2019年3月21日
数人头:回顾水泵和炉具传感器的早期研究
贡献:Evan Thomas，需求:ASME全球发展评论
《需求:ASME全球发展评论》创刊号于2013年发表了SWEET传感器的早期案例研究之一。这些传感器是一套低成本、低功耗的设备，用于收集有关水泵、清洁炉灶和准备食物的厨房室内空气质量的数据。埃文·托马斯博士负责波特兰州立大学的SWEET实验室，并与人合著了这项研究。如今，《Demand》杂志在经过六年的出版研究后即将关闭，该杂志深入报道了全球发展中设计、工程和社会风险最有趣的表现。开云全站app登录官网入口下载为了向《需求》杂志的出版以及像托马斯博士这样指导全球发展工程领域的专家的工作表示敬意，我们在这个网站上转载了《需求》的文章。开云全站app登录官网入口下载
这个案例研究之后发生了很多事情。托马斯博士现在是科罗拉多大学博尔德分校摩顿森全球工程中心的负责人。开云全站app登录官网入口下载他和他的团队已经发表了数十篇关于他们的传感器和相关研究的论文。
托马斯博士说:“我们已经比这更进一步了。”他为感兴趣的人提供了以下出版物清单。Demand的案例研究如下。
- 量化东非大裂谷长期干旱对地下水需求的增加，全环境科学, 2019年
- 集成机器学习和预测可以实现农村手动泵99%的正常运行时间，《公共科学图书馆•综合》, 2017年
- 超越破碎的泵和承诺:重新思考环境健康的意图和影响，能源研究与社会科学杂志, 2017年
- 衡量实现环境卫生和个人卫生目标的进展，水线, 2018年
- 与环境卫生干预措施电子监测相关的行为反应性——一项使用滤水器和炉灶的聚类随机试验”,环境科学与技术，2016
- 卫生检查作为农村饮用水粪便污染风险评估工具的有效性:来自印度西孟加拉邦的数据回顾，美国热带医学与卫生杂志, 2017年。
- 评估农村手摇泵上的蜂窝仪器以改善服务提供——卢旺达农村的纵向队列研究”,环境科学与技术，2015
- 波特兰州立大学:gsm传感器用于监测手泵，以改善卢旺达的供水服务，GSMA, 2016年
- 用于监测水和卫生干预的原位和遥感技术综述，水, 2018年
- 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，世界银行，2018年
- 埃塞俄比亚低地改善供水服务的实时监测，美国国际开发署低地WASH活动和美国国际开发署可持续WASH系统学习伙伴关系简报，2018年
雅加达清点人头
实地调查是长期以来评估开发项目成功与否的工具，但也容易产生偏差。使用特别安装的远程监测传感器可以成为收集更多数据的工具吗?
2010年，色彩鲜艳的厕所开始在印度尼西亚雅加达及周边地区出现。这些厕所可能是全球救援和发展机构美慈(Mercy Corps)及其最近在该地区开展供水、环境卫生和个人卫生项目的最明显标志。¶在雅加达，就像世界上许多地方一样，干净的水是一种奢侈品，它的1000万居民中有许多人没有。因此，腹泻是大雅加达地区儿童营养不良和死亡的主要原因。显然，获得健康的供水和卫生服务是预防腹泻和其他疾病的关键一步。
美慈的一个名为RW Siaga Plus+的项目，在大雅加达地区的一些地点安装了厕所和洗手站。它还包括一项广泛的行为改变运动，以鼓励使用厕所和改善洗手习惯。开云体育体育赛事正如我们稍后将讨论的那样，这一倡议在几个方面证明是相当成功的。RW Siaga Plus+是围绕卫生部现有的RW Siaga方案形成的，这是一个综合社区卫生方案，重点是发展社区预防和应对卫生问题、灾害和紧急情况的能力。RW Siaga Plus+项目旨在将供水和卫生基础设施纳入这一基础项目。
这个项目也被设计成一个美慈印尼该组织的主要目标是:通过增加清洁水供应和改善卫生条件，在贫困的城市住区创造健康的身体。其目的是通过改善水和环境卫生条件以及个人卫生和营养行为，减少传染病的风险，从而减少这些社区的营养不良发生率，特别是5岁以下儿童的营养不良发生率。
两项关于RW Siaga Plus+有效性的研究结合了两组现场数据:传统的调查密集型评估方法(包括由项目工作人员进行的住户调查，作为监测和评估过程的一部分)和使用特殊低成本、低功耗传感器的远程监测。
