【关键字】研究
毕业设计（论文）开题报告
（含文献综述、外文翻译）
题 目 基于微信的PM2.5信息查询平台
姓 名 陈坤 学 号 专业班级 电信1001 所在学院 信电分院
指导教师（职称） 陈忠宝（副教授） 二○一四 年 十 月 二十 日
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毕业设计（论文）
开 题 报 告
（包括选题的意义、可行性分析、研究的内容、研究方法、
拟解决的关键问题、预期结果、研究进度计划等）
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1. 选题的背景和意义
在当今的社会人们生活越来越好已经脱离了解决温饱问题的时代，人们开始关注与生活与健康，但是现在的空气质量越来越差，汽车尾气的排放使得空气中的PM2.5的浓度严重影响了我们的生活与健康。所以人们迫切的需求一个能够方便快捷的查询系统来查询当日该城市的PM2.5值来为出行做好准备和便利。
在2013年的时候中国国内手机用户已经超过了12亿人，手机几乎可以说是人手一架了。随着手机的普及手机应用也开始大幅度的增长，手机的应用大幅度的方便了我们的生活。手机用户越来越多，而作为手机应用的微信也开始迅猛发展，为了方便手机微信用户的各种生活需求和工作需求而进行的微信PM2.5平台的开发。微信的PM2.5查询平台能够给用户提供当日的PM2.5的准确值，让人们知道当天空气质量的好坏，还能够提供当日的天气查询以及未来一周内的天气查询。这就等于一个微信的气象局随时随地的为微信用户提供所需的查询服务。能够满足大众人群的各种气象需求。
1.1 选题的背景
是天气阴霾的主要原因，人们常常会问：明明天空不是清爽，而污染指数却说是良好或优良，是不是搞错了？这是我国现阶段计算大气污染指数使用PM10而使大家对国家环境空气污染指数播报产生疑问的原因
世卫组织曾指出：当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15%。研究也显示，PM2.5浓度越高，呼吸系统病症和心血管病的发病率也同步增高。PM2.5对人体的伤害是如此之重，但大多数人被蒙在鼓里，得不到相应的提示和指导，以采取有效的防范去规避这种伤害，这一现实明显与公共服务的职责和信息公开的精神相悖。PM2.5的重要来源是汽车尾气，恶化的PM2.5数据会给民众以触动，拷问他们在污染防治中的责任，从而提醒更多人少开车，多选择绿色出行。所以让更多广大群众随时随地的知道PM2.5值是很有意义的这就需要一个用户广大的公众平台来实现。
从2012年8月微信公众平台开通以来，微信用户人数日益增多，个个竞争对
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手都黯然失色。基于腾讯的QQ的广大用户人群微信也越来越走进我们的生活，公众平台是腾讯在微信根底上新增的功能模块，是面向名人，，媒体等机构推出的合作推广业务，只要你有一个QQ号就能拥有一个微信公众号，就能实现和特定群体的图文，语音的全方位沟通和互动。
在2013年的今日，微信用户群体已经接近4亿这样大的用户人群给予了我们很大的应用人群根底。所以基于微信公众平台开发的PM2.5的应用将会服务广大的群众。
1.2 国内外研究现状
国外的PM2.5值的研究也是很深刻的，尤其是发达国家如美国，日本和瑞士等西欧国家对于空气质量的维护和控制是下了很大功夫的，汽车尾气排放超标的高额的罚款和极高的森林覆盖面积都大大的提高了国外的空气质量。而在中国随着工业发展和环境的破坏再加上人们的生活条件变好汽车的普及让空气质量越来越令人担忧，许多城市的PM2.5值日益增高。PM2.5值的增高让的许多城市看不到天空原本的颜色整天都灰蒙蒙的，而且PM2.5值的提高让群众患上呼吸道和肺部疾病的几率提高了很多，还好国内现在也越来越重视PM2.5值的研究与控制。 公众平台的研究国外早已经拥有了，国内比较出名和拥有最广大用户的应该就属微信公众平台了。基于广大的QQ用户微信平台的用户也越来越多。所以对于微信平台的应用开发是很有必要的，基于微信平台的PM2.5查询的服务在国内都是比较新鲜的这将有利于广大用户的健康和生活需求。
1.3 发展趋势
基于微信公众平台的发展趋势，再加上人们对生活健康的日益重视，基于微信平台的PM2.5值的查询服务将会有广大的用户群。让人们在生活中随时随地的知道当日PM2.5值的浓度，而且加上天气预报的功能会更加方便用户团体让他们知道更多的信息。分需求知道当日气象或者一周内天气。基于广大用户的天气与健康需求PM2.5查询服务的用户将会越来越多。
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2．研究的基本内容
此课题一研究基于微信的公众PM2.5查询系统，通过微信公众平台来创建自己的微信公众号，通过PHP语音实现程序代码，通过百度开发者应用中心上传代码并应用。首先要解决的是微信PM2.5值查询系统的基本框架设计，确定研究的难点和重点，为接下来的研究做好根底；其次是具体部分的实现，主要通过代码控制微信公众号自动回复的形式和内容；接着将各个部分有机的整合到一起，以期达到功能的最大化；最后要对研究成果进行测试，找出它的不足并加以修复。
2.1 基本框架
微信PM2.5查询系统的基本框架有三点： 一．PM2.5的查询
PM2.5查询模块是微信气象局的核心，其功能主要是查询链接气象局数据库内的数据。查询方式主要是关键字查询，查询结果通过微信特有的图文信息的形式返回。
二．当日天气查询
当日天气查询大大方便了用户的行程安排，给又需要的用户提供了极大的便利比如想出门或者已经出门在外想知道今日会不会下雨或者有太阳而电脑什么的又不在身边。这时候你只要打开手机打开微信发个查询信息到PM2.5公共服务号上你将得到准确的天气情况。
