2018年4月24日
卫星和移动电话:全球发展中的水和卫生技术远程监测指南爱游戏ayx独赢
贡献:Rob古蒂
从监视水源的卫星到“智能”厕所，新的工具已经出现，以帮助解决服务不足社区的水和卫生基础设施问题。爱游戏ayx独赢几十年来，政府和全球发展从业人员一直在努力为世界上难以到达的贫困地区提供清洁水和有效的卫生系统。爱游戏ayx独赢从业人员知道，安装乡村水泵只是第一步。真正的挑战是保持服务和基础设施长期运转。这意味着在水泵安装后很长一段时间内保持水泵正常工作，确保饮用水得到真正的处理，没有危险的污染物，为没有下水道的厕所提供服务，等等。
长期维护的障碍之一可能是对问题的无知。当水泵坏了或厕所满了时，人们并不总是知道该找谁，服务提供者也不知道什么时候需要他们。现在，新的遥感解决方案正在为全球穷人的供水和卫生服务揭开一些神秘面纱。爱游戏ayx独赢
Evan Thomas将在E4C网络研讨会上(见上图)，通过物联网解决方案改善水和能源服务交付。在书中，波特兰州立大学副教授、SweetLab主任托马斯博士解释了遥感和互联网连接设备的进展，这些设备在需要关注时向服务提供商发出警报。
托马斯博士和他的同事就这个话题写了一本书，最近由世界银行出版，讲卫生运动影响措施的创新:为可持续发展目标提供信息的水和卫生测量技术和实践爱游戏ayx独赢．这些节选自第五章，传感WASH-In - Situ和遥感技术。想要更深入的探索这个话题，包括引用，请参见上面的链接。
传感现场冲洗和遥感技术
供水和卫生服务的恢复能力取决于可靠和持续的可靠性指标，由爱游戏ayx独赢供资机构利用这些指标来激励服务提供者的绩效。通过卫星资产和现场传感器进行的远程监测可能有助于解决发展中社区信息不对称和数据差距的一些挑战，包括不可靠的调查数据和依靠抽查来评估业绩。
卫星遥感解决方案
各种卫星数据产品被用来帮助供水和卫生项目。爱游戏ayx独赢主要的例子包括:
地球资源卫星8号于2013年发射，是一颗由美国国家航空航天局(NASA)和美国地质调查局管理的地球观测卫星。它有两个主要仪器，操作陆地成像仪(可见、近红外和短波红外)和热红外传感器(TIRS)。Landsat 8每16天覆盖地球上的每一个点，分辨率为15-100米。遥感专家可以利用它的测量结果对大范围流域的健康状况进行规划级别的估计。此外，土地利用分类可以区分农村和城市的建成环境和人口密度。
SERVIR是美国宇航局和美国国际开发署(USAID)的一项倡议，帮助发展中国家利用卫星信息管理气候风险和土地利用。SERVIR利用Landsat、ASTER、MODIS(中分辨率成像光谱仪)和其他卫星资产来监测水质和变化。
利用热带降雨测量任务的数据，尼罗河流域倡议与美国宇航局合作，为东尼罗河流域提供洪水预报和水平衡估计。
普林斯顿大学的陆地表面水文小组开发了非洲干旱监测系统，并提供了降雨、温度和其他水文变量的地图。
美国国际开发署饥荒早期预警系统网络(FEWS NET)利用卫星资产监测降雨和作物产量，并将这些数据与社会经济洞察相结合，以确定可能易受粮食不安全影响的人口群体。
NASA的Terra卫星包括两个用于流域监测的仪器。MODIS和多角度成像光谱仪卫星资产可用于确定气溶胶光学深度、地表温度、增强植被指数和中红外反射率。其中一些数据可用于评估大水体尺度的水质参数，包括叶绿素、蓝藻色素、有色溶解有机物和悬浮物。
在尼日利亚，世界银行最近使用地理信息系统绘图技术，将住户调查数据与MODIS土地利用估计数进行了比较，从而得出了水和卫生指标的空间分布估计数，包括水和卫生服务的获取(世界银行，2017年)。爱游戏ayx独赢