传统的评估方法有时会高估采用率。
传感器与传统的住户调查和定性方法的结果结合使用，是解决一个老问题的新方法。到目前为止，像美慈这样的组织主要依靠社区成员的直接反馈来衡量项目的成功程度。但这种传统的评估方法有时会由于各种因素而高估采用率，其中包括受访者倾向于选择性遗忘，以及希望提供帮助;实地工作人员“代表采访对象”提出报告的可能性;被采访者的疲劳;以及没有包括在分析阶段被证明是关键的调查问题。这种现象并不新鲜。它已在许多情景中得到证明，包括确定观察结果与自述回忆水储存、洗手和排便习惯之间相关性差。
考虑到这一点，该团队开始研究传感器是否能够确定调查结果是否反映了RW Siaga Plus+计划的实际采用行为率。我们的目标是评估仪器监测是否可以收集采用行为的数据，并将其与定性工具和家庭调查进行比较。通过使用这些传感器，实时数据可以低成本地记录和分析，以研究接受者在干预中的行为。来自传感器的数据还可以与其他数据源结合使用，以了解可能影响相关系统质量的规划、社会、经济和季节变化。开云体育体育赛事
此外，可以分析行为模式，例如如何以及何时使用系统，从而通过将用户行为集成到系统的设计和修改中来帮助开发一个可持续的系统。
与总部位于波特兰的史蒂文斯水质监测公司,可持续水、能源和环境技术实验室在波特兰州立大学开发了两种低功耗、低成本、用户友好的硬件仪器，以测量该项目的水和卫生设施的实际使用情况(以及美慈组织在海地主持的另一个涉及炉灶的项目)。
遥感监测
由波特兰州立大学SWEETLab开发的传感技术(由合著者监督)埃文·托马斯。)称为SWEETSense．该实验室正在与各个合作伙伴合作，在不同的场景中实现传感器，以评估其潜在的应用。
据信，SWEETSense技术有潜力为一系列部门和社区的项目使用和性能提供客观、定量和持续的运营数据。
在所有情况下，SWEETSense硬件平台将商用前端传感器与比较器电路板结合在一起，以合理的高频率采样这些传感器，这些传感器被选择用于水处理、炊具、卫生和基础设施等应用。比较器板监测传感器的触发阈值事件，开始和结束定期的本地数据记录。比较器经常对传感器采样，输出输入低功耗的微型计算机芯片，记录参数变化发生的相对时间。开云体育体育赛事日志记录继续进行，直到参数返回到预定的基线。对存储的事件进行编码，以减少数据量，从而减少传输所需的能量。车载SD卡允许本地备份日志记录，以及当手机信号塔被禁用或超出范围时的日志记录。
当应用于水流测量时，传感器比较器检查报告的水压数据并等待变化，这可能表明水龙头已经打开。开云体育体育赛事当观察到水压突然下降时，系统开始记录压力读数，直到用户关闭水龙头。关闭水龙头会导致所谓的水锤效应，导致压力读数激增。压力峰值是停止数据记录并返回低功率采样的信号。两个压力传感器，或一个压差传感器，通过孔板或管道直径的差异，允许相关的压差读数与容积流量。
每天至少一次，比较板中继记录的数据事件到另一个父板或直接通过蜂窝网络或WiFi到互联网。数据处理在基于互联网的软件程序上实现，主要算法存储在其中。基于互联网的程序还包含手动和自动更新的校准文件，定期和自动中继回本地传感器板。
数据与SweetData这是一个托管在亚马逊弹性计算云上的在线数据库。首先，传感器板在可重构周期内传递数据。然后，基于互联网的协议将原始数据处理为汇总统计数据，并将这些结果与数据库进行汇总，向前端用户提供关于每个传感器的使用频率和性能以及所监控的技术的汇总数据。
大多数常用的数据采集系统需要多个组件，包括传感器、微处理器、记录器、无线电、天线和电源，这些组件被分开包装和销售，从而增加了成本、复杂性和功耗。此外，许多现有的系统需要专门的软件来收集和分析数据。
相比之下，SWEETsense硬件平台的架构在成本上要低得多，而且对于终端用户来说，比功能相似的现成组件集合更容易使用。该平台完全集成，包括前端传感器、处理硬件、无线电和电源。它的设计是为了最大限度地提高数据的价值，并最大限度地降低功耗;事实上，高分辨率的数据记录是由普通的AA电池供电的。
