運(yùn)用手持技術(shù)繪制CO2濃度變化地圖

李法瑞

摘要： 運(yùn)用手持技術(shù)開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，分別檢測(cè)上海市地鐵2號(hào)線各站點(diǎn)區(qū)域（車(chē)廂內(nèi)部、站廳及車(chē)站出口外）空氣中CO2濃度數(shù)據(jù)。以不同站點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并繪制了地鐵運(yùn)行過(guò)程中車(chē)廂內(nèi)部CO2濃度變化曲線地圖，

選擇三個(gè)人流密度較大的車(chē)站，繪出站廳與站外CO2濃度變化對(duì)比圖，

以期為后續(xù)地鐵環(huán)境空氣質(zhì)量?jī)?yōu)化提供一些參考數(shù)據(jù)。該探究活動(dòng)有助于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞： 手持技術(shù); 地鐵交通; CO2濃度變化地圖

文章編號(hào)： 1005-6629（2020）03-0065-04

中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 課題背景

現(xiàn)今，地鐵已成為全國(guó)各大城市的重要通勤方式之一。隨著國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的深入推進(jìn)，越來(lái)越多的人將會(huì)選擇地鐵出行。由于地鐵車(chē)廂身處較為封閉的地下環(huán)境中，當(dāng)人流擁擠或出行高峰時(shí)，一些身體條件較差的人常常會(huì)感到不適。的確，空氣中較高的CO2濃度會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不良影響。同時(shí)，本課題組通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查顯示，在地鐵高峰時(shí)段感到難受不適的人群比例較高。

研究表明，大氣中的CO2是重要的溫室氣體，全球變暖的元兇之一[1]。與此同時(shí)，室內(nèi)CO2對(duì)人體健康影響及行車(chē)安全顧慮更是不容忽視的主因之一，生活中CO2是人類(lèi)每時(shí)每刻都在制造卻經(jīng)常被忽略的氣體[2]。數(shù)據(jù)顯示，人體暴露在濃度（體積分?jǐn)?shù)）3%的CO2中幾個(gè)小時(shí)后，人類(lèi)的呼吸系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生不適，會(huì)造成頭暈或呼吸不暢;暴露在濃度7%的CO2中幾分鐘，就會(huì)造成意識(shí)喪失;而暴露在濃度15%的CO2中會(huì)立刻威脅到生命。CO2對(duì)人體造成危害的方式主要是通過(guò)排擠空氣中的氧氣，降低氧氣濃度;同時(shí)提高血液中CO2的濃度，造成呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)方面的損傷[3]。為了探究地鐵高峰時(shí)段人們感到難受不適的原因，課題組選擇上海市地鐵主干線2號(hào)線各站點(diǎn)CO2濃度為研究對(duì)象，利用手持技術(shù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，重點(diǎn)考察地鐵車(chē)廂內(nèi)外CO2濃度隨外界條件變化的規(guī)律，并繪制出冬季早高峰（7～9點(diǎn)）地鐵的CO2濃度變化曲線，希望能為城市地鐵建設(shè)及規(guī)劃提供有益參考。

2? 實(shí)驗(yàn)部分

2.1? 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

威尼爾Vernier實(shí)驗(yàn)探索者LabQuest2傳感器采集儀、CO2傳感器、濕度傳感器

2.2? 實(shí)驗(yàn)方案

（1） 實(shí)驗(yàn)1： 早高峰各站點(diǎn)車(chē)廂內(nèi)CO2濃度變化曲線繪制;

（2） 實(shí)驗(yàn)2： 地鐵站廳與地鐵站外環(huán)境中CO2濃度的對(duì)比。

2.3? 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1） 課題組成員選擇2019年1月21日、22日、23日三個(gè)不同工作日的早高峰時(shí)段（7～9點(diǎn)），依次完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集;

（2） 每次采集時(shí)，成員在上海地鐵2號(hào)線的始發(fā)站淞虹路站車(chē)廂內(nèi)部（每列地鐵的中間一節(jié)車(chē)廂的4門(mén)之中心點(diǎn)）展開(kāi)測(cè)試，待發(fā)車(chē)時(shí)開(kāi)啟傳感器采集儀、CO2傳感器、濕度傳感器，實(shí)時(shí)記錄每個(gè)站點(diǎn)的CO2峰值及濕度;