美洲开发银行(美洲开发银行)开发了“水文和商业改进方案”平台，通过测绘和跟踪23万多个集水区，协助拉丁美洲和加勒比国家进行水管理。政府机构和水务公司利用Hydro-BID平台进行区域水管理和基础设施规划。
无人驾驶飞行器
研究人员越来越多地使用无人驾驶飞行器(uav，或无人机)来绘制流域地图。无人机的技术发展及其以比载人机载平台和卫星成像更低的操作和前期成本获得高分辨率三维信息的能力，使得无人机图像采集在一些应用中具有吸引力。
利用无人机进行环境监测、管理和评价的研究应用在过去10年里得到了越来越多的探索。在自然资源、生物量、森林和植被监测中使用无人机进行数据收集已被发现对数据的时间和空间分辨率产生重大影响，而且价格比传统监测做法更具成本效益。
现场传感器
原位仪器仪表各不相同，从流量计和水质传感器到安装在厕所里的运动探测器。这些传感器技术可用于操作或在统计采样框架内使用。数据可以在本地记录，以便人工检索，也可以通过Wi-Fi、蜂窝网络、卫星和其他无线网络将数据短距离传输到附近的枚举人员，或远程操作人员和研究人员。
一些仪器已经普遍使用，而其他的技术正在出现。然而，考虑到偏远和电力受限的环境，以及固定基础设施之间的高度变化，包括年龄、材料、质量、服务和功能，任何基于电子传感器的解决方案通常要么是定制工程，要么是通过分析来补偿这些复杂性。例如，为农村井水分配方案设计的传统流量计必须考虑管径、材料、压力、深度、螺纹类型和其他需要定制工程和管道的特性。相反，非侵入式超声流量计可能更容易适用于各种水方案。
水质传感器
几种水质传感器通常用于现场连续监测和基于样品的测试。现成的传感器可以很容易地测量pH值、溶解氧、电导率(通常用于测量盐度)、浑浊度、温度、氯和各种溶解离子，包括氟、氨、银、硝酸盐和亚硝酸盐(通常是化肥的副产物)和总有机碳。
与可持续发展目标(SDG)具体目标6.1和6.2监测直接相关的近期传感器应用将重点介绍在下面。
微生物传感器
一类光学荧光计提供了实时的潜力原位粪便污染检测。这些传感器检测与微生物污染存在相关的色氨酸样荧光(TLF)。近年来，一些实验室级产品已在现场验证为大肠杆菌(E. coli)的预测。然而，这些仪器需要经常清洗，不适合长期自主操作，成本高达7500美元或更多。这些最先进的荧光计解决方案不是为长期设计的invsitu使用，主要是因为生物污染和基线漂移衰减和模糊信号。
光学荧光计提供了实时的潜力原位粪便污染检测，但它们很昂贵，不适合长期运行。
目前还没有可行的方法原位监测饮用水微生物污染的电子传感器。最适合这种应用的产品是基于光谱的大肠杆菌TLF传感器。联合国儿童基金会最近发布了一份目标产品简介，详细介绍了改进的饮用水微生物污染传感器系统的市场需求(联合国儿童基金会2014年)。
化学传感器
氟化物监测是一些国家的一种优先化学成分，市面上有几种氟化物监测传感器。它们包括哈希传感器+氟离子电极和各种用于大型水分配系统的在线传感器，如罗斯蒙特氟监测系统(艾默生自动化解决方案2017)和ATI氟监测。
饮用水中砷的检测还需要进一步发展。
在孟加拉国，砷污染是影响健康的优先污染物，因此可以迅速部署正在开发中的生物传感器，以指示饮用水中的砷含量。同样，有几种现成的基于传感器的监测砷污染的技术。其中包括Palintest数字砷检测试剂盒和IPI数字砷检测器。但是，在这一领域仍然需要进一步发展技术。
来自E4C的解决方案库
电化学砷修复(ECAR)， Gadgil实验室，加州大学伯克利分校
多参数传感器
