علم المواطن: جرب هذا في المنزل

في نوفمبر 2015 ، تجمع عدة مئات من الأشخاص لحضور اجتماع في بن أفون ، وهو حي يسكنه حوالي 2000 شخص ، ويقع على طول نهر أوهايو شمال غرب بيتسبيرغ. كما هو الحال مع المجالس السابقة من هذا النوع ، فقد جاء السكان لمعرفة آخر الأخبار عن جار غير مرحب به.

كانت تلك الجارة هي شركة Shenango Coke Works ، وهي محطة لمعالجة الفحم تقع على طرف من جزيرة تقع قبالة Ben Avon مباشرة. كان السكان يشتبهون منذ فترة طويلة في أن انبعاثات المصنع تلوث الهواء بانتظام لدرجة أن العيش هناك يمثل خطرًا. وألقوا باللوم على الهواء السيء في الإصابة بالربو والغثيان والصداع والعديد من الأمراض الأخرى التي عانوا منها هم وعائلاتهم. لكن في الماضي ، كانوا يفتقرون إلى أدلة قاطعة ، خارج نطاق تجاربهم الخاصة.

لذلك ، وجدوا بعض.

بعد وقت قصير من بدء الاجتماع ، مع ممثل من وكالة حماية البيئة الأمريكية يجلس في الصف الأول ، استيقظ راندي سارجنت ، عالم الكمبيوتر بجامعة كارنيجي ميلون ، وبدأ يترنح من خلال مقاطع الفيديو التي انقضت الزمن من الكاميرات التي ساعدها على توجيه الحي نحو شينانجو. أخذت الإطارات كل 5 ثوانٍ ، 24 ساعة في اليوم ، وجعلت من السهل القيام بما حاول المجتمع القيام به على مر السنين: مشاهدة الدخان.

التمييز بين السحب السامة من مجرد البخار هو عمل صعب ، لذلك تحول المجتمع إلى Sargent ، الذي يعمل في CUATE Lab (CMU's CREATE Lab) (روبوت المجتمع ، التعليم ، وتمكين التكنولوجيا). طور هو وزميله ين تشيا هسو خوارزمية رؤية الكمبيوتر لاختيار أنواع الدخان السيئة في كل صورة.

تم تجميع مقطع الفيديو الناتج معًا بمئات الإطارات ، وهو عبارة عن بكرة حلقات من السحب السوداء والبنية والأزرق والبرتقالي من شهر واحد. مقترنة ببيانات أجهزة الاستشعار الفيدرالية والمحلية والمجتمعية التي تم جمعها من الأيام المقابلة ، يبدو أن شكوك بن آفون قد وجدت أخيرًا بعض الشيء: شينانجو كان يطلق كميات مخالفة للتصاريح من المواد السامة في الهواء خمسة من كل سبعة أيام.

قناة شينانجو

بعد شهر واحد ، أعلنت شركة DTE Energy أنها ستغلق منشأة Shenango ، مشيرة إلى ضعف سوق الصلب ونقص العملاء. بحلول شهر كانون الثاني (يناير) ، كانت المحطة قد أخفت الدفعة الأخيرة من الفحم ، ومن المقرر الآن هدمها.

وقال بيا دياس ، مدير المشروع في CREATE Lab: "قالوا إن هذه قضايا اقتصادية ، لكنني أتساءل عما إذا كان الجدول الزمني قد تغير بسبب ضغوط المجتمع". "كانت الخوارزمية أداة أعطت أصواتهم وزناً أكبر ، وساقًا إضافية لإثبات القضية. لكن التكنولوجيا لم تكن لتعمل لو لم يكن لديها مجتمع نشط لاستخدامها ، والناس لوضعها أمام صناع القرار باستمرار."

تم تكليف مجموعة Dias بالمشاركة المباشرة مع المجتمعات لتزويدهم بالأجهزة والبرامج والحلول الأخرى لمعالجة مخاوفهم. تحولت خوارزمية رؤية الكمبيوتر إلى إدراك قوي لهذه الولاية. لكن هذا مجرد مثال واحد في مجال شهد نمواً مذهلاً في السنوات الأخيرة: أدوات التكنولوجيا الفائقة لعلم المواطن.

