手机传感器网络改变世界(1)
人类发明移动电话，最初的目的十分简单——摆脱座机通话地点固定的束缚。不久，人类又发明了掌上电脑(Pocket PC，简写为PPC)。最初，这两样东西彼此间没有任何关系。再后来，一些厂商为迎合人们的需要，将PPC与手机功能合二为一，于是智能手机出现了。
手机助学
智能手机的诞生给人们带来了诸多便利。除了常规的通话和短信功能，它还几乎完全取代了PPC的功能，甚至兼备电脑的办公功能与游戏机的娱乐功能。
智能手机的发展让人们改变了许多传统的观念和习惯。目前，地球陆地表面20%的区域已经有移动电话网络覆盖，约有5亿套电话设备采用安卓操作系统。
如何将类似手机这样便利的电子产品开发成有助于学习的工具成为一个非常有意义的研究课题。
2012年，《科学》周刊中有一则简讯，报道了美国科学促进会(AAAS)的一个研究项目——主动探索者。该项研究提出，可以将智能手机作为课堂研究工具，让学生亲身体会和实践对知识的学习。比如，老师布置一个任务，要求学生调查附近入侵植物的分布情况。学生可以利用智能手机收集数据，在拍照的同时，智能手机内置的GPS会自动记录入侵植物的地理位置。学生们将这些信息统一上传到一个网站，就可分享和整合大家的发现，当然也可用于制作幻灯片、漫画或其他极富创意的作品。经由这样的训练，学生通过独立的学习方式获取知识，而不是仅仅接收来自书本的知识。
, http://www.100md.com
除此之外，智能手机还可以进行哪些扩展应用呢？
手机测温
最近，美国《地球物理研究快报》发表一篇文章认为，科学家可以通过人们的智能手机来收集气象数据。说起来，这项研究的起因纯属偶然。最初，软件工程师发布OpenSignal(信号雷达)应用，只是想绘制全球无线网络分布图供用户使用。
智能手机中都有锂电池，为防止锂电池充电时过热，会安装一个温度传感器。为了绘制这个地图，也需要测试电池的性能，包括电荷水平、电压和电池温度等指标。一般在信号弱的地方，电池消耗有所增加，电池温度会略微上升。经过6个月的数据收集，研究人员得到了一个意想不到的结果：这些数据居然与该城市历史上的户外气温数据有着极强的相关性。而且通过一个数学变换，就可用一组手机电池的平均温度来代表室外气温。
之后，科学家们又陆续研究了洛杉矶、巴黎、墨西哥、罗马等地的手机电池温度与当地气温之间的关系。通过这些数据，他们再次验证了这一关系的真实性。因此，科学家们信心满满地开发了一个应用程序Weather Signal(天气信号)，就是利用这个温度传感器来测量气温。这里所说的温度测量只需要用户安装一个应用程序并允许该程序自动收集数据。温度监测并不需要实时连接网络，监测结果可以暂时放于缓存中，在网络连通后，手机会定期将数据上传至服务器。
, 百拇医药
对于气象观测来说，这一应用还是非常有用的。目前城市气象站的数量远远不够，而一个气象站的建设成本和维护成本都不菲。更重要的是，气象站的代表性往往不强，因为大多气象站是有选择性地建在人员干扰比较少的区域。对于那些与气象站相距较远的地区，气象站的监测数据几乎没有任何参考价值。况且人口稠密的地区更需要获取空间分辨率更高的气象数据。因此，与建设气象站相比，这一应用程序的监测不仅成本低廉，而且所收集的数据更加精细。
测量难题
尽管利用智能手机监测气温有很大潜力，但也有许多实际问题，其中最大的麻烦就是电池温度传感器所提供的信号并不能直接用于气温的测量。因为智能手机本身在工作时会发热，而且通常被放在用户的衣服口袋中。智能手机本身产生的热量以及用户身体释放出的热量和周围环境将构成一个复杂的热传导系统。
对此，研究人员利用一个稳态热传导模型来修正和估算日平均气温。首先，对所收集的日平均气温采用最小二乘回归，可对每个城市和每个时期获得一个最佳值和一个常数值。之后，对每个城市和各时期构造一些校准和验证数据集，交替地隔日进行校准和验证，以避免因季节变化可能带来的偏差。其中，校准数据集用于估算热传导模型的参数，验证数据集则用于验证热传导模型对单独数据的性能。