Akvo Caddisfly基于智能手机应用程序Akvo Flow。目前，Akvo Caddisfly可以测量多种水质参数。测量氟化物的方法是在试验室内收集水，向样品中加入试剂，并根据样品和试剂混合物产生的颜色拍照分析浓度。盐度是通过一个电导率传感器通过USB线直接连接到手机上来测量的。此外，Akvo Caddisfly可以对任何基于颜色的测试条进行分析，自动将测试条的颜色对应于颜色校准卡，从而消除了用户的任何主观性。
供水服务的提供和使用
在许多城市的市政供水中，水流量计通常用于测量服务交付和启用计费。这些仪表在功能和形式上各不相同，从手动读数机械仪表到远程报告传感器。供水服务供应商和客户面临的一个挑战是“非收入水”(NRW)——生产的水但不收费。据估计，在发展中国家，北威州每年损失超过400亿美元，损失的水足够2亿人使用——450亿升——另外还有300亿升因计量或计费过程不当而损失。这种负反馈循环削弱了公用事业提供可靠、安全水的能力，也削弱了客户为这项服务付费的意愿。
改进的水表和流程可以缩小北威州的这一差距，并提高供水服务的质量和信心。在印度，NextDrop技术公司将远程报告水表与定期水质测试相结合，以减少水的消耗、泄漏和服务中断。
同样在印度，社会企业Piramal Sarvajal开发了一种反渗透水处理“ATM”(自动柜员机)，可以持续监测并远程报告系统功能和水质。
“智能”手摇泵
在撒哈拉以南非洲地区，约有100万台手动抽水机为整个非洲大陆的2亿多农村用水户供水，但据信，多达三分之一的手动抽水机在任何特定时间都不能工作，其中30 - 70%在两年内就坏掉了。2013年，牛津大学对66个可移动的“智能手泵”进行了试验。研究表明，在试验中修复了带有蜂窝网络传感器的手动泵，泵的停机时间从平均27天减少到2.6天。参与的社区也增加了超过三倍的意愿为水泵服务付费。
泵上的传感器修复时间为21天，功能恢复率为91%，而基线时为214天，功能恢复率为56%。
在这项工作的基础上，2014年，波特兰州立大学和国际生活水组织在卢旺达的三个省安装了181个蜂窝启动的水泵使用传感器。将名义维护模型与“最佳实践”电路骑手模型(其中专门的工作人员和用品被分配到泵组)和“救护车”服务模型(其中传感器数据触发服务调度)进行了比较。只有在救护车模型中，传感器数据可用于实现者和用于派遣技术人员。
在基线测试中，56%的实施泵是有功能的，报告的平均无功能时间约为214天。在研究期间，名义维护组成功修复的平均时间约为152天，平均每个泵的功能约为68%。在电路骑手组中，成功修复的中位数时间接近57天，每个泵的功能平均值接近73%。在救护车服务组中，成功修复的间隔时间接近21天，功能平均值接近91%。
“智能”米
智能电表是一种首先在电力行业成熟的方法，它允许自来水公司按需获取水表读数，而不需要手动抄表器。IDB最近的一份报告总结了智能水表的机会和局限性。智能电表可以通过以下方式造福水务公司、环境和客户:
- 降低抄表成本
- 通过减少路上的人数来加强员工的安全
- 减少账单错误和延迟
- 监测供水系统
- 为平衡客户需求提供有用的数据
- 启用动态定价(根据需求提高或降低水的成本)
- 帮助客户调整用水习惯以降低水费
- 减少客户投诉电话，提高客户满意度
- 监察窜改水表及偷水事件
- 尽早发现水管泄漏，以便更快地修复。
尽管智能电表有很多好处，但它们也给水务公司、客户和环境带来了挑战。他们需要:
- 对新技术的前期资本投资和长期财务承诺
- 管理大量计量数据，保证计量数据的安全，防止网络攻击
- 适当的培训
- 管理客户对新仪表的反应
- 处理旧电表
家用水处理用途
市面上有几种产品可用于监测残余氯，这是水处理实践和水安全的指示。其中包括Hach、Analyticon、DKK-TOA、Omega和其他供应商的袖珍色度计。