RW Siaga Plus+监测项目于2009年9月至2011年9月在16个贫困城市社区实施rukun沃加在雅加达西部的Duri Utara, Duri Kosamb和Bekasi kelurahan或街道，以及Bekasi市的Margahayu街道。
在开始这项为期两年的计划之前，美慈计划:
- 1400户家庭(约7000人)将有机会使用改善的卫生设施。
- 30000户家庭都能喝到安全的水
- 30000年护理人五岁以下的儿童是否会采取适当的卫生和营养行为。
- 所有目标社区将在RW Siaga Plus+的第二年负责RW Siaga+计划的至少一个组成部分，例如定期清洁和维护设施以及社区健康促进，为计划完成后复制该计划的模式做准备。
在RW Siaga Plus+项目结束时，美善组织进行了一项公共卫生评估，使用了具有统计意义的家庭调查样本、焦点小组讨论和访谈，以确定该项目在实现行为改变和实现总体项目目标方面的有效性。开云体育体育赛事他们发现自我报告对一些行为改变的依从性很高。开云体育体育赛事但是，由于知道传统的调查方法有时会有数据偏差，美慈组织要求我们看看是否可以使用传感器来收集有关卫生实践的长期定量见解。
2012年9月，在该项目正式结束的一年后，厕所运动探测器和洗手传感器都安装在了该研究针对的16个社区中的4个地点。流量计安装在从高架水箱供水到洗手站和厕所水桶灌水龙头的管道上。厕所监控器与流量计放在一起，监测每个隔间的开门和关门情况，以及四个可用隔间中的一个的运动情况。每个传感器都是相互独立的。
所有数据分析都是在线进行的，每个传感器报告的数据都使用经过验证的分析算法进行独立分析。流量计被校准到安装位置的压力。否则，所有相同类型的传感器都以相同的方式进行分析。这些算法生成带有日期和时间戳的事件表。
将这种数据收集与传统的评估方法相结合，可以让我们更深入地了解什么是有效的。
所有八个传感器——四个地点每个地点两个——至少连续工作了四个月。然而，传感器电池以不同的速度消耗，其他因素，如湿度或蜂窝网络连接，导致报告的数据天数不同。在分析期间，通过只考虑报告数据期间的平均使用计算来补偿这些变化。因此，虽然一个传感器可能报告了100天的数据，而另一个传感器可能报告了150天的数据，但每个传感器都是各自报告期内的平均数据，从而产生可以直接比较的结果。
为了将收集到的公共卫生监测和评价调查数据与传感器数据进行比较，分析考虑了四个区域中每个区域的目标家庭受益人口，除以站点数量，然后乘以雅加达的平均家庭规模，得到每个站点的平均目标人口。对于厕所监控器，由于传感器只监控四个隔间中的一个，这一数字进一步减少了3/4。通过厕所建筑入口进入的第一个隔间被安装了仪器，假设这将是最繁忙的隔间。然后，分析假设每种使用都代表目标人群中的一个独特个体。
更重要的是，流量计没有区分安装在厕所里的水龙头是用来冲水还是用来洗手和其他用途。这可能是有偏见的结果，表明洗手的依从性比实际发生的情况更大。
实地调查vs.监测数据
RW Siaga Plus+项目在2010年1月和2月对460户家庭进行了基线调查，在2011年1月进行了中期评估，并在2011年5月至9月期间对500户家庭进行了最终调查。最终评估于2011年9月6日至16日在雅加达和贝卡西进行，数据收集自项目实施的所有四个分区。最终评估的目的是评估整个RW Siaga Plus+项目的结果和对社区的影响，并记录从项目干预中吸取的经验教训。
在比较基线数据和终点数据时，该项目似乎对16个社区的关键目标指标的行为变化产生了重大影响。在关键时刻洗手的成年人增加了6,367%，儿童增加了556%。其他研究结果显示，报告的儿童露天排便减少了37%，报告的0至5岁儿童腹泻发病率也下降了35%。值得注意的是，所有这些都是受访者代表自己或他们的孩子自我报告的行为。所有与行为相关的问题都是开放式的，有些问题允许多个回答。
2013年3月对四个地点的厕所和用水数据进行了SWEETSense仪器的分析。我们发现不同地点之间有很大的差异。此外，在所使用的服务类型上，站点与站点之间存在明显差异。
比较使用厕所的情况(左瓶)和使用厕所后用水情况(右瓶)
例如，贝科詹的厕所使用率明显高于其他地点，而贝卡西的用水量明显高于其他地点。这里需要注意的一点是，勿加西地点比其他地点早一年或更久，而且位于大雅加达地区人口密度较低的地区，因此美慈可能比其他地点更有效地鼓励勿加西遵守洗手规定，尽管目前还无法证实。