三．未来一周内内天气查询
这是给有需要的用户提供的，比如想选日期出游的用户就比较需求，或者出差在外的用户，我的PM2.5微信公共服务的系统也能提供全国个个城市未来1周内的天气情况，满足了每个用户不同的需求。
以上三个功能能够满足绝大部分用户对于天气的查询，三功能的结合将会给用户带来良好的查询体验。
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2.2 研究的重点和难点
难点一：查询的速度。缓慢的查询速度必定给用户带来不好的查询体验。所以，在查询速度方面，需要寻找适合的数据库和服务器，并尽力简化查询的代码，将查询速度控制在一分钟之内。
难点二：信息的准确性。对于天气信息的准确性有时候也是会出现错误的，当出现错误就会误导用户，给用户带来极大的困扰。所以信息来源是十分重要的必须找到准确的信息来源以提高准确度。
难点三：回复形式单一。由于基于微信的公众平台开发而目前微信公众平台只开通了文字信息，图文信息，音乐信息三种回复方式，且每种信息的样式单一，回复的信息在外形上没有辨识度，给用户带来呆板，单调的印象。
2.3 拟解决的关键问题
一：回复速度较慢。因为目前的代理服务器是百度应用者中心的免费服务器，所以在速度上明显存在不足，而且微信对于2分钟内收不到的信息会进行忽略，有时会发生输入关键字无回复的现象。
二：找到权威性的气象网站，权威性的气象网站出错率比较少而且信息将会很即时的更新，这样就能准确的的到用户所需的信息减少失误率。
三：将会优化文字排版或者进行改进回执方式，尝试语音识别，手势识别等方式查询，不过这都要基于微信平台的进一步改良和开放才能实现。
3．研究的方法及措施
研究方法主要通过去图书馆查询相关文献和在网上查询相关资料并观看相关教程来自我学习，代码开发阶段要通过不断地进行本机测试和上传目前代码并在微信公众平台上测试，并分析回执结果不断改进与更新代码，以不断重复的软件开发手段开发基于微信的PM2.5值的查询系统。
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4．预期研究成果
预计成果将会实现在微信平台上查询到特定城市当日PM2.5值的功能，而且还附带有该城市的当日天气查询与未来一周内的天气查询功能，以便满足不同用户需求。
5．研究工作进度计划
目前对于基于微信的PM2.5查询系统还处于开发阶段，已经通过代理服务器上传相关代码，并申请了微信公众平台的账号，能够通过微信与相关气象网站的数据库系统进行交互，并实行了关键的三项基本功能。
具体来说，在代码方面和功能方面，以PHP语言为根底的代码已经实现了微信PM2.5查询系统的基本架构，能够实现特定城市当日PM2.5的查询功能，该城市当日天气查询功能和该城市未来一周内天气查询功能。目前正在进行代码的优化与压缩精简的工作。
在服务器方面，用的是百度开发者中心的免费服务器，目前暂时能够满足微信交互的需求，不过在回复速度上有些不足，以后可以寻找更新更好的服务器。
在回复的形式方面，以文字信息为主，能够简洁明了的回复用户所查询的相关信息。
基于微信PM2.5查询系统的基本构架与主体部分已经完成，在接下来的时间里就是对于这个系统的优化与完善。
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毕业设计（论文）
文 献 综 述
（包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考依据等）
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基于信微的PM2.5查询系统
1. 国内外研究现状
首先关于微信：
微信是腾讯公司于2011年1月21日推出的一款通过网络快速发送语音短信、视频、图片和文字，支持多人群聊的手机聊天软件。[1]微信公众平台最重要的是发布和订阅方式，是通过二维码让用户扫描订阅，得到用户的相关信息来实行精准的消息推送的。与微博只能发布140字不同，它除了可群发图文外，还能发送语音信息。另外他还能通过一些代码来实现自动回复，达到应用的要求。[2]。用户可以通过微信与好友进行形式上更加丰富的类似于短信、彩信等方式的联系。微信软件本身完全免费，使用任何功能都不会收取费用，微信时产生的上网流量费由网络运营商收取。2012年3月29日，微信注册用户过一亿。微信是一种更快速的即时通讯工具，具有零资费、跨平台沟通、显示实时输入状态等功能，与传统的短信沟通方式相比，更灵活、智能，且节省资费。
微信支持智能手机中IOS、Android、Windows phone和塞班平台。 具体特点如下：
①支持发送语音短信、视频、图片（包括表情）和文字 ②支持多人群聊（最高20人）
③支持查看所在位置附近使用微信的人（LBS功能）
④支持腾讯微博、QQ邮箱、漂流瓶、语音记事本、QQ同步助手等插件功能[3]
2012年1月，微信的广告出现在广州街头的公交车站牌上，除了白色线条勾勒的几个拿着手机形态各异的小人，画面上只有四个字“微信·生活”。这是微信在腾讯平台之外的第一次大规模推广。[4]
但微信的对手仍有增无减。米聊、神聊、飞聊、翼聊、沃友、口信、友你等等与微信类似的二十多个产品，陈列在各智能手机应用商店，这些绕开电信运营商一毛钱/条收费、基于网络的通信应用，除了省钱，还纷纷加入社交功能，试图
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更进一步渗入人们的生活。[5]
微信虽然不是原创，也不是首发与腾讯的发展史一样，微信在骂声中飞快成长——虽然既非原创，又不具备首发优势，但仅仅一年，微信竟远远超越对手们，拥有了5000万用户，微信已成腾讯最为看好的下一个收入增长驱动力。为了让这个被称为“第一个拿到移动互联网船票”[6]的产品迅速商业化，腾讯内部的各个方面资源都在向微信倾斜[7]既依托于腾讯源源不断的弹药支援，又源自其持续改进的细节拿捏仅仅在2011年，微信一共发布了45个不同终端的版本，平均1.15周发布一个。
微信用户在2012年年底时就突破了2亿预计在2014年内会突破4亿用户。所以在微信平台上的服务是很有潜力的而且能够为大众带来更多的方便，国外的等也有过类似的平台。所以类似于微信平台的开发与研究是很有潜力的。目前微信平台的公众服务账号是免费申请的而我准备制作基于微信的PM2.5的信息平台将会给微信用户提供天气的粉尘污染查询和气候查询。
在微信1.0版本2011年发布的时候，打出的口号是“能发照片的免费短信”。但这个口号并未让用户感到惊喜。微信并没有收获预期的用户。接下来三个月，微信团队埋头优化程序，改进包括收发消息速度、流量节省等等产品细节。
经过几个月打磨，2011年5月10日，微信发布了2.0版本，新增语音对讲功能，用户数开始出现大增。这功能并不新鲜，也非微信独创早在2011年1月推出的Talkbox就是主打免费语音。
不过，微信做了相应的改进。当距离感应器无感应，语音对讲默认为扬声器播放，只要把手机贴近耳朵，马上就改为听筒模式，方便在会议中接听。类似这样的改进，还有很多。
真正让微信从国内Kik类软件中脱颖而出的，是第一个加入LBS（基于位置的社交）元素。2011年8月3日，微信2.5版本发布，推出“查看附近的人”功能。它直接将微信从熟人之间的沟通，推向陌生人交友。第二天，陌陌这款定位于陌生人交友的软件也在App Store推出。
微信产品总监刘乐君对南方周末记者介绍说，设计“查看附近的人”功能，为用户提供了查看附近人的头像、昵称、签名及距离，初衷是让微信走近用户生活，以便用户之间产生进一步联系。譬如拼车上班，用户可以把拼车想法写入签名，
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让人家找到你；如废旧物品出售，也可以把商品信息放进去，很快可以找到买家。
把不认识的人圈到一起，成为了微信用户增长的一个重要里程碑。用刘乐君的话说，查看附近的人功能出来之后，微信新增好友数和用户数第一次迎来爆发性增长。
微信并不是第一个想到要把手机聊天和LBS结合起来的。一个来自韩国的女同性恋交友软件EL，2011年2月发布的1.5版本，会列出其他用户和你的距离、所在城市，并按照从近到远排列，方便用户交流。[7]
但通过QQ邮箱和口碑营销，微信倒是第一个被更多用户知道有这个功能的产品，此后模仿者众，几乎成为国内同类产品的标配。
微信产品总监刘乐君对南方周末记者表示，微信从来不担心被模仿，也从来没有去模仿别人，一直都是围绕用户需求来做产品。
主要功能中，很难说有哪一个是微信独创。
但在微信的但微信的对手不仅在国内，也在海外。2011年6月23日，NHN日本公司（NHN是一家韩国互联网公司，拥有韩国排名第一的搜索网站Naver和最大网络游戏门户网站Hangame）发布的手机聊天软件LINE，3个月下载超百万，6个月下载量超过1000万次，7个月下载量超过1500万次。
LINE的用户已经在日本、新加坡、、澳门、、中东之外，延伸到了欧洲，并在瑞士、澳洲、德国、新西兰等国手机应用下载中名列前茅。目前支持日、韩、英、中、土耳其五种语言。它在日本本土还开启了天气预报、餐厅查找等生活服务功能。
微信平台的开放给了微信一个新的起点，人们可以用微信做各种服务，比如查询日期天气，电话费，联系人和路径等等。
关于PM2.5：
可能很多朋友看到pm2.5有一些陌生，其实它是空气中的一种颗粒物，可以进入人体肺部，对人们的身体还是有一定的影响的，现在国内处于亚健康的人占了很大一部分，了解一些关于pm2.5的信息还是很有好处的，下面我们就来说说pm2.5是什么意思，pm2.5标准是什么？
PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20。PM2.5的浓度升高将会引起人们死亡率
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的升高,由于对于总人口来说,每日死亡数是小概率事件,作为一种时间序列模型,其实际分布近似泊松分布所以人们没有清晰的注意到罢了。[8]虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。[9]2011年12月5日，《环境空气质量标准》（二次征求意见稿）征求公众意见截止，新标准拟于2016年全面实施。京津冀、长三角、珠三角三大地区及九个城市群可能会被强制要求先行监测并公布PM2.5的数据。[10]
PM，英文全称为particulate matter(颗粒物）[11]。科学家用PM2.5表示每立方米空气中这种颗粒的含量，这个值越高，就代表空气污染越严重。pm产生的主要来源就是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等在燃烧过程中排放的残留物，PM2.5则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物等[12]。
在城市空气质量日报或周报中的可吸入颗粒物和总悬浮颗粒物是人们较为熟悉的两种大气污染物。[13]再来说说pm2.5的标准是什么样的。pm2.5的检测标准最早是由美国提出来的，主要是为了有效检测工业化而出现的，现今PM2.5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。[14]现在PM2.5写入\"国标\"，纳入各省市强制监测范畴，要求随时对其进行检测。[15]