在一些研究中也对家用过滤器的使用进行了测量。在卢旺达，在170户家庭(70户对传感器的存在视而不见，100户开放)中进行了一项聚类随机对照试验，以测试在四周监测期间，意识到电子监测仪是否会导致家庭每周用水的不同。
在使用电子监控的家庭中，滤水器的使用上升了63%，然后在四周后下降。
在第一周观察到，两组之间每周使用水过滤器的次数增加了63%，开放组平均为4.4次，盲人组为2.83次，第四周下降到微不足道的55%，开放组为2.82次，盲人为1.93次。在四周的安装期间，两组水过滤器的使用都有所下降。这项研究表明，行为监测应该试图解释持续数周或更长时间的对电子监视器的意识的反应。
来自E4C的解决方案库
爱游戏ayx独赢卫生用
被动公厕使用监视器(PLUM)是一种基于运动检测器的估计公厕使用的传感器平台。PLUM是在
加州大学伯克利分校。该传感器使用一个简单的被动红外运动探测器来识别热体运动
厕所停滞。这些二进制移动数据每隔3秒记录一次，或者在传感器设备上本地记录，或者通过蜂窝或卫星数据网络传输，以进行在线处理。经过结构化观察验证的算法将这些移动数据处理成离散的使用估计。这些估计在单个家庭中比在可能排队的社区厕所中更可靠。在某些情况下，传感器包括无线电频率识别阅读器，以满足厕所服务要求，如在肯尼亚内罗毕的Sanergy公司所演示的那样。
在孟加拉国最近的一项研究中，这些传感器显示了厕所使用的严重过度报告。在孟加拉国52个村委员会中随机选取的1207户家庭中，平均4天自我报告的厕所使用次数为32.8次，而传感器分析显示，平均使用21.7次，表明50%以上的厕所使用被夸大。在回归模型的低端，截获的数据表明，许多家庭报告使用厕所，但实际上没有检测到使用。
同样，在最近一项针对印度25个村庄的292户家庭的横断面研究中，这些传感器被安装了两周，并与家庭回应的调查进行了比较。报告的日平均使用量几乎是传感器记录的使用量的两倍，在过去48小时的日报告使用量之间有适度的一致性。
洗手监控
传感器还可以为洗手行为提供客观和非突兀的表征。
联合利华开发的SmartSoap是一款外观普通的肥皂，内置了一个加速计，可以在三个轴上测量运动，从而检测使用情况。SmartSoap可以提供每天使用肥皂条的精确计数。通过将SmartSoap数据与放置在盛有肛门清洁水的容器上的运动传感器的数据相结合，研究人员能够检测排便后的洗手行为。尽管肥皂的总体使用量增加了，但他们发现排便后使用肥皂的次数并没有增加。
同样，美慈利用基于运动探测器的厕所传感器结合水流传感器来监测使用厕所后洗手的流行程度。他们发现，除一个地区外，所有地区在使用厕所后的用水量都非常低(不到10%)，该地区在使用厕所后的用水量接近40%。他们还发现，自述使用茅厕和使用后洗手的次数(分别高达4次和25次)要比传感器检测到的使用茅厕和使用后洗手的次数多得多。
这本书改编自世界银行和美洲开发银行的原著。改编者所表达的观点和意见仅由改编者负责，不经世界银行或美洲开发银行认可。
摘自托马斯，埃文，路易斯·阿尔贝托Andrés，克里斯蒂安·博尔贾-维加，和Germán斯图辛格，eds。2018.讲卫生运动影响措施的创新:为可持续发展目标提供信息的水和卫生测量技术和实践。爱游戏ayx独赢发展方向。华盛顿:世界银行。doi: 10.1596 / 978-1-4648-1197-5。
授权:Creative Commons Attribution CC BY 3.0 IGO
标签:遥感解决方案
21-06-2018 08:28:15 PM
Mohammad riaz kabir说:
24-05-2018上午11:26:32
Douglas Ajagbe说: