公民科学：在家中尝试

2015年11月，数百人聚集在本·雅芳（Ben Avon）开会，该社区约有2, 000人坐落在匹兹堡西北的俄亥俄河上。 与以前的此类聚会一样，居民来了解有关不受欢迎邻居的最新消息。

那个邻居是Shenango可乐厂，这是一家煤炭加工厂，横跨在本·雅芳对面的一个小岛的一端。 长期以来，居民一直怀疑该工厂的排放物会定期污染空气，以至于生活中存在危害。 他们将恶劣的空气归咎于哮喘，恶心，头痛和他们及其家人遭受的其他多种疾病。 但是在过去，他们缺乏自己的经验，没有确切的证据。

因此，他们找到了一些。

会议开始后不久，卡内基·梅隆大学计算机科学家兰迪·萨金特（Randy Sargent）站在美国前排的美国环境保护署代表的面前，开始浏览摄像机拍摄的延时录像，他帮助附近居民指向雪南戈。 摄像机每天24小时每5秒钟拍摄一次，使人们更轻松地完成社区多年来的尝试：观看烟雾。

仅仅通过蒸汽来区分有毒云是一项棘手的工作，因此社区转向了Sargent，后者是CMU的CREATE Lab（社区机器人，教育和技术授权）的工作人员。 他和同事Yen-Chia Hsu开发了一种计算机视觉算法，可以识别每张照片中的不良烟雾类型。

从数百个帧中缝合在一起，所得的视频显示了一个月以来黑色，棕色，蓝色和橙色云朵的循环绕线。 结合从相应日期收集到的联邦，地方和社区传感器数据，本·雅芳的怀疑似乎终于找到了立足之本：Shenango每隔7天就有五次向空气中释放大量破坏许可的有毒物质。

Shenango频道

一个月后，DTE Energy宣布将关闭其Shenango工厂，理由是钢铁市场疲软且缺乏客户。 到一月份，该工厂已经烘烤了最后一批煤炭，现在将要拆除。

CREATE Lab项目负责人Bea Dias说：“他们说这是经济问题，但是我想知道时间表是否由于社区的压力而改变了。” “该算法是赋予他们声音更大权重的工具，为案情提供了额外的支路。但是，如果没有活跃的社区来使用该技术，人们就无法将其应用在人们面前。决策者不断。”

Dias的小组负责直接与社区互动，为他们提供硬件，软件和其他解决方案，以解决他们的担忧。 事实证明，计算机视觉算法是该任务的一种特别强大的实现。 但这只是近年来发展迅猛的一个例子：用于公民科学的高科技工具。

全通票

即使您没有在后院中抽出不良空气的工厂，您仍可能希望参与某种公民科学-由热情的业余爱好者独自或与专业科学家合作进行的研究。 幸运的是，每个人都有。

是否想帮助挑选出数TB的太空望远镜数据来寻找系外行星和类星体？ 前往Zooniverse。 也许您脑子里有一个实验室项目，但您买不起设备。 没问题; 从Appropedia的开放源实验室的蓝图中打印出零件。

DIY生物学怎么样？ 当地的生物空间，例如加利福尼亚州圣克拉拉的BioCurious或马里兰州的巴尔的摩地下科学空间，可以为从DNA提取到印刷细胞培养的项目提供建议和协助。

修改项目和众包数据是公民科学的两个主要职业，而赋权是它的主要动力。

“最近的联邦放松管制时代把重点放在监督的不足和差距上，当我们不能依靠政府干预时，我们必须依靠我们自己，”公共实验室的数据和倡导者格蕾琴·盖尔克（Gretchen Gehrke）说。 她补充说，但是获得必要的工具来完成这项工作可能是一个挑战。

“访问”通常只是翻译为“使事情变得更便宜”。 由于传感器和微控制器的价格不断下跌，访问卫星数据的意愿以及其他人分享技术专长的意愿，曾经只供机构研究人员使用的复杂工具现在已由任何需要它们的人掌握。

（照片：安德鲁·泰勒）

考虑一下Public Lab社区页面托管的基于Raspberry Pi的光谱仪设计。 光谱仪用于通过分析物体的光特性来确定有关物体或物质的信息。 商业手持版本的价格约为1, 500美元。 笨重的实验室工作量是它的五倍。 或者在一些指导下，您可以自己为自己制作一个，价格约为70美元。