جميع الوصول باس

حتى إذا لم يكن لديك مصنع يضخ الهواء السيئ في الفناء الخلفي الخاص بك ، فقد لا تزال ترغب في الانخراط في نوع من علوم المواطن - وهو بحث أجراه هواة متحمسون ، إما بمفردهم أو بالتنسيق مع علماء محترفين. لحسن الحظ بالنسبة لك ، هناك شيء للجميع.

هل تريد المساعدة في اختيار تيرابايت من بيانات تلسكوب الفضاء للعثور على الكواكب الخارجية والكوازارات؟ رئيس لأكثر من Zooniverse. ربما لديك مشروع مختبر في الاعتبار ، لكن لا يمكنك شراء المعدات. ليس هناك أى مشكلة؛ اطبع الأجزاء من مخطط على مختبر مفتوح المصدر لـ Appropedia.

ماذا عن بعض بيولوجيا DIY؟ يمكن للمساحات البيولوجية المحلية ، مثل BioCurious في سانتا كلارا ، كاليفورنيا ، أو بالتيمور Underground Science Space في ولاية ماريلاند ، تقديم المشورة والمساعدة في مشاريع تتراوح من استخراج الحمض النووي إلى طباعة الثقافات الخلوية.

يعتبر التفكير في المشاريع وبيانات التعهيد الجماعي من المهن الرئيسية لعلوم المواطن ، والحافز الرئيسي لذلك هو التمكين.

وقال جريتشن جيركه ، مضيف البيانات والدعوة لدى المختبر العام: "يلقي عصر إلغاء القيود الفيدرالية الأخير هذا الضوء على أوجه القصور والفجوات في الرقابة ، وعندما لا نستطيع الاعتماد على التدخل الحكومي ، يجب أن نعتمد على أنفسنا". وأضافت أن الوصول إلى الأدوات اللازمة للقيام بهذا العمل يمكن أن يشكل تحديًا.

"الوصول" غالبًا ما يترجم ببساطة إلى "جعل الأشياء أرخص". بفضل التكلفة المتزايدة باستمرار لأجهزة الاستشعار ووحدات التحكم الدقيقة ، والوصول إلى بيانات الأقمار الصناعية واستعداد الآخرين لتبادل الخبرات الفنية ، أصبحت الأدوات المتطورة المتاحة مرة واحدة فقط للباحثين المؤسسيين الآن في أيدي أي شخص يريدها.

(الصورة: أندرو ثالر)

النظر في تصاميم مطياف Raspberry Pi المستندة إلى صفحات المجتمع Public Lab's. يستخدم مقياس الطيف لتحديد معلومات حول جسم ما أو مادة من خلال تحليل خواصه الضوئية. تعمل النسخة المحمولة التجارية بحوالي 1،500 دولار ؛ العمود الفقري مختبر ضخم هو خمسة أضعاف ذلك. أو مع القليل من التوجيه ، يمكنك بناء واحدة لنفسك مقابل حوالي 70 دولارًا.

رائد آخر في مجال علوم المواطن هو أندرو تالر (في الصورة أدناه) ، وهو باحث في أعماق البحار ومستشار في علم البيئة البحرية بدأ دراسة علوم البحار للجميع بسبب العوائق أمام الوصول. الهدف المعلن للمنظمة: "تمكين الباحثين والمعلمين وعلماء المواطنين من خلال أجهزة مفتوحة المصدر منخفضة التكلفة."

كانت الأداة الرئيسية التي عملت تالر على تطويرها هي CTD ، وتستخدم في علم المحيطات لقياس الموصلية (الملوحة) ودرجة الحرارة والضغط. إنها أداة أساسية لدراسة البيئة المائية وفهمها - ولكن إذا كنت تريد واحدة ، فاستعد لشحن أكثر من 6000 دولار كحد أدنى ، وعشرات الآلاف.

(الصورة: أندرو ثالر)

مع الكثير من الصبر والتعاون مع الأصدقاء والزملاء ، طورت Thaler CDT مقابل 300 دولار. المكون الأكثر تكلفة هو المستشعر نفسه ، الذي يعمل حوالي 200 دولار. بعد اختباره إلى جانب جهاز تكلفته 200 مرة أكثر ، قام CTD في Thaler بإرجاع البيانات ضمن هامش خطأ بنسبة 2 بالمائة للوحدة الأكثر تكلفة.