在比较住户调查数据和传感器监测数据方面，虽然我们可以利用现有数据计算出一个粗略的近似值，但不可能进行精确的比较。我们可以将厕位的运动检测数据与厕所使用的调查结果进行比较，并将通过传感器监测获得的厕所使用后的实际用水量与使用后洗手的自我报告进行比较。总的来说，我们发现传感器分析显示，与最终调查报告相比，使用厕所设施的人数显著减少，使用厕所后洗手的用水量也显著减少。举个例子，虽然终点调查发现，60.3%的护理人员在使用厕所后洗手，但对传感器数据的分析发现，使用厕所后用水的情况在0%至40%之间。
调查数据显示，使用公共厕所的比例为0 - 35%，而使用美慈建造的公共厕所的比例为0 - 15%。从传感器中也发现了类似的数据，大约2%到25%的目标人口使用美慈建造的公共厕所，高于调查报告。根据洗手水龙头的使用情况，在这4个设施中，0 - 40%的人似乎在使用厕所后洗手，这明显低于最终报告的数字。然而，传感器只观察了被监测厕所的行为，尚不清楚这是否代表了使用其他类型厕所后的洗手习惯，而终点调查则观察了所有家庭的洗手习惯。
传感器分析显示，与用户调查报告相比，使用厕所和洗手用水明显减少
这一信息本身在项目评估中是有价值的，因为水和卫生规划的长期有效性以及相关的行为改变信息传递干预措施往往是未知的。开云体育体育赛事将这种数据收集与传统的评估方法相结合，为我们提供了许多可能性，并更深入地了解什么是有效的。剩下的问题是，这些厕所的行为是整体实践的指标还是别的什么?这不是单靠传感器就能回答的问题。然而，一项有效的行为改变研究或评估策略将显示，无论厕所使用的类开云体育体育赛事型和位置如何，行为是否始终被采用。
持续变化的开云体育体育赛事
我们也认识到，维持长期的行为改变是不确定的。开云体育体育赛事RW Siaga Plus+计划所采用的方法对于提高人们对所期望行为的意识并立即改变行为是有效的。开云体育体育赛事然而，研究表明，如果想要长期保持这种改变，加强积极的行为是至关重要的，尤其是洗手行为，其目标是防止腹泻的发生。开云体育体育赛事尽管如此，该计划强调了支持积极行为的基础设施，如洗手站和增加社区厕所的可用性，这增加了可持续发展的可能性，特别是在减少露天排便和使用改进的厕所方面。
来自传感器的数据可能有多种用途。这些数据可以与二级数据源进行分析和比较，如社会调查、财务、商品价格、降雨、学校和医疗设施出勤或工作时间表，以更好地了解用户行为。还可以对执行战略进行其他比较，例如特定的教育材料或利用社区保健工作者传播技术。与传统调查方法相比，还可以更频繁地监测结果，从而可以对规划干预措施进行更多的调整。有了这些数据，可以更有效地设计系统和实施策略，以满足用户的需求和愿望。
仪器监测系统可能是改善数据收集，从而提高全球卫生项目质量和影响的有效方法。美慈与其他发展组织一样，在供水和卫生基础设施以及行为改变项目上投入了大量资源。开云体育体育赛事它还投资于监督和评估员工的时间，尽管它仍然意识到调查数据可能会偏向于显示成功，而且大多数情况下依赖于自我报告的数据。通过将仪器与远程数据访问相结合，程序可以随时间监测结果，而不是依赖于孤立的调查响应，更直接地测量行为并减少自我报告偏差。鉴于传感器技术的可用性，现在可以以显著较低的每个样本成本完成这一工作。
远程传感器可以捕获使用数据，但它们不能告诉你全部情况。重要的是将这些发现与其他信息来源以及定性数据进行三角分析，以更好地理解与这些实践相关的行为和态度。
但是，使用远程监测传感器与传统的监测和评价方法相结合，从长远来看可能有助于改进总体规划。在整个干预期和项目结束后将这两种方法结合起来，可能有助于更好地了解项目的有效性，并确保不仅实现有针对性的项目指标，而且能够持续实现最终结果——充足的清洁水、改善个人卫生、降低传染病发病率和营养不良，特别是在幼儿中。
本案例研究由波特兰州立大学SWEETLab主任兼助理教授Evan Thomas和国际WASH顾问Kay Mattson撰写。这篇文章最初发表于2013年秋季《需求》杂志第一期，标题为“数人头”。