可吸入颗粒物又称为PM10，指直径大于2.5微米、等于或小于10微米，可以进入人的呼吸系统的颗粒物；总悬浮颗粒物也称为PM100，即直径小于或等于100微米的颗粒物[16]。
我要研究的方向就是基于微信平台给人们做个PM2.5的查询公共服务，应用后能够随时随地的查询人们所关心的空气质量问题和气候问题。
2．研究方向
我所研究的是基于微信的PM2.5值的查询系统，功能模块的设计，关于自动回复代码的设计。我的研究方向是做个微信的气象机构给予人们最新最准确的PM2.5的值和天气情况。一个微信上的气象局，所具有的的功能应有：全国各地当日天气查询，当日城市PM2.5的值的查询，未来几天内天气查询。将这些功能分成三个模块，分别是PM2.5查询模块，当日气候模块，未来气候查询模块。通
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过PHP代码来实现对气象局数据库的访问和对结果信息的加工回复，并通过网友提供的免费API实现其他小功能。
3．进展情况
已经开通的微信公众平台的PM2.5的查询机构已经有了一些，（比如豆立方等）其中，大多数微信PM2.5查询系统只是提供基本的服务内容，但服务项目尚不丰富。提供服务最普遍的是PM2.5值的查询，如豆立方只能查询空气的PM2.5值与空气成分值，并没有其他查询功能，很少部分能够提供天气查询和未来天气查询而在回执速度上做到快速的也很少而我进行的基于微信PM2.5查询系统的开发能够完善这些问题。目前已开发出三项基本功能。PM2.5值的查询，当日天气查询，未来一周内天气查询。
4．存在问题
一：信息的准确性，有些网站提供的PM值与天气气候的信息纯在偏差所以认准信息准确性十分重要。在中国环境监测总站 可以找到全国城市空气质量实时监控
发布平台，其地址为 .147:20035/emcpublish/
该平台由中山大学智能交通研究中心承担，下附新闻：
2013年1月1日开始，由中山大学智能交通研究中心承担承担研发的全国城市空气质量实况发布平台在中国环境监测总站上线使用。该平台按照《环境空气质量标准》（GB3095-2012）（简称“空气质量新标准”）要求，实时发布京津冀、长三角、珠三角等重点区域及直辖市、省会城市等共74个城市、496个监测点位的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入颗粒物（PM10）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO） 和细颗粒物（PM2.5）等6项基本项目的实时监测数据和AQI指数等信息。
二：回执速度偏慢，这讲影响用户的查询体验目前正在想办法改进。因为目前的代理服务器是百度应用者中心的免费服务器，所以在速度上明显存在不足，而且微信对于2分钟内收不到的信息会进行忽略，有时会发生输入关键字无回复的现象。
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三：回复形式单一，由于是利用微信公众平台进行开发基于技术与一些协议的问题只能进行简单的文字回复。由于基于微信的公众平台开发而目前微信公众平台只开通了文字信息，图文信息，音乐信息三种回复方式，且每种信息的样式单一，回复的信息在外形上没有辨识度，给用户带来呆板，单调的印象。不过简单明了的文字已经能满足大部分的用户需求。
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参考文献（含开题报告和文献综述）
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毕业设计（论文）
译文及原稿
译文题目一 PM2.5 原稿题目一 PM2.5 原稿出处一 Jessica Marshall Science Writer
译文题目二 PM2.5和柴油车尾气颗粒在哈莱姆区的空气中的浓度 原稿题目二Airborne Concentrations of PM2.5 and Diesel Exhaust Particles on Harlem
原稿出处二Patrick L. Kinney,1 Maneesha Aggarwal,1 Mary E. Northridge,1'2 Nicole A.H. Janssen,3 and Peggy Shepard4 Volume 108, Number 3, March 2000 * Environmental Health Perspectives
PM2.5
杰西卡马歇尔 科学作家
我们知道空气污染对你的肺不好，但大约20年前，研究人员得出了一个惊人的和重要的发现，细颗粒物污染也可以影响你的心脏，导致心脏病发作和加重心脏病。用直径为2.5微米或更小的微粒物质（PM 2.5），深深地渗透到肺的肺泡区，甚至可以进入血液。在过去的二十年里，研究人员已经确定这些影响的生理和分子基础
肺外。有证据表明，PM 2.5触发炎症反应和氧化损伤的原因，除其他事情。PM2.5点会增加斑块形成
血管，可能会影响自主神经系统，它控制的心跳。
完整的画面是一个正在进行的研究的对象。细颗粒和心血管风险之间的第一连接来自两个具有里程碑意义的流行病学研究，暴露在空气中的微粒物质水平浓
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度是引起居民肺癌和心脏病等死亡率较高的主要发病原因，相比于吸烟和其他因素都要严重的多。2009，美国51个大城市地区的另一个关键的研究表明，最大的改进在PM 2.5的水平在大约1980到2000的时间内有预期改善引起寿命的增长，纠正一些其他变量。美国环境保护署（EPA）开始调整小颗粒分别从较大的可吸入颗粒物（直径10微米）1997。PM10点不能深深渗透到肺和健康的影响相比PM2.5对人们的健康影响更强。该机构已经收紧了PM 2.5标准，已经出现了额外的证据，从PM2.5暴露对健康的影响程度。2012十二月，EPA降低PM 2.5的长期暴露标准。事实上，研究人员已经知道，PM2.5的短期和长期暴露的问题。成千上万的人过早死亡，每年在美国由于短期升高PM 2.5的水平，特别是影响老年人或心脏有问题。PM2.5点构成一个更大的长期的健康风险。全球疾病控制机构的最新评估，发表在肺病的属性，2012年底，每年因为室外颗粒物污染导致3200000人死亡，死亡排名第六全球疾病控制机构的贡献。“大颗粒的影响和空气污染的害处是你最终几乎是令人难以置信的，相反，清洁空气法案有着令人难以置信的大好处，说：”阿迪教皇三世的杨伯翰大学，一个几个流行病学研究作者。事实上，根据美国环保局，每花一美元，对污染控制的执行新的标准将产量12美元到17美元的贡献相比于有益健康。中国和印度等死亡率统计对国家的影响巨大，在空气污染控制后，人口密度高。此外，在许多发展中国家，室内空气污染主要是小粒子产生的室内火炉烧煤，木材，或其他生物量增加了控制机构。从固体燃料的室内燃烧的空气污染是更大全球人口死亡率之一。最近的全球控制机构的疾病评估的是每年3500000人的死亡，这样的室内空气污染，排名第三。全球疾病控制机构的主要原因。在这一研究领域的一个挑战是，PM2.5点是一个复杂的化学混合物，在对比其他空气污染物的EPA规定，这是单一成分。PM2.5点可以来自各种来源的交通，燃煤发电厂，工业，和更多的，虽然有些是从这些来源直接排放，太多的化学物质污染源在空气中形成，如硫酸盐，盐，和挥发性有机物反应或凝结成细颗粒。研究人员正在试图找到污染源pm2.5是最有毒的。知道这个信息会让监管机构专注于控制特定来源的PM 2.5对健康的影响最大。
PM2.5和柴油车尾气颗粒在哈莱姆区的空气
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中的浓度
密集发达城市的居民面临一系列的室内和室外环境风险。其中最受关注的户外因素在纽约市哈莱姆区的居民（纽约市）是复杂的混合物，有毒空气污染物排放在城市的周围来源于（例如，汽车，卡车，公共汽车）。特别是移动排放源的原因，因为其无处不在的性质，因为排放发生在城市街道内人们活动最大的地区。对城市贫民社区如哈莱姆的柴油排放源看似不成比例的浓度，而柴油发动机尾气排放物颗粒物潜在影响着（DEPS）人类健康，近年来已导致到一个社区运动旨在降低柴油机的排放和并行的科学的研究议程，旨在了解污染源之间的关系，浓度，暴露，与人体健康。
最近的流行病学已经在研究大气颗粒物对人体健康的影响情况（PM），其中有几个突出的关键是颗粒在空气颗粒直径＜2.5时的特殊的健康意义（PM2.5）。PM2.5颗粒比大颗粒更有害的原因是因为他们能到达更深的肺部的呼吸道。此外，因为它们是化石燃料的燃烧产物，PM2 .5中往往含有高浓度的有毒物质，包括酸性硫酸盐，可溶性金属，如多环芳香族碳氢化合物的有机化合物。
DEP是PM2.5在纽约的一个重要组成部分。DEP气溶胶包括大致球形核的主要组成元素碳链的聚集体（EC）。DEP具有大的表面积，范围从30至100平方米/克，而广泛的有机化合物的吸附颗粒。几乎所有的有害颗粒大小都在PM2.5的尺寸范围内，各质量中值直径范围到0.3点。由于柴油机燃烧的燃料比传统的火花点火式汽油发动机效率更高，他们提供了更好的燃油经济性。然而，每英里柴油机要比传统的汽油发动机和30-70times超过配备催化转换器的引擎排放的10倍以上的颗粒。
柴油机尾气暴露的可吸入颗粒的大小和DEP组合物提高对人类健康的影响有相当大的危害。在城市地区人们很少公布的一些DEP的数据。更是缺乏一些关于空间变化的污染源密度在人口稠密的城市核心区周围的DEP浓度变化数据。在PM2.5的情况下，有最小的空气质量变化的城市地区在美国东北部。这反映了区域硫酸盐气溶胶PM2.5浓度是主要影响当地的空气质量的主要驱动力，特别是在夏季的几个月。相比之下，表现出更大的空间变化的措施如直接排放如氮氧化物和黑烟，，而这些变化已与当地交通污染源关联。新出现的证据表明，城市地区的
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污染更加显著的，空间变异性的污染源更加依赖PM2.5颗粒。
城市人行道作为行人的运动路径，为各年龄段的儿童提供游戏和娱乐的场所。他们也是成年人的聚集和相互交流的一个重要位点，包括老年人。这些用途在纽约市的城市中心区域特别频繁。儿童和老年人与人行道上其他弱势群体呼吸柴油废气和其他空气污染物的危害特别严重。
本研究是一个正在进行的以社区为基础的研究，以及推广两个学术中心之间的伙伴关系，在纽约的哥伦比亚大学（在曼哈顿北部的环境卫生和哈莱姆的健康促进和疾病预防中心）和以社区为基础的组织[西哈莱姆的环保行动，Inc.（WE-ACT）]。这项研究的目的是生成时间和空间在街上在PM2.5和EC人行道浓度的变化的试验数据，并应用这些数据对柴油机进行在邻近的街道排放的措施，。此外，这项研究是一个新兴的模式，在以社区为基础的研究中，研究人员和社区代表的变成全面合作伙伴不论在工作或者设计，实施，分析，和研究报告上。
材料和方法 社会背景及选址。
一半的哈林在曼哈顿市的北部，在纽约市，是在一个大的庞大的都市区中心。近年来纽约市与年度国家环境空气质量标准，空气颗粒大小直径＜10点规（50微克/立方米）。曼哈顿北部的居民是非裔美国人和西班牙人，主要是低收入者。从柴油机排气污染一直特严重的哈莱姆居民因为柴油卡车和公共汽车交通通过社区的体积大，因为在曼哈顿的八个巴士站七个是位于曼哈顿北部。接近2000柴油巴士将在哈莱姆，经常在靠近学校和住宅。两个主要的南北大道（百老汇大街和阿姆斯特丹大街），穿过哈莱姆是进出曼哈顿的货物的主要卡车路线。