, http://www.100md.com
尽管采用了这个模型进行数据校正，用智能手机监测气温还是面临许多难题。例如，一套电池温度读数很可能是在建筑物或汽车中测得的，而我们需要了解的是室外温度。同样，假定人们总是将手机放在衣服口袋中也不准确，因为放置手机的地方有很多，最终可能导致手机的温度读数代表性差异极大。特别是在寒冷的季节，人们倾向于待在室内，使得电池温度相对较高，这样的情形最终会导致气温值被高估。此外，智能手机电池和气象站观测所代表的温度有很大差异：电池温度读数从多个地方采集而来，气象站的观测数据则是从城市的某一个固定位置获取的，同时两组数据的周边土地利用情况也可能不同，使得二者的可比性较差。由于城市中局部微尺度环境的复杂性和多样性，人们所估计的逐日气温只是一个对实际平均气温的粗略估计。
不过，研究人员认为，通过获取足够多的数据，那些因热传导产生的异常数据是可以被充分过滤掉的。虽然对每部手机和每个用户来说，电池和身体所产生的热量值不同，但当对多部手机和多名用户进行平均后，这些数值就趋近于常数值。
有关人员最后还对这样的监测进行了展望，并提出了建议。例如，模型计算中所采用的系数可能需要针对不同的城市和季节进行优化；此外，操作系统版本、智能手机型号、屏幕大小等，可能影响电池对气温的响应，因此还可以针对这些参数进行优化。如果能开发一些技术识别出手机所处环境究竟是在室内还是室外，这样就有可能只选取那些在室外获取的读数。
整合开发
无独有偶，美国科学家正在开展的近地面气象识别(meteorological Phenomena Identification Near the Ground，简称mPING)，也是一个通过公众智能手机或移动设备收集天气信息的研究项目。, 百拇医药(赵斌)
手机助学
智能手机的诞生给人们带来了诸多便利。除了常规的通话和短信功能，它还几乎完全取代了PPC的功能，甚至兼备电脑的办公功能与游戏机的娱乐功能。
智能手机的发展让人们改变了许多传统的观念和习惯。目前，地球陆地表面20%的区域已经有移动电话网络覆盖，约有5亿套电话设备采用安卓操作系统。
如何将类似手机这样便利的电子产品开发成有助于学习的工具成为一个非常有意义的研究课题。
2012年，《科学》周刊中有一则简讯，报道了美国科学促进会(AAAS)的一个研究项目——主动探索者。该项研究提出，可以将智能手机作为课堂研究工具，让学生亲身体会和实践对知识的学习。比如，老师布置一个任务，要求学生调查附近入侵植物的分布情况。学生可以利用智能手机收集数据，在拍照的同时，智能手机内置的GPS会自动记录入侵植物的地理位置。学生们将这些信息统一上传到一个网站，就可分享和整合大家的发现，当然也可用于制作幻灯片、漫画或其他极富创意的作品。经由这样的训练，学生通过独立的学习方式获取知识，而不是仅仅接收来自书本的知识。
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除此之外，智能手机还可以进行哪些扩展应用呢？
手机测温
最近，美国《地球物理研究快报》发表一篇文章认为，科学家可以通过人们的智能手机来收集气象数据。说起来，这项研究的起因纯属偶然。最初，软件工程师发布OpenSignal(信号雷达)应用，只是想绘制全球无线网络分布图供用户使用。
智能手机中都有锂电池，为防止锂电池充电时过热，会安装一个温度传感器。为了绘制这个地图，也需要测试电池的性能，包括电荷水平、电压和电池温度等指标。一般在信号弱的地方，电池消耗有所增加，电池温度会略微上升。经过6个月的数据收集，研究人员得到了一个意想不到的结果：这些数据居然与该城市历史上的户外气温数据有着极强的相关性。而且通过一个数学变换，就可用一组手机电池的平均温度来代表室外气温。