وقال ثالر "هناك حاجة متزايدة الأهمية لتذكير العلماء بأنهم مواطنون أيضًا". "بالتأكيد ، قد تحصل على منحة بحثية ضخمة ، ويمكنك شراء وحدة تجارية تبلغ قيمتها 60،000 دولار. ولكن هذا عائق كبير أمام دخول مجموعات المجتمع التي ترغب في مراقبة الممرات المائية الخاصة بها. إذا بدأت أيضًا بدعم البرامج التي تصنع نفس القطعة من المعدات أرخص ، يتم إنجاز الكثير من العلوم."

ساعد الوصول إلى أدوات المراقبة والروبوتات مجتمع بحري واحد على الأقل في تحقيق هدف رئيسي. في المكسيك ، استخدمت العديد من قرى الصيد Open ROV ، وهي نفس منصة الروبوتات مفتوحة المصدر التي يستخدمها Thaler في برامجه التدريبية ، لإجراء دراسات استقصائية عن مجموعات التكاثر المتفرعة عن ناساو. يعد سمك الهامور من أهم أسماك الشعاب المرجانية بالإضافة إلى كونه نوعًا تجاريًا مهمًا للغاية ، وأنشأ المجتمع منطقة بحرية محمية لمنعها من القضاء عليها من قبل الصيادين.

(الصورة: ميشيل ز. دوناهو)

التنبؤ بالمشاكل

في بيتسبيرغ ، لم يتوقف CREATE Lab مع Shenango. ومن بين أوجه مهمتها الأخرى مساعدة المجتمعات على الاستفادة من المعارف والأدوات التي يكتسبونها من خلال العمل مع علماء جامعة CMU. وبما أن بيتسبيرغ ما هي عليه ، لا يزال إلى حد ما في قبضة إرث عصر الصلب ، فإن Shenango ليس هو الشيء الوحيد الذي يصنع رائحة كريهة.

أدخل Smell Pittsburgh ، أحد التطبيقات التي خرجت من عمل Shenango من CREATE Lab. لا يزال قيد التطوير وتصوره كأداة يمكن استخدامها في نهاية المطاف في أي مدينة في البلاد ، يتيح التطبيق للمقيمين وضع علامات على الروائح البيئية المسيئة ، والتي يتم تسجيل دخولهم في التطبيق وكذلك إبلاغ وزارة الصحة المحلية. بعد التسجيل ، يعرض التطبيق خريطة تعرض أي تقارير رائحة أخرى من نفس اليوم والوقت.

وصف مارك ديكسون ، وهو مهندس توثيقي وصناعي في بيتسبيرج ، التطبيق بأنه وسيلة لتحفيز الناس على الانخراط في شيء يرغبون في تغييره في بيئتهم.

وقال ديكسون "هناك" وادي الضيق "الذي يحدث عندما تبلغ عن مشاكل ولا يحدث شيء". "يسرع هذا التطبيق الأشخاص من خلال هذا الوادي - وأول ما يراه هو أنهم ليسوا وحدهم. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنهم رؤية نطاق المشكلة بالفعل."

تعمل ديكسون على البناء على سهولة استخدام التطبيق. تضمن أحد المشروعات تطوير خوارزمية تجمع بين تقارير Smell Pittsburgh وبيانات National Weather Service لمحاولة التنبؤ بأيام # Stinkburgh القادمة ، حيث يتم تمييزها على Twitter. بعد تحقيق نسبة نجاح تصل إلى 75 بالمائة تقريبًا خلال فترة اختبار مدتها 10 أيام ، تبادل Dixon معلوماته مع مجموعة من خبراء البيانات المحليين ، بما في ذلك مطور Smell Pittsburgh. نتيجةً لذلك ، قد تكون القدرة على التنبؤ بأيام الجو السيئ أكثر موثوقية وشيكة في الإصدارات المستقبلية من التطبيق.

يعد التنبؤ أيضًا هدفًا واحدًا لنوع مختلف من التطبيق ، وهو برنامج Mosquito Habitat Mapper. أطلق التطبيق في يونيو 2017 من قبل معهد الاستراتيجيات البيئية العالمية (IGES) بالشراكة مع ناسا ، ويهدف التطبيق إلى تحديد والقضاء على الموائل الخطيرة البعوض.

تم اختباره بالفعل في Barbuda ، بيرو ، وشيلي ، حيث يقوم التطبيق بتدريب الأشخاص على التعرف على يرقات البعوض التي يجدونها ، والتقاط صورة ، والتخلص من المياه الدائمة ، وكذلك لتسجيل الوقت والموقع والتاريخ والظروف البيئية المحلية في قاعدة بيانات التطبيق. حتى الآن ، جمع المشروع حوالي 1500 نقطة بيانات - وهو ما لا يكفي حتى الآن لإجراء أي تنبؤات ذات معنى. لكن الأمل هو أن تراكم البيانات الأفضل من الأرض في الأماكن التي تشكل فيها الأمراض التي ينقلها البعوض مشكلة خطيرة على الصحة العامة ، على المدى الطويل ، يمكن أن يساعد في تحسين نماذج التنبؤ ، التي تعتمد حاليًا على بيانات الطقس والمناخ التي تجمعها الأقمار الصناعية..

وقال روستي لو ، العالم البارز في IGES الذي قاد عملية تطوير التطبيق: "هناك الكثير لا نعرفه عن كيفية استجابة البعوض للطقس المصغر". "نحن نبحث عن أدوات دون إقليمية فرعية يمكن استخدامها من قبل العاملين في الصحة العامة والمجتمعات لفهم مخاطر المرض بشكل أفضل."

في بالتيمور ، يمكن لطالبة الدكتوراه في جامعة جونز هوبكنز ، آنا سكوت ويذر كيوبز ، أن تزود المخططين الحضريين بمزيد من العمل عندما يتعلق الأمر بالتخطيط لمدن صحية في مستقبل أكثر دفئًا. يتم تزويد مكعبات سكوت ، التي جاءت نتيجة لتطور دراساتها حول الحرارة الحضرية ، بأجهزة استشعار تعتمد على Arduino لقياس درجة الحرارة والرطوبة والأوزون وثاني أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت وكبريتيد الهيدروجين. يتم نشر خمسين مكعبًا في 25 موقعًا حول المدينة ، ويأمل سكوت في إخراج المزيد منها هذا الصيف.

(الصورة: آنا سكوت)

كشفت بيانات الرصد المبكر أن عددًا أكبر من المساحات الخضراء الصغيرة ، مثل حدائق الجيب ، يمكن أن يكون أفضل لخفض درجات الحرارة في جميع أنحاء المدينة مقارنةً بالعديد من المنتزهات الكبيرة ، وفقًا لما ذكرته كريستين باجا ، وهي مخططة سابقة في بلتيمور لمقاومة المناخ. يمكن أن تحول هذه المعلومات من تصور المدينة 16000 الكثير شاغرة من آفة إلى مفيدة.

في حي تيرنر ستيشن في بالتيمور ، يستضيف لاري بانرمان اثنين من مكعبات سكوت. مجتمعه الذي يغلب على سكانه الأميركيين من أصول إفريقية لديه خبرة في محاربة الملوثين المحليين والتحريض على الحماية. قال إنه سعيد بالحصول على بطاقة إضافية على ظهره ، إذا احتاج إليها.

وقال "سيكون لدينا صورة واضحة وضوح الشمس لما يدور في الهواء". "هذه المعرفة في جيبنا ستكون أكبر رصيد لدينا إذا كنا بحاجة إلى إجراء بعض التغييرات."

منظر من الفضاء

من وجهة نظر جون آموس ، سيكون المساهمون المواطنون عنصرين أساسيين في معالجة مشكلة غالبا ما تكون في ذهنه: جعل كميات هائلة من البيانات المرئية أكثر قابلية للاستخدام.

