تعد جودة الهواء من العوامل المؤثرة بشكل كبير على صحة الإنسان. ووفقا للاحصاءات، اسفر تلوث الهواء عن وفاة أكثر من 7 ملايين شخص حول العالم عام 2023.

ويشهد هذا الوضع تغيرا مع تطور تقنيات الذكاء الاصطناعي وسرعة اندماجها في مختلف القطاعات. حيث تعمل العديد من الدول حول العالم، بما فيها الصين، على دمج الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء والبيانات الضخمة في أنظمة مراقبة جودة الهواء الحالية لديها لتتبع التغيرات الجوية، وتقديم إنذارات مبكرة بمخاطر التلوث، وحماية كل نفس نتنفسه في العصر الرقمي.

تُعدّ نماذج الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي بمثابة "عيون ذكية" مقارنةً بقيود أنظمة المراقبة التقليدية، فهي قادرة على جمع وتحليل كميات هائلة من البيانات في الوقت الفعلي، وتحديد التغيرات في الملوثات بدقة. وهذا لا يقلل تكاليف العمالة ويجعل معلومات جودة الهواء متاحة على نطاق أوسع فحسب، بل يُحسّن أيضًا دقة التنبؤات بشكل كبير، مما يدعم اتخاذ القرارات العلمية من قبل الحكومات والشركات، ويبني خط دفاع صحي.

لقد طبّقت عدة دول بالفعل تطبيقات متعددة لرصد جودة الهواء باستخدام الذكاء الاصطناعي: فنظام "Ai_r" منخفض التكلفة في جنوب أفريقيا، والذي لا تتجاوز تكلفته 100 دولار أمريكي، قادر على رصد بؤر تلوث الجسيمات الدقيقة (PM2.5) والتنبؤ بها، ويجري نشره تدريجياً في جنوب أفريقيا. أما نظام "AI-Air"، الذي طُوّر بالاشتراك بين جامعة ماكاو للعلوم والتكنولوجيا والأكاديمية الصينية لعلوم الأرصاد الجوية، فقد حقق نتائج باهرة في مدينتي تشنغتشو وهايكو.

كما تحققت إنجازات رائدة في مجال رصد جودة الهواء عبر الأقمار الصناعية.

طوّر فريق البروفيسور شي تشونغ في معهد أبحاث معلومات الفضاء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، بالتعاون مع علماء يابانيين، خوارزمية "AIRTrans" ، وتتميز هذه الخوارزمية بقدرتها على استخلاص خصائص الهباء الجوي والتنبؤ باتجاهات التلوث بكفاءة عالية. وقد ارتفعت دقة أنظمة التنبؤ المماثلة القائمة على الذكاء الاصطناعي في الصين إلى 92% خلال 18 شهراً، كما طوّرت كوريا الجنوبية نظاماً مماثلاً للرصد والإنذار المبكر.

ومع ذلك، لا يزال تطبيق رصد جودة الهواء باستخدام الذكاء الاصطناعي يواجه تحديات. وإنّ نقص كميات هائلة من بيانات التدريب الدقيقة، وارتفاع تكلفة إنشاء الأنظمة، ونقص الكفاءات المتخصصة، وصعوبة دمج البنية التحتية الجديدة والقديمة، كلها أمور تستدعي معالجة عاجلة.

في المستقبل، ومع تحسين نماذج التنبؤ بالذكاء الاصطناعي وانتشار استخدام مستشعرات إنترنت الأشياء، ستُمكّن الطائرات المسيّرة المزودة بالذكاء الاصطناعي من رصد التلوث في المناطق النائية، وستُحفّز المدن الذكية نشر شبكات الاستشعار. وسيؤدي التكامل العميق بين الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء والبيانات الضخمة إلى نقل مراقبة جودة الهواء إلى مرحلة جديدة تتسم بدقة وكفاءة عاليتين.

参考内容：

  我们每时每刻都需要呼吸空气来维持生命，空气质量的高低对人类健康有着深远影响。然而，据统计，2023年全球因空气污染致死的人数超过700万。

  随着人工智能（AI）技术崛起及与各行业的快速结合，这一局面正迎来转机。据世界经济论坛官网近日报道，多国正将AI、物联网与大数据融入现有空气监测体系，追踪大气变化，预警污染风险，为人类在数字时代的每一次呼吸保驾护航。

  人工智能“慧眼”识尘

  “工欲善其事，必先利其器”。传统空气质量监测系统如管中窥豹，而AI与机器学习模型就像拥有了一双“慧眼”，能实时采集、分析并处理海量数据，精准识别空气中污染物水平的变化。

  自动化分析可以降低人工成本，让空气质量信息“飞入寻常百姓家”。此外，最新研究表明，机器学习显著提升了预报精度，纠正了以往的低估或高估之弊。基于数据的深度分析，能够助力政府和企业把握先机，明智决策，构筑健康防线，保护人们免受有害空气污染的影响。

  多款应用相继推出

  目前，多国正借助AI技术，投身于这场“蓝天保卫战”。

  南非粒子物理学家团队研发了名为“Ai_r”的创新系统。团队负责人、南非埃塞姆巴加速器基础科学实验室加速器物理研究所所长布鲁斯·梅拉多教授表示，该设备单价仅约100美元，外观就像一个盒子，内置微型激光器，通过光线散射原理检测颗粒物浓度。设备可置于窗台，持续采样并实时上传云端。目前，约翰内斯堡已有20台设备投入运行，另有120台待部署，未来计划覆盖全南非数万台。Ai_r的独特之处在于，不仅能监测当下情况，还能预测污染热点，特别是针对能深入肺血的PM2.5颗粒物，有助当局精准施策。

  澳门科技大学与中国气象科学院科学家则联手打造了“AI-Air”系统。该系统结合大气化学环境模型，在郑州与海口等典型城市应用，显著提升了污染物浓度的预测能力，并能解析不同地形气候下的关键气象因子，展现了AI在复杂环境下的应用潜力。

  “AirQo”系统正服务于非洲16座城市，以低成本传感器结合AI算法，为健康决策提供依据。

  基于卫星的空气质量监测亦获突破。

  中国科学院空天信息研究院石崇教授团队与日本科学家合作，开发出“AIRTrans”算法。该系统大幅提高了从多光谱卫星观测数据中提取气溶胶关键特性的准确性和效率。这一AI驱动的工具已成功利用卫星捕捉气溶胶浓度及其大小信息，成为污染物监测和预警系统的有效解决方案。通过分析以往数据集，它还能预测特定城市的污染趋势。

  另有数据显示，类似的AI驱动预测系统在中国应用后，18个月内预测准确率已攀升至92%。

  此外，还有韩国研究人员也利用多种算法开发了空气质量监测预警系统。

  技术落地面临挑战

  尽管前景广阔，但AI助力空气质量监测之路仍面临一些亟待解决的问题。

  首先是数据之困，AI模型训练依赖海量精准数据，而数据可用性往往受限；其次是成本之重，建立系统需数据中心与大量电力支持，耗资巨大；最后是人才之缺，算法开发与硬件维护的专业人才匮乏，且将新系统融入旧基础设施，既昂贵又复杂。

  唯有攻克这些难关，方能让AI监测系统高效、准确且经济地运行。

  未来，预测模型将更精进，物联网传感器更普及。AI驱动的无人机可深入偏远之地检测污染物；智慧城市将推动低成本传感器网络部署，持续实时反馈城市污染水平。

  通过与物联网和大数据的深度融合，加上AI的实时与预测性分析，空气质量监测将迈向高分辨率、高效率的新阶段。

来源：人民网、科技日报

编辑：马学军