（3） 同時(shí)，課題組成員選擇南京西路、人民廣場(chǎng)、南京東路三個(gè)地鐵站，分別檢測(cè)從地鐵站廳（與地鐵列車(chē)同層的最大廳之中心點(diǎn)）到地鐵站外（出地鐵站地面大門(mén)30米遠(yuǎn)人流較稀處）之間的空氣中CO2濃度變化數(shù)據(jù);

（4） 記錄數(shù)據(jù)后，求出平均值，導(dǎo)入電腦繪制出圖像并分析數(shù)據(jù)的特征值;

（5） 小組討論分析得出相關(guān)結(jié)論。

3? 結(jié)果與討論

3.1? 實(shí)驗(yàn)1： 早高峰各站點(diǎn)車(chē)廂內(nèi)CO2濃度變化曲線繪制

表1? 早高峰各站點(diǎn)車(chē)廂內(nèi)CO2濃度均值

2號(hào)線淞虹路北新涇威寧路婁山關(guān)路中山公園

CO2濃度1319ppm1624ppm1743ppm1567ppm1820ppm

相對(duì)濕度64.21%66.09%65.91%62.31%65.04%

2號(hào)線江蘇路靜安寺南京西路人民廣場(chǎng)南京東路

CO2濃度1697ppm2134ppm2377ppm2439ppm2729ppm

相對(duì)濕度66.29%64.09%63.11%62.61%67.35%

2號(hào)線陸家嘴東昌路世紀(jì)大道上?？萍拣^世紀(jì)公園

CO2濃度2636ppm2135ppm1898ppm2160ppm2057ppm

相對(duì)濕度63.49%61.02%61.66%66.37%60.56%

2號(hào)線龍陽(yáng)路張江高科金科路廣蘭路

CO2濃度1948ppm1923ppm1729ppm1669ppm

相對(duì)濕度65.61%63.02%62.42%63.22%

注： 各數(shù)據(jù)為3次數(shù)據(jù)（分別采集于2019年1月21、22、23日早高峰時(shí)間）的平均值。

圖1? 早高峰各站點(diǎn)車(chē)廂內(nèi)CO2濃度變化曲線地圖（CO2濃度單位： ppm，取3次測(cè)試平均值）

CO2濃度及其變化曲線見(jiàn)表1及圖1。

（1） 從淞虹路站至廣蘭路站，共計(jì)19個(gè)地鐵站點(diǎn)。其中，南京東路站CO2濃度峰值最高為2729ppm，其次依次為陸家嘴站2636ppm、人民廣場(chǎng)站2439ppm。而淞虹路站（始發(fā)站）為1319ppm，為CO2濃度峰值最低的站點(diǎn)。

（2） 不難看出，各站點(diǎn)車(chē)廂內(nèi)部CO2濃度峰值變化，與日常出行乘客體感體驗(yàn)關(guān)系密切。因?yàn)椋暇〇|路站、陸家嘴站及人民廣場(chǎng)站是早高峰時(shí)間人流密度較大的車(chē)站，也是每日人們前往工作的重點(diǎn)通勤車(chē)站。同時(shí)，世紀(jì)大道站（1898ppm）、江蘇路站（1697ppm）及廣蘭路站（1669ppm）等主要換乘車(chē)站，由于乘客到站后從車(chē)廂外出分流等原因，從而導(dǎo)致CO2濃度相對(duì)下降呈現(xiàn)明顯拐點(diǎn)。

（3） 早高峰時(shí)段，由于南京西路到世紀(jì)公園的各站點(diǎn)CO2濃度峰值較高，因此，建議體質(zhì)欠佳乘客在這段時(shí)間里錯(cuò)峰出行，以避免有可能產(chǎn)生的身體不適。