另一位公民科学先驱是安德鲁·泰勒（Andrew Thaler）（如下图所示），他是一名深海研究人员和海洋生态学顾问，由于进入壁垒，他为所有人创建了海洋学。 该组织的既定目标是：“通过低成本的开源硬件为研究人员，教育者和公民科学家赋权。”

Thaler开发的主要工具是CTD，用于海洋学中以测量电导率（盐度），温度和压力。 它是研究和理解水生环境的必不可少的工具，但是，如果您想要一个水生环境，请准备至少花费6, 000美元以上，最多几万美元。

（照片：安德鲁·泰勒）

通过与朋友和同事的耐心和合作，Thaler开发了CDT，价格为300美元。 最昂贵的组件是传感器本身，其价格将近200美元。 经过与200倍成本的设备一起测试之后，Thaler的CTD返回的数据在价格较昂贵的设备中2％的误差范围内。

泰勒说：“越来越需要提醒科学家，他们也是公民。” “当然，您可能会获得一笔巨额的研究经费，并且可以购买一个价值60, 000美元的商业单位。但是，这对于想要监视自己的水道的社区团体来说是一个巨大的进入壁垒。如果还开始支持制作相同作品的计划，更便宜的设备，完成了更多的科学工作。”

使用监视和机器人工具已帮助至少一个海洋社区实现了一项主要目标。 在墨西哥，有几个渔村使用了开放式ROV，即Thaler在其培训计划中使用的开放源代码机器人平台，对拿骚石斑鱼产卵场进行了调查。 石斑鱼是重要的礁鱼，也是至关重要的商业物种，该社区建立了海洋保护区，以保护其免受偷猎者的破坏。

（照片：Michelle Z. Donahue）

预测问题

在匹兹堡，CREATE Lab并没有停止与Shenango合作。 它的另一项任务是帮助社区利用与CMU科学家合作获得的知识和工具。 匹兹堡就是它的本质，但仍在其钢铁时代的遗产中有所把握，Shenango不是唯一发恶臭的东西。

输入Smell Pittsburgh，这是CREATE Lab的Shenango作品中的一个应用程序。 该应用程序仍在开发中，并被构想为最终可在美国任何城市使用的工具，它使居民可以标记令人讨厌的环境气味，这些气味已记录在应用程序中并报告给当地卫生部门。 记录后，该应用程序将显示一个地图，该地图显示同一天和同一时间的所有其他气味报告。

匹兹堡的纪录片和工业工程师马克·迪克森（Mark Dixon）将该应用程序描述为一种激励人们参与他们想要改变其环境的事物的方式。

迪克森说：“当您报告问题而没有任何反应时，就会发生这种'不适的谷地'。” “该应用程序使人们加速穿越那个山谷-他们看到的第一件事就是他们并不孤单。此外，他们确实可以看到问题的范围。”

Dixon正在努力开发该应用程序的可用性。 一个项目涉及开发一种算法，该算法结合了Smell Pittsburgh报告和National Weather Service数据来尝试预测即将到来的#Stinkburgh天，因为它们在Twitter上被标记了。 在经过10天的测试期间，成功获得大约75％的成功率之后，Dixon与包括Smell Pittsburgh开发人员在内的一群本地数据极客分享了他的信息。 结果，在将来的应用程序版本中可能会出现更可靠地预测恶劣天气的功能。

预测也是另一种应用程序“ Mosquito Habitat Mapper”的目标之一。 该应用程序由全球环境战略研究所（IGES）与NASA合作于2017年6月启动，旨在识别和消除危险的蚊子栖息地。

该应用程序已经在巴布达，秘鲁和智利进行了测试，它可以训练人们识别发现的蚊子幼虫，拍摄照片并消除积水，还可以将时间，位置，日期和当地环境条件记录到该应用程序的数据库中。 迄今为止，该项目已经积累了大约1500个数据点-尚不足以做出任何有意义的预测。 但是希望是，从长远来看，在蚊媒疾病是严重的公共卫生问题的地方，从地面收集更好的数据可以帮助完善预测模型，该模型目前基于卫星收集的天气和气候数据。