我们选择了四个监测点，本研究共有八个网站。四个监测点的曼哈顿.哈勒姆北部的哈莱姆区的位置。1996夏季，这些网站的目标是，在社区的要求，强化时由纽约市地区的2个办事处的美国环境保护署（EPA）的监测。所有监测点的社区居民共同选定的，由哥伦比亚大学和美国环境保护局的科学家在社区论坛。地点的选择主要是由高交通量和其他柴油机废气的来源（例如，考虑驱动的巴士站）。附加条件包括重要的受体结合位点附近（例如，学校，医院，和住宅区），需要在一个不受控制柴油污染来源的位置网络站点。
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对人行道PM2.5和DEP浓度研究选择四的网站是阿姆斯特丹大道，在曼哈顿维尔车站（巴士站），哈莱姆医院，和埃奇库姆大道。1站（阿姆斯特丹大道）是在第一百二十五街与阿姆斯特丹大道东北角，两个繁忙的道路在一个住宅/商业邻里之间的一个繁忙的十字路口。巴士路线穿过这路口。此外，阿姆斯特丹大道是一个主车路线的货物在交付和离开曼哈顿。2站（巴士站）在第一百三十三街，百老汇和第十二大道之间的南面。尽管交通量很低，在第一百三十三街的巴士站，曼哈顿维尔，在马路的南侧，跨越多块。公共汽车站有通风管道向第一百三十三街。跨街以北是初中。西一块（逆风）是一个主要的公路和铁路线连接曼哈顿北部郊区低。站点3（哈莱姆医院）是在第一百三十五街和莱诺克斯大道西南角，在一个住宅/较少的地方柴油来源比站点1和2的商业街道繁忙的十字路口。在交叉路口的西南角部位相邻3是小学；哈莱姆医院、地铁入口位于东北角。站点4（Edgecombe大道）是在第一百四十一和第一百四十二街之间Edgecombe大道西侧。这种控制网站是在一个安静的住宅区附近的几所学校。
颗粒浓度的测量。监控和交通计数联合在哥伦比亚大学开展，we-act员工，与荷兰瓦赫宁根大学（荷兰瓦赫宁根，荷兰）。每个站点配备了两到四人穿着个人粒子的监视器，在白天的一个子集，计算交通。尽管科研人员是在每个站点在所有采样事件，大部分的工作是由以行动的环保领袖训练组的成员进行了（地球船员），一组17支付社区实习14-18岁。开始前的采样，科研人员分配到每个站点在操作中，训练有素的校准，并，从荷兰瓦赫宁根大学的专家。反过来，训练有素的科技人员，负责，在每个站点的采样操作的监督，包括适当的物理位置和使用的we-act实习生。
在每四个地点，在1996的七月5日PM2.5和EC监测进行了1000到1800小时左右。我们选择了七月因为暑假实习生的可以充分理由和避免供暖季节，当煤和石油炉发出的电子干扰。我们选择监测平日在一个小的商业交通量研究和典型的测量的一致性。5监测天散落在13天的跨度
空气监测为4升/分钟的电池操作的个人采样泵（吉莉安模型吉尔空军5；吉莉安仪器公司，W.考德威尔，NJ）连接的柔性聚乙烯管滤波器的采样盒（大学研究玻璃器皿，Carrboro旅行，NC）。墨盒有一进气嘴和一个抹油的冲击板，消除了颗粒在空气大小直径＞2.5时从空气颗粒中收集然后进入到过滤器中。
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泵是放在腰部用腰带夹夹着或在一个破旧的背包背着，样品盒夹在衬衫的领子上。采样器，由研究人员戴着坐在折叠椅上面临的交通流的人行道。两个相同的泵/盒采样组件在每个站点同时操作（由单独的个人穿）。一个包含重量PM2 5和反射分析的预称重的聚四氟乙烯过滤器和其他含有石英纤维过滤器的经济分析。
流动率由科技人员与预校准的流量计之前和之后的每一个空气取样检查。取样后，工作人员从分离墨盒的管道、水泵。墨盒进行加盖，放在密封袋手运到实验室在哥伦比亚大学。在实验室，墨盒拆卸过滤器是一个正压下，由实验室技术员无颗粒的罩。特氟隆和石英过滤器被放置在单独的无菌培养皿和运到PM2.5，EC外部实验室，和反射分析。
PM 2.5
Jessica Marshall Science Writer
We know that air pollution is bad for your lungs, but some 20 years ago researchers made the surprising and consequential finding that fine-particle pollution can also affect your heart, causing heart attacks and worsening heart disease.Fine-particulate matter with a diameter of 2.5 microns or less (known as PM 2.5), penetrates deeply into the alveolar region of the lung and may even be able to cross into the blood. Over the last two decades, researchers have worked to determine the physiological and molecular basis for these effects
beyond the lung. Evidence suggests that PM 2.5 triggers an inflammatory response and causes oxidative damage, among other things. PM 2.5 may increase plaque formation in the
blood vessels and could affect the autonomous nervous system, which controls the heartbeat.
The complete picture is an object of ongoing research. The first connection between fine particles and cardiovascular risk came from two landmark epidemiological studies that uncovered a robust relationship between levels of fine-particulate matter in the air of
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American cities and the risk to their inhabitants of death from both lung cancer and heart attack, after correcting for smoking and other factors. Another key study in 2009 of 51 United States metropolitan areas showed that the counties with the greatest improvement in PM 2.5 levels between roughly 1980 and 2000 had the largest increases in life expectancy, correcting for a number of other variables . The US Environmental Protection Agency (EPA) began regulating small particles separately from the larger PM10 (with a diameter of 10 microns) in 1997. PM 10 cannot penetrate as deeply into the lungs and its health effects are not as strong as PM2.5. The agency has tightened PM 2.5 standards as additional evidence has emerged on the extent of the health effects from PM 2.5 exposure. In December 2012, the EPA decreased the longterm exposure standard for PM 2.5. Indeed, researchers now know that both short-term and long-term exposures to PM2.5 are problematic. Tens of thousands of people die prematurely in the United States each year because of short-term elevated PM 2.5 levels, which especially affect the elderly or those
with heart problems. PM 2.5 poses an even greater long-term health risk. The latest assessment of the global burden of disease, published late 2012 in Lancet, attributes 3.2 million deaths each year to outdoor particulate matter pollution, ranking it the sixth largest
contributor to the global burden of disease .“What you end up with is almost unbelievably large effects of particle air pollution, and, conversely, almost unbelievably large estimates of benefits from the Clean Air Act,”says C. Arden Pope III of Brigham Young University, an author of several epidemiological studies . Indeed, according to the EPA, every dollar spent on pollution control in implementing its new standard will yield
$12–$17 in health benefits . These mortality statistics have huge implications for countries like China and India, where air pollution control is lagging and populations are high. In addition, in many developing countries, indoor air pollution— largely small particles generated from indoor stoves burning coal, wood, or other biomass— adds to the burden. Indoor air pollution from solid fuel burning takes an even greater toll on global mortality. The recent global burden of disease assessment attributed 3.5 million deaths annually to such indoor air pollution, ranking it the third leading contributor to the global disease burden . One challenge in this research area is that PM 2.5 is a complex chemical mix, in contrast to other air pollutants regulated by the EPA, which
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are single components. PM 2.5 can come from a variety of sources—traffic, coal fired power plants, industry, and more—and although some is emitted directly from these sources, much of it forms in the air when chemicals, such as sulfates, nitrates, and volatile organics react or condense to form fine particles. Researchers are trying to uncover which sources ofPM2.5 are most toxic. Knowing this information would allow regulators to focus on controlling particular sources of PM 2.5 to have the greatest health effects.
Airborne Concentrations of PM2.5 and Diesel Exhaust Particles on Harlem
Residents of densely developed urban neighborhoods face a range of environmental risks both indoors and outdoors. Among the outdoor factors of greatest concern to residents of the Harlem neighborhood of New York City (NYC) is the complex mixture of toxic air pollutants emitted in and around the city by mobile sources (e.g., cars, trucks, and buses). Mobile source emissions are of special concern both because of their ubiquitous nature and because emissions occur at ground level in urban street canyons where human activity is greatest. The seemingly disproportionate concentration of diesel emission sources in underprivileged urban neighborhoods such as Harlem, and the potential impacts that diesel exhaust particles(DEPs) may have on human health, has in recent years led both to a community-based movement aimed at reducing diesel emissions and a concurrent scientific research agenda directed at understanding the relationships among sources, concentrations,exposures, and human health.
The human health effects of airborne particulate matter (PM) have been examined in numerous recent epidemiologic studies, several of which highlight the special health significance of particles < 2.5 pm in aerodynamic diameter (PM2.5). PM2.5 particles are potentially more harmful than larger particles because they can reach deeper into the lower respiratory tract of the lungs. In addition, because they are products of fossil fuel combustion, PM2 5 often contains high concentrations of several toxic substances,including acid sulfates, soluble metals, and organic compounds such as polycyclic aromatic hydrocarbons.
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DEPs are an important constituent of PM2.5 in NYC. DEP aerosols consist of chain aggregates of roughly spherical nuclei composed largely of elemental carbon (EC).DEPs have large surface areas, ranging from30 to 100 m2/g, on which a wide range of organic compounds are adsorbed . Nearly all DEPs fall within the PM2.5 size range,with mass median diameters ranging from0.05 to 0.3 pm. Because diesel engines burn fuel more efficiently than conventional spark ignition gasoline engines, they offer better fuel economy. Nonetheless, diesel engines emit 10 times more particles per mile than conventional gasoline engines and 30-70times more than engines equipped with catalytic converters .
Both the respirable size and the composition of DEPs raise concerns for human health impacts of diesel exhaust exposure. There are few data on levels and patterns of human exposures to DEP in urban areas. Data relating spatial variations in source density to variations in ambient DEP concentrations in densely populated urban core neighborhoods are especially lacking. In the case of PM2.5, there are minimal spatial variations within or between urban areas in the northeastern United States . This reflects the dominant influence of region-wide sulfate aerosols as major drivers of local PM2.5 concentrations,especially during the summer months.In contrast, measures of direct vehicle emissions such as nitrogen oxides and black smoke exhibit greater spatial variations, and these variations have been associated with local traffic sources . The emerging evidence suggests that DEPs and other components ofPM2 5 for which significant local sources exist are likely to exhibit substantial spatial variability in concentrations within urban areas.
Urban sidewalks serve both as pathways for pedestrian movements and as areas of play and recreation for children of many ages.They also are an important locus for congregation and interaction among adults, including the elderly . These uses are especially prevalent in the urban core neighborhoods of NYC. Risks to children, the elderly, and other vulnerable groups from breathing diesel exhaust and other air pollutants on sidewalks are of special concern.
The present study is a part of an ongoing community-based research and outreach partnership between two academic centers at Columbia University in New York (the Center for Environmental Health in Northern Manhattan and the Harlem Center for Health Promotion and Disease Prevention) and a community-based organization[West Harlem Environmental Action,Inc. (WE-ACT)]. The study was
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designed to generate pilot data on temporal and spatial variations in sidewalk concentrations ofPM2.5 and EC at street level, and to relate these data to measures of diesel emissions on adjacent streets. In addition, the study represents an emerging model of community based research in which researchers and community representatives work as full partners in the design, implementation, analysis,and reporting of the study.
