AQI指數看攏嘸,空氣汙染情報有沒有可能更直覺?——「巨量資料視覺化」工具

 
2018/05/10 郭嘉真 | 國家實驗研究院國家高速網路與計算中心
葉家宏 | 國立臺灣師範大學電機工程學系
王偉仲 | 國立臺灣大學數學系     616
「巨量資料視覺化」工具是將龐大數據資訊轉換成圖像的技術,以這種技術製作的圖像非常容易理解,能讓讀者用看圖說話的方式快速吸收資訊,而不需花費太多時間思考。現在科學家將這種技術用於呈現空氣品質觀測站的觀測資料,將空氣汙染物(以直徑小於2.5微米的懸浮微粒為代表,即PM2.5)繪製成3D小球,放入立體場景中,並以顆粒數量和顏色來代表汙染物濃度,使讀者可輕鬆辨識圖中的資訊,最終目標是讓任何人看圖都能脫口而出:「哇!今天的空氣品質很好/不好欸!」
 
「今天空氣感覺好差!天空灰濛濛的。」
 
每當空氣品質糟到讓人無法忽略,想必你也會不自覺拿起手機,看一看現在呼吸的空氣到底有多髒?
 
目前大部分的天氣APP都有提供即時空氣品質指標(AQI)的資訊,而臺灣地區的數據大多由行政院環境保護署的空氣品質監測網提供。空氣品質監測網的首頁顯示了全臺即時的空氣品質概況,並提供查詢各地最近一次更新的觀測數據。現行的空氣品質指標(AQI)依數值區分為六個等級:良好(綠色)、普通(黃色)、對敏感族群不健康(橘色)、對所有族群不健康(紅色)、非常不健康(紫色)、危害(褐紅色)。若某個地區被標示代表「非常不健康」的紫色菱形,就表示該地區目前正處於被網民暱稱「紫爆」的高度汙染狀態中。
 
 
然而,即使有明確的數值作為指標,我們眼睛所見仍是灰濛濛的天空,難以想像到底「紫爆」會嚴重到什麼程度?
 
   給觀測數據一個具體的形象
 
為了讓查詢即時空氣品質的民眾更「有感」,「巨量資料視覺化」工具的開發勢在必行。這項工具由財團法人國家實驗研究院國家高速網路與計算中心郭嘉真研究員、臺灣師範大學葉家宏教授與臺大研究團隊共同合作,負責將各種龐大的數據轉換成大人小孩都能讀懂的圖像。除了呈現空氣品質監測網中各種觀測數據的結果,還能透過圖像說明不同數據之間有什麼關聯,並幫助你推測未來幾天所在地的空氣品質可能如何變化。
 
 
   和監測網同步更新的資料取得機制
 
目前全臺灣各地共有76個空氣品質觀測站,24小時不間斷的觀測懸浮微粒(PM10及PM2.5)、二氧化硫(SO2)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、氮氧化物(NOX)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)及碳氫化合物等常見的空氣汙染物,並同時觀測風向、風速、大氣壓力、溫度、雨量等容易影響空氣汙染情形的天氣資訊。在常見的汙染物中,以細懸浮微粒(PM2.5)最具代表性,這是因為工業廢氣及汽、機車排放廢氣中都含有大量的PM2.5,當它被吸入人體,由於體積非常小,可以輕易的通過呼吸系統中設下的各種防禦屏障而到達肺部,甚至經過血液輸送到全身,引發呼吸疾病及心血管疾病。
 
因此,「巨量資料視覺化」工具利用空氣品質監測網的PM2.5觀測資料作為基礎,配合各觀測站詳細的經、緯度位置及臺灣島3D立體模型,繪製出可呈現各地空氣品質現況的臺灣全島地圖。為了使每個地區能獲得更加精確的資訊,這份地圖以九百分之一格的經、緯度網格為單位,將全臺灣區分成六千多個區塊。而空氣品質指標數據則依照監測網的發布頻率,每小時同步更新一次,提供使用者最即時的資訊。
 
 

 

   把懸浮微粒變立體,汙染程度「看」得見

 

有了最新的PM2.5觀測數據後,就可以根據觀測站的所在地,將數據對應至臺灣全島地圖上相符的區塊。PM2.5濃度數據的單位為微克/立方公尺(μg/m3),為了讓使用者更容易理解,濃度由0開始,每增加25單位,畫面中就會增加一顆新的球形粒子。濃度越高,粒子的數量就越多,排列得也越緊密。除此之外,粒子的顏色也與空氣品質指標AQI相對應。若圖中顯示為黃色或沒有粒子,表示目前的空氣品質不會對健康造成明顯的不良影響。若粒子呈橘色甚至是其他顏色,就需多加留意避免外出,當不得不外出時,建議一定要配戴口罩保護自己哦!

 
 
   從建築物一樓到頂樓,現在你家附近的空氣品質怎麼樣?
 
比起大範圍的空氣品質狀況,如果可以知道目前你家周遭區域的空氣品質與健康建議,一定會更實用吧!
 
為了讓民眾更便利的使用空氣品質資料,「巨量資料視覺化」工具除了提供臺灣全島及北部、西南部、東部的分區畫面,更貼心的開發了能顯示單一建築物周邊空間垂直分布的功能。只要選擇建築物所在的區塊,電腦系統就會呈現以該座建築物為中心的立體場景,並利用鄰近空氣品質觀測站的PM2.5濃度數據來繪製懸浮微粒的分布圖。
 
使用這項功能時,PM2.5濃度每增加1單位(μg/m3)就會在畫面中增加二十顆新的粒子,粒子的顏色同樣依照空氣品質指標AQI來決定。你可以依據自己的偏好,隨意轉動畫面,從不同的視角來觀察懸浮微粒濃度的分布情形。
 
 
如此一來,就可以很輕鬆的查詢當下鄰近區域甚至周圍環境的空氣品質,是不是更方便了呢?
 
   你以為「巨量資料視覺化」工具只能用在空汙資料上嗎?
 
郭研究員表示,除了給予空氣汙染監測數據全新面貌,目前「巨量資料視覺化」工具也嘗試應用在癌症疾病史的分析。衛生福利部網站提供了歷年來全國各種癌症發生及死亡的統計資料,但這些數據對一般民眾而言猶如霧裡看花。現在,我們終於有了新的選擇。
 
「巨量資料視覺化」工具將這些數據繪製成簡單易懂的趨勢圖,將年份、癌症類別、性別與縣市資料都囊括進程式中,使用者可以自由運用不同數據進行交叉比對。這項應用不僅讓一般民眾使用上更便利,也能幫助癌症相關研究人員更有效率地分析龐大的資料。
 
 
在你閱讀這篇文章時,「巨量資料視覺化」工具也正如火如荼的進行開發與優化。期待系統正式上線後,可以提供民眾絕佳的資料查詢與視覺體驗。
 
(本文由科技部補助「科普資源整合運用與推廣整合型計畫」執行團隊撰稿、執行編輯)
審校:羅書韻
 
 
 
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