استخدم SkyTruth ، وهو مؤسسة غير ربحية ، قام بتحليل صور الأقمار الصناعية لإظهار أن تسرب النفط في Deepwater Horizon في عام 2010 كان أكبر من تقديرات BP المعلنة علنًا. على الرغم من استمرار المجموعة في استخدام عيون البشر لمراقبة صور الأقمار الصناعية للتأثيرات البيئية الناتجة عن الانسكابات والتعدين السطحي والأنشطة الصناعية الأخرى ، تعمل SkyTruth حاليًا على إضافة الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي والبيانات الضخمة في هذا المزيج.

تنبيهات SkyTruth هي عبارة عن خدمة يمكن للمستخدمين تسجيلها ليتم إخطارهم ببعض التغييرات البيئية في منطقة معينة - على سبيل المثال تصريح حفر غاز جديد أو انتهاك تصريح أو تقرير تسرب كيميائي أو تسرب غاز طبيعي. تم تطوير التنبيهات في البداية كأداة داخلية ، وتتخلص الآن من خفر السواحل ومواقع تقارير الإدارة البيئية للدولة. حوالي 3000 شخص هم المستخدمون الحاليون لهذه الأداة.

يهدف تطور الخدمة إلى تضمين المزيد من مصادر وأدوات البيانات ، واستخدام أنظمة الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لمقارنة صور الأقمار الصناعية الجديدة إلى جانب الصور التاريخية. باستخدام هذه الأنواع من المراجع ، يمكن للتحليل اكتشاف التغييرات حتى قبل الإبلاغ عنها من خلال القنوات الرسمية.

إن الكأس المقدسة هي السماح للمستخدمين بمشاركة ملاحظاتهم وتنبيهاتهم ، وبالتالي إنشاء مجموعة من المجتمعات ذات الاهتمامات المشتركة.

في الواقع ، نتج عن العديد من الدراسات التي دفعت بولاية ماريلاند إلى حظر التكسير في عام 2017. في الواقع ، ساهمت براك شوارتز ، بقلم جونز هوبكنز ، في العديد من الآثار الصحية المترتبة على العيش بالقرب من آبار التكسير ، في الواقع ، ساهمت البيانات التي تم الحصول عليها من قبل مستخدمي SkyTruth في مشروع منفصل ، FrackFinder. الربو ومعدلات الولادة المبكرة. على الرغم من أنه استند إلى العديد من مصادر البيانات للدراسات ، إلا أنه "لا توجد بدائل" لنوع البيانات التي ساهم بها مستخدمو SkyTruth.

وقال شوارتز "التقينا بمسؤولين منتخبين في الولاية عدة مرات وقدمنا ​​نتائجنا وأجبنا على جميع أسئلتهم". "تم الإبلاغ عن بعضهم ، في قصص الصحف وفي أماكن أخرى ، لقولهم إن" الدراسات الصحية لجون هوبكنز "أقنعتهم أخيرًا بالتصويت من أجل الحظر. هذه هي دراساتنا."

وأشار آموس إلى أن قوة المراقبة البشرية المحلية على أرض الواقع ، بالإضافة إلى قدرات جمع البيانات من الحوسبة السحابية ، تجعل من الممكن رؤية المشاكل المحتملة تتكشف في الوقت الحقيقي.

وقال آموس: "لا يتعلق الأمر فقط بالأشياء التي حدثت بالفعل ، ولكن أيضًا بالأشياء التي تحدث في البيئة قبل أن تعرف شيئًا عنها ، يجب أن تدرك أن هناك شيئًا ما يحدث يجب أن ننتبه إليه". "بالنسبة لي ، هذا هو إعادة إحياء البيئة على مستوى القاعدة الشعبية."

وأضاف دياس لاب CREATE Lab's ، أن الاهتمام بتسخير التكنولوجيا الناشئة لتكون مجرد فضول لن ينمو إلا من هنا.

"هذه الأنواع من التقنيات لا ينبغي أن تكون فقط في المعامل أو المساحات العليا فقط" ، قالت. "يجب أن يكونوا في متناول الأشخاص العاديين ، للإبداع ، وليس فقط للاستهلاك. والفكرة هي أنه بمجرد أن يصبح الناس أكثر طلاقة في التكنولوجيا ، يمكنهم أن يأخذوا الأشياء اليومية من على الرف ويخترقون شيئًا يعمل معًا لهم".