Materials and Methods
Community background and site selection.
Harlem is in the northern half of the borough of Manhattan in NYC and is at the center of a large sprawling metropolitan region. In recent years NYC been out of compliance with the annual National Ambient Air Quality Standard for PM < 10pm in aerodynamic diameter (50 pg/m3). Residents of northern Manhattan are predominantly low-income persons of African American and/or Hispanic heritage.Air pollution from diesel exhaust has been of special concern to Harlem residents because of the large volume of diesel truck and bus traffic through the community, and because seven of the eight bus depots in Manhattan are located in northern Manhattan. Nearly 2,000 diesel buses are garaged in Harlem,often in close proximity to schools and housing complexes. Two of the major north/south avenues (Broadway and Amsterdam Avenue) that pass through Harlem are principal truck routes for moving goods in and out of Manhattan.
We selected the four monitoring sites for the present study from a total of eight sites in . Locations of four monitoring sites in the Harlem neighborhood of Northern Manhattan.Harlem. In summer 1996, these sites were targeted, in response to community requests,for intensive PM monitoring by the New York City Region 2 office of the U.S Environmental Protection Agency (EPA). All of the monitoring sites were selected jointly by community residents and by scientists from Columbia University and the EPA at community forums. Site selection was driven primarily by concerns about high traffic volumes and other diesel exhaust sources (e.g.,bus depots). Additional criteria included the proximity of important receptor sites (e.g.,schools, hospitals, and residential complexes)and the need for a control site in a location less impacted by diesel sources.
The four sites chosen for the study of sidewalk PM2,5 and DEP concentrations were Amsterdam Avenue, the Manhattanville Bus Depot (bus depot), Harlem Hospital, and Edgecombe Avenue. Site 1 (Amsterdam Avenue) was on the northeast corner of 125thStreet and Amsterdam Avenue, a busy intersection between two heavily traveled
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roadways in a residential/commercial neighborhood.Eight bus routes pass through this intersection.In addition, Amsterdam Avenue is a principal truck route for the delivery of goods in and out of Manhattan. Site 2 (bus depot)was on the south side of 133rd Street between Broadway and 12th Avenue. Although traffic volumes are low on 133rd Street, the Manhattanville Bus Depot, on the south side of the street, spans much of the block. The bus depot has ventilation ducts directed toward 133rd Street. Across the street to the north is a junior high school. One block west(upwind) is a major highway and a commuter rail line linking the northern suburbs with lower Manhattan. Site 3 (Harlem Hospital)was on the southwest corner of 135th Street and Lenox Avenue, a busy intersection in a residential/commercial neighborhood with fewer local diesel sources than sites 1 and 2.Adjacent to site 3 on the southwest corner of the intersection is an elementary school;Harlem Hospital and a subway entrance are located on the northeast corner. Site 4(Edgecombe Avenue) was on the west side of Edgecombe Avenue between 141st and142nd Streets. This control site was in a quiet residential neighborhood near several schools.
Particle concentration measurements.Monitoring and traffic counting was carried out jointly by staff from Columbia University,WE-ACT, and the University of Wageningen(Wageningen, The Netherlands). Each site was staffed by two to four persons who wore personal particle monitors and, on a subset of days, counted traffic. Although a scientific staff member was present at each site during all sampling events, much of the hands-on work was carried out by members of WEACT's Environmental Leadership Training group (the Earth Crew), a group of 17 paid community interns 14-18 years of age.Before the start of sampling, scientific staff members assigned to each site were trained in the operation, calibration, and proper placement of the personal samplers by Janssen, an expert from the University of Wageningen. The trained scientific staff were responsible, in turn, for oversight of the sampling operations at each site, including the proper physical placement and use by the WE-ACT interns.
At each of the four sites, monitoring for PM2.5 and EC was carried out between the hours of 1000 and 1800 on 5 weekdays in July 1996. We chose July because of the availability of summer interns and to avoid the heating season, when coal and oil furnaces emit EC. We chose to monitor on weekdays for consistency in a small study and for the measurement of typical commercial traffic volumes. The 5 monitoring days were scattered over a 13-day span.
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Air monitors consisted of 4 L/min battery-operated personal sampling pumps(Gillian model Gil-Air 5; Gillian Instrument Corp., W. Caldwell, NJ) attached by flexible tubing to polyethylene filter sampling cartridges(University Research Glassware,Carrboro, NC). The cartridge had an inlet nozzle and a greased impactor plate, which eliminated particles > 2.5 pm in aerodynamic diameter from the air stream before collection on the filter.
Pumps were worn at the waist using a belt clip or in a backpack, and the sample cartridge was clipped to the shirt collar.Samplers were worn by study staff, who sat on folding chairs on the sidewalk facing the flow of traffic. Two identical pump/cartridge sampling assemblies were operated simultaneously at each site (worn by separate individuals).One contained a preweighed Teflon filter for gravimetric PM2 5 and reflectance analysis and the other contained a quartz fiber filter for EC analysis.
Flow rates were checked by scientific staff with precalibrated rotameters before and after each air sampling event. After sampling,staff members separated cartridges from the tubing and pumps. The cartridges were then capped and placed in resealable bags for hand transport to the laboratory at Columbia University. At the laboratory, the cartridges were disassembled and the filters were removed in a positive-pressure, particle free hood by a laboratory technician. Teflon and quartz filters were placed in individual sterile petri dishes and shipped to external laboratories for PM2.5, EC, and reflectance analyses.
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