3.2? 實(shí)驗(yàn)2： 地鐵站廳與地鐵站外環(huán)境中CO2濃度的對(duì)比研究

圖2? 南京東路站廳與站外CO2濃度變化對(duì)比圖

圖3? 人民廣場(chǎng)站廳與站外CO2濃度變化對(duì)比圖

圖4? 南京西路站廳與站外CO2濃度變化對(duì)比圖

CO2濃度變化對(duì)比圖見(jiàn)圖2～圖4。

（1） 南京東路站廳內(nèi)部CO2平均濃度為1180ppm，站外平均濃度為611ppm，站內(nèi)外濃度比值約為1.93。

（2） 人民廣場(chǎng)站廳內(nèi)部CO2平均濃度為988ppm，站外平均濃度為650ppm，站內(nèi)外濃度比值約為1.52。

（3） 南京西路站廳內(nèi)部CO2平均濃度為980ppm，站外平均濃度為610ppm，站內(nèi)外濃度比值約為1.61。

（4） 從三組數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，整體而言，站廳與站外CO2濃度比值在1.70左右波動(dòng)。同時(shí)，雖然各站廳CO2平均濃度相比之前測(cè)量的車(chē)廂內(nèi)部數(shù)值大幅降低，但一些特殊人群在站廳內(nèi)仍有可能會(huì)感到不適。

4? 結(jié)論

4.1? 地鐵站點(diǎn)CO2濃度偏高可能是導(dǎo)致乘客身體不適的重要因素

在整個(gè)研究過(guò)程中，CO2濃度最大峰值出現(xiàn)在南京東路站車(chē)廂內(nèi)為2729ppm。雖然此濃度不至于危及生命，但仍會(huì)引起身體不適。比如，一些特殊乘客會(huì)感到氣悶、

頭昏、心悸甚至眩暈的情況，諸如在現(xiàn)實(shí)生活中，不時(shí)會(huì)有乘客在站內(nèi)出現(xiàn)暈倒的新聞報(bào)道，應(yīng)當(dāng)引起我們重視。

4.2? 早高峰時(shí)段地鐵站點(diǎn)CO2濃度變化與重點(diǎn)通勤站點(diǎn)密切相關(guān)

由2號(hào)線CO2濃度變化曲線地圖可知，在7～9點(diǎn)早高峰時(shí)段，靜安寺站至龍陽(yáng)路站CO2濃度均在2000ppm以上，建議特殊乘客在這段時(shí)間里錯(cuò)峰出行。與此同時(shí)，在江蘇路、世紀(jì)大道站等重點(diǎn)換乘站CO2濃度也會(huì)隨著乘客分流而出現(xiàn)相應(yīng)的濃度下行拐點(diǎn)。

4.3? 早高峰時(shí)段地鐵車(chē)廂、站廳與站外CO2濃度變化差異較明顯

從南京東路、人民廣場(chǎng)、南京西路三個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)分析可知，地鐵站廳CO2濃度是站外環(huán)境中的1.7倍左右。同時(shí)，以人民廣場(chǎng)站為例，該站車(chē)廂內(nèi)部CO2峰值濃度為2439ppm，站廳1058ppm，濃度差為1381ppm。

5? 課題意義

本課題立足學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，注重真實(shí)情境問(wèn)題的創(chuàng)設(shè)，引領(lǐng)學(xué)生拓展性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，不僅有利于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究好奇心和創(chuàng)新熱情，有益于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更為如何將手持技術(shù)有效運(yùn)用于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法、求實(shí)精神和證據(jù)意識(shí)的教學(xué)實(shí)踐，提供了課外教學(xué)新嘗試與新思路。

本課題通過(guò)探究上海市地鐵2號(hào)線各站點(diǎn)的CO2濃度變化，繪制出較為直觀的CO2濃度變化曲線地圖，具有一定的創(chuàng)新價(jià)值。同時(shí)，考慮到課題組成員均為高中學(xué)生，為了簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)難度，實(shí)驗(yàn)過(guò)程全部采用便攜式手持技術(shù)儀器。本研究將在今后的課題研究中選擇更加精良的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，進(jìn)一步補(bǔ)充與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)地鐵空氣質(zhì)量?jī)?yōu)化研究及人們健康出行提供有益參考。

參考文獻(xiàn)：

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