IGES的高级科学家Rusty Low说：“关于蚊子对微气候的反应，我们还不清楚。” “我们正在寻找公共卫生工作者和社区可以使用的次区域，次季节工具，以更好地了解他们的疾病风险。”

在巴尔的摩，约翰·霍普金斯大学的博士生安娜·斯科特（Anna Scott）的Weather Cubes还可以为城市规划者提供更多与之合作的计划，以帮助他们规划一个温暖的未来中的健康城市。 Scott的多维数据集是她对城市供热研究的产物，它配备了基于Arduino的传感器，可以测量温度，湿度，臭氧，二氧化氮，二氧化硫和硫化氢。 在该城市的25个站点中部署了50个多维数据集，Scott希望在今年夏天将更多的多维数据集排除在外。

（照片：安娜·斯科特）

巴尔的摩前气候适应力规划师克里斯汀·巴哈（Kristin Baja）表示，早期的监测数据显示，与大型公园相比，更多的小型绿色空间（如小型公园）可能比几个大型公园更好地降低城市温度。 这些信息可能会使人们对该城市16, 000个空置土地的看法从枯萎病转变为有益的。

在巴尔的摩的特纳车站附近，拉里·班纳曼（Larry Bannerman）主持了两个斯科特的立方体。 他主要是非裔美国人社区，在与当地污染者作战和鼓吹保护方面有经验。 他说，如果需要，他很高兴能在甲板上放一张额外的卡。

他说：“我们将清楚地了解空气中的物质。” “如果我们需要进行一些更改，那么口袋里的知识将是我们最大的财富。”

太空视角

在约翰·阿莫斯（John Amos）看来，公民贡献者将是解决他经常想到的问题的关键：使大量的可视数据更有用。

他创立的非营利组织SkyTruth使用卫星图像分析显示，2010年“深水地平线”溢油量大于BP公开宣布的估计值。 尽管该小组继续用肉眼监视卫星图像，以防泄漏，地面采矿和其他工业活动对环境造成的影响，但SkyTruth目前正在努力将人工智能，机器学习和大数据纳入其中。

SkyTruth Alerts是一项服务，用户可以注册以获取特定区域中某些环境变化的通知，例如新的气体钻探许可证，违反许可证的报告或化学物质泄漏或天然气泄漏的报告。 这些警报最初是作为内部工具开发的，目前已从海岸警卫队和州环境部门报告站点抓取到。 该工具的当前用户约为3, 000人。

该服务的发展旨在包括越来越多的数据源和工具，并使用AI和机器学习系统将新的卫星图像与历史图像进行比较。 利用这些参考，分析甚至可以在通过官方渠道将其报告之前进行检测。

圣杯是允许用户共享自己的观察和警报，从而创建具有共同关注点的一系列社区。

实际上，由SkyTruth用户为另一个项目FrackFinder提供的众包数据促成了多项研究，促使马里兰州在2017年禁止了水力压裂。哮喘和早产。 他说，尽管他利用了许多数据来源进行研究，但“没有其他选择”可以替代SkyTruth用户提供的数据类型。

施瓦茨说：“我们几次与州选举产生的官员见面，介绍了我们的发现并回答了他们的所有问题。” “在报纸上的报道和其他地方，有些报道说约翰·霍普金斯大学健康研究最终说服了他们投票赞成这项禁令。这些都是我们的研究。”

阿莫斯指出，本地，现场人类观察的强大功能，再加上云计算的数据处理能力，使得可以实时看到潜在的问题。

阿莫斯说：“不仅是已经发生的事情，还包括在环境中发生的事情，然后才对其有所了解，从而使我们意识到正在发生的事情值得我们注意。” “对我来说，这是技术驱动的基层环保主义的复兴。”

CREATE Lab的Dias补充说，对利用新兴技术产生好奇的兴趣只会从这里开始。

她说：“这些技术不应该只在实验室或更高空间中使用。” “他们应该让普通人可以访问，创造，而不仅仅是消费。他们的想法是，一旦人们对技术更加熟练，他们就可以将日常用品拿走，一起砍伐一些对他们有用的东西。”