة حياة أفضل.

يُعدّ رصد جودة الهواء أمرًا بالغ الأهمية، ولكن في حال عدم دقة قراءات أجهزة الاستشعار، فقد يتسبب ذلك في مشاكل أكبر بكثير. فمع القراءات غير الدقيقة، قد تُطلق إنذارات خاطئة، مما يؤدي إلى هدر الموارد أو ذعر غير مبرر بين الناس. علاوة على ذلك، إذا لم يتم الإبلاغ عن مستويات التلوث بدقة، فقد يتعرض الناس لمستويات ضارة من التلوث دون سابق إنذار، مما قد يُشكل خطرًا أكبر عليهم. في المناطق الحضرية أو الصناعية، قد تؤدي هذه الدقة المتدنية في القراءات إلى عدم امتثال الشركات لأنظمة جودة الهواء، مما يُعرّض العاملين في تلك الظروف للخطر. باختصار، يُعدّ ضمان دقة أجهزة الاستشعار أمرًا أساسيًا لتحسين ظروف التنفس، ويلعب دورًا محوريًا في دعم بيئات أنظف ومجتمعات أكثر صحة في جميع أنحاء العالم.

العوامل المؤثرة على دقة المستشعر

تؤثر عوامل متعددة، بشكل مباشر أو غير مباشر، على دقة قراءات المستشعر، ويُعدّ تحديد هذه العوامل أمرًا بالغ الأهمية لإجراء التعديلات اللازمة لضمان دقة قراءات مستشعرات جودة الهواء. دعونا نلقي نظرة على بعض العوامل الشائعة التي تؤثر على دقة المستشعر.

★ الظروف البيئية

تتميز أجهزة استشعار جودة الهواء بحساسية عالية، لذا تتأثر قراءاتها بتغيرات الظروف البيئية، كدرجة الحرارة والرطوبة والغازات المتداخلة. فدرجات الحرارة القصوى، سواءً كانت منخفضة جدًا أو مرتفعة جدًا، تؤثر بشكل مباشر على زمن استجابة المستشعر. وفي الوقت نفسه، قد تؤدي تغيرات الرطوبة إلى تكثف أو تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي، مما قد يحرف القراءات عن القيم الفعلية. إضافةً إلى ذلك، قد تتسبب الغازات الموجودة في البيئة المحيطة بالقرب من أجهزة الاستشعار، والتي لا تستهدفها هذه الأجهزة، في حساسية متبادلة، مما ينتج عنه بيانات غير دقيقة.

★ التكنولوجيا والتصميم

لا تتساوى جميع أجهزة الاستشعار في الجودة، وقد تختلف في تقنياتها وتصميمها. تتميز بعض أجهزة الاستشعار بقدرتها على توفير قراءات دقيقة ومستقرة باستخدام تقنيات متقدمة مثل تقنية الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) لقياس ثاني أكسيد الكربون، أو تقنية تشتت الليزر لقياس الجسيمات العالقة. كما تتميز بعض أجهزة الاستشعار بتصميم مقاوم للرطوبة والظروف الجوية القاسية، مما يضمن قراءات دقيقة ومستقرة، ويجعلها مثالية للحصول على قراءات موثوقة على المدى الطويل في مختلف تطبيقات مراقبة جودة الهواء.

★ احتياجات الصيانة والمعايرة

بمرور الوقت، تنحرف قراءات أجهزة الاستشعار عن المعايرات الفعلية تبعًا للظروف البيئية، والتقادم، وتراكم الملوثات. لذا، تُعدّ المعايرة والصيانة الدورية ضرورية لضمان توافق القراءات مع الظروف الفعلية والمعايير المرجعية. ولضمان استمرار جهاز استشعار مراقبة جودة الهواء في تقديم نتائج دقيقة، احرص دائمًا على تنظيف مداخل الجهاز، وتحقق من قراءاته مقارنةً بتركيزات الغاز الفعلية، وأعد معايرته دوريًا إذا لاحظت انحرافًا في القراءات عن القيم الفعلية، وذلك لضمان نتائج موثوقة لمراقبة جودة الهواء بشكل مستمر.

طرق تقييم دقة المستشعر

توجد طرق متعددة لتقييم دقة المستشعر. وقد حددنا بعض هذه الطرق أدناه لمساعدتك في تحديد دقة المستشعر ومعايرته وفقًا لذلك.

1. الاختبارات المعملية

يُعدّ الاختبار المعملي أحد الأساليب الأساسية لاختبار دقة أجهزة استشعار مراقبة جودة الهواء والتحقق منها. ففي بيئة مُحكمة، تُعرَّض أجهزة الاستشعار لكميات معروفة من الملوثات، مثل ثاني أكسيد الكربون، وثاني أكسيد النيتروجين، وأول أكسيد الكربون، أو الجسيمات الدقيقة (PM2.5)، وتُسجَّل قراءاتها. ثم تُقارن هذه القراءات بالتركيز الأصلي للملوثات للتحقق من أي انحرافات عن القيم القياسية. بعد ذلك، تُجرى التعديلات اللازمة قبل التركيب لضمان الحصول على نتائج دقيقة. يُعدّ الاختبار المعملي الأنسب للاختبار الأولي، إذ يُجرى في بيئات مُحكمة، مما يجعله كافيًا لمعايرة أجهزة استشعار جودة الهواء الداخلي.

2. المقارنات الميدانية والتواجد المشترك

على عكس الاختبارات المعملية التي تُجرى في بيئات مُحكمة، تُجرى المقارنات الميدانية وتقنيات التواجد المشترك في ظروف بيئية حقيقية. يُعدّ الاختبار الميداني بالغ الأهمية لأجهزة استشعار جودة الهواء الخارجية لتقييم اتساقها، والترابط بين القيم الفعلية المُقاسة من محطات الرصد المرجعية التي تستخدم أجهزة عالية الدقة، والانحراف المحتمل الناتج عن الظروف الجوية الخارجية، مثل تقلبات الطقس ومستويات التلوث. بفضل الاختبار الميداني، يُمكن تركيب أجهزة استشعار مراقبة جودة الهواء في بيئات خارجية، مثل التقاطعات الحضرية المزدحمة، والمناطق الصناعية، أو الحدائق الهادئة، لتقييم موثوقية الجهاز في مختلف الظروف البيئية. ومع اختبار جهاز استشعار جودة الهواء في ظروف واقعية، يُمكن تحقيق النشر التشغيلي والدقة على المدى الطويل.

3. تقنيات تحليل البيانات

الطريقتان المذكورتان أعلاه مرتبطتان بالاختبار، بينما تستخدم تقنيات تحليل البيانات البيانات لتحديد الأنماط والانحرافات بمرور الوقت عن القيم الفعلية لأداء المستشعر. تتضمن بعض الأساليب الإحصائية والتحليلية القياسية لمستشعرات جودة الهواء متوسط ​​الخطأ المطلق (MAE)، وجذر متوسط ​​مربع الخطأ (RMSE)، ومعاملات الارتباط (R²). تُستخدم هذه التقنيات لحساب الانحرافات عن المتوسط ​​الفعلي أو القيم المرجعية. إذا كنت ترغب في الكشف عن الانحرافات السببية للمستشعر أو تتبع الحالات الشاذة المفاجئة، فإن استخدام تحليل السلاسل الزمنية يُعد خيارًا ممتازًا. بفضل تقنيات تحليل البيانات، يستطيع العلماء إنشاء أنماط تُساعد في التنبؤات المستقبلية لجودة الهواء، وتدعم إعادة المعايرة في الوقت المناسب للحصول على نتائج دقيقة.

المؤشرات الرئيسية لتقييم الدقة

• متوسط ​​الخطأ المطلق (MAE): يُعدّ متوسط ​​الخطأ المطلق نوعًا من مقاييس الخطأ المطلق، ويعمل عن طريق حساب متوسط ​​الفرق بين قراءات المستشعر والقيم المرجعية، مما يوفر فهمًا واضحًا للانحراف الكلي عن القيمة المتوسطة. يتميز متوسط ​​الخطأ المطلق بحساسيته المنخفضة للقيم الشاذة. وكلما انخفضت قيم متوسط ​​الخطأ المطلق، زادت دقة واتساق قياسات مستشعرات مراقبة جودة الهواء.

• جذر متوسط ​​مربع الخطأ (RMSE): يُعدّ جذر متوسط ​​مربع الخطأ نوعًا من مقاييس الخطأ المطلق، حيث يُبرز الانحرافات الكبيرة بتربيع الأخطاء قبل حساب المتوسط، مما يجعله أكثر حساسية للقيم الشاذة. كلما انخفضت قيم جذر متوسط ​​مربع الخطأ، زادت دقة واتساق قياسات مستشعرات جودة الهواء.

• متوسط ​​الجذر التربيعي للخطأ المعياري (nRMSE): يُعدّ nRMSE طريقةً معياريةً لمقارنة دقة المستشعر مع مستويات التلوث المختلفة والظروف البيئية المتنوعة. يُعبّر nRMSE عن متوسط ​​الجذر التربيعي للخطأ كنسبة مئوية من متوسط ​​القيمة المرجعية، موضحًا العلاقة بين الخطأ وقيمة تركيز الملوث الإجمالية. عادةً، يُعتبر nRMSE أقل من 10-20% نطاقًا مقبولًا للمستشعرات عالية الجودة، مما يضمن موثوقية النتائج وقابليتها للتكرار في مختلف الظروف البيئية.

أفضل الممارسات للحفاظ على الدقة والتحقق منها

لضمان قراءات دقيقة ومتسقة، تُعدّ المعايرة والصيانة الدورية أمراً بالغ الأهمية. تحقق من قراءات مستشعر جودة الهواء من حين لآخر وقارنها بالقراءات الفعلية. في حال وجود اختلاف في القراءات، نظّف مدخل المستشعر وفلاتره لمنع تراكم الغبار الذي قد يعيق دقة القراءات. تأكد من وضع مستشعرات مراقبة جودة الهواء في المكان المناسب أثناء التركيب. اختر موقعاً خالياً من العوائق ومصادر الحرارة المباشرة والرطوبة وتدفق الهواء غير المُحكم. اتبع إرشادات التشغيل الخاصة بالشركة المصنعة فيما يتعلق بفترات المعايرة الموصى بها والحدود البيئية لتعزيز الأداء. مع المراقبة المستمرة، تُعدّ المعايرة في الوقت المناسب أساسية لضمان دقة القراءات.

خاتمة

تُعدّ أجهزة استشعار جودة الهواء الدقيقة عنصرًا أساسيًا لضمان دقة رصد جودة الهواء بعد معايرتها وتركيبها بالشكل الصحيح. وتلعب هذه الأجهزة دورًا محوريًا في حماية الأفراد من الأمراض الصحية والرئوية الناجمة عن استنشاق الهواء الملوث، وذلك من خلال اتخاذ التدابير الوقائية اللازمة. وعلى الصعيدين الحكومي والتجاري، تُسهم هذه الأجهزة بدور بالغ الأهمية في تطبيق السياسات والإرشادات والحلول بناءً على قراءاتها.

لذا إذا كنت تبحث عن جهاز استشعار لمراقبة جودة الهواء تُعدّ أجهزة استشعار ريكا خيارًا ممتازًا لما توفره من قراءات موثوقة ودقيقة. تشتهر ريكا بتقديم أجهزة استشعار عالية الجودة، خضعت لاختبارات ميدانية لضمان موثوقيتها ودقة نتائجها. تشمل منتجاتها خيارات متخصصة مثل جهاز إرسال ثاني أكسيد الكربون RK300-03، وجهاز استشعار الغازات متعدد الوظائف RK300-08، وجهاز استشعار ثاني أكسيد النيتروجين RK300-14، وكلها مصممة لتقديم نتائج دقيقة وموثوقة ومتسقة. تفضل بزيارة صفحة ريكا الرسمية للاطلاع على مجموعة أجهزة استشعار جودة الهواء الكاملة، لضمان الحصول على كل قراءة بثقة تامة.