之后，科学家们又陆续研究了洛杉矶、巴黎、墨西哥、罗马等地的手机电池温度与当地气温之间的关系。通过这些数据，他们再次验证了这一关系的真实性。因此，科学家们信心满满地开发了一个应用程序Weather Signal(天气信号)，就是利用这个温度传感器来测量气温。这里所说的温度测量只需要用户安装一个应用程序并允许该程序自动收集数据。温度监测并不需要实时连接网络，监测结果可以暂时放于缓存中，在网络连通后，手机会定期将数据上传至服务器。
, 百拇医药
对于气象观测来说，这一应用还是非常有用的。目前城市气象站的数量远远不够，而一个气象站的建设成本和维护成本都不菲。更重要的是，气象站的代表性往往不强，因为大多气象站是有选择性地建在人员干扰比较少的区域。对于那些与气象站相距较远的地区，气象站的监测数据几乎没有任何参考价值。况且人口稠密的地区更需要获取空间分辨率更高的气象数据。因此，与建设气象站相比，这一应用程序的监测不仅成本低廉，而且所收集的数据更加精细。
测量难题
尽管利用智能手机监测气温有很大潜力，但也有许多实际问题，其中最大的麻烦就是电池温度传感器所提供的信号并不能直接用于气温的测量。因为智能手机本身在工作时会发热，而且通常被放在用户的衣服口袋中。智能手机本身产生的热量以及用户身体释放出的热量和周围环境将构成一个复杂的热传导系统。
对此，研究人员利用一个稳态热传导模型来修正和估算日平均气温。首先，对所收集的日平均气温采用最小二乘回归，可对每个城市和每个时期获得一个最佳值和一个常数值。之后，对每个城市和各时期构造一些校准和验证数据集，交替地隔日进行校准和验证，以避免因季节变化可能带来的偏差。其中，校准数据集用于估算热传导模型的参数，验证数据集则用于验证热传导模型对单独数据的性能。
, http://www.100md.com
尽管采用了这个模型进行数据校正，用智能手机监测气温还是面临许多难题。例如，一套电池温度读数很可能是在建筑物或汽车中测得的，而我们需要了解的是室外温度。同样，假定人们总是将手机放在衣服口袋中也不准确，因为放置手机的地方有很多，最终可能导致手机的温度读数代表性差异极大。特别是在寒冷的季节，人们倾向于待在室内，使得电池温度相对较高，这样的情形最终会导致气温值被高估。此外，智能手机电池和气象站观测所代表的温度有很大差异：电池温度读数从多个地方采集而来，气象站的观测数据则是从城市的某一个固定位置获取的，同时两组数据的周边土地利用情况也可能不同，使得二者的可比性较差。由于城市中局部微尺度环境的复杂性和多样性，人们所估计的逐日气温只是一个对实际平均气温的粗略估计。
不过，研究人员认为，通过获取足够多的数据，那些因热传导产生的异常数据是可以被充分过滤掉的。虽然对每部手机和每个用户来说，电池和身体所产生的热量值不同，但当对多部手机和多名用户进行平均后，这些数值就趋近于常数值。
有关人员最后还对这样的监测进行了展望，并提出了建议。例如，模型计算中所采用的系数可能需要针对不同的城市和季节进行优化；此外，操作系统版本、智能手机型号、屏幕大小等，可能影响电池对气温的响应，因此还可以针对这些参数进行优化。如果能开发一些技术识别出手机所处环境究竟是在室内还是室外，这样就有可能只选取那些在室外获取的读数。
整合开发
无独有偶，美国科学家正在开展的近地面气象识别(meteorological Phenomena Identification Near the Ground，简称mPING)，也是一个通过公众智能手机或移动设备收集天气信息的研究项目。, 百拇医药(赵斌)
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