Ανάλυση εκθεσιώματος: αναδυόμενες μεθοδολογίες για τον προσδιορισμό της περιβαλλοντικής έκθεσης

Abstract

Technology innovations create possibilities to capture exposure-related data at a great depth and breadth. Considering, though, the substantial hurdles involved in collecting individual data for whole populations, this study introduces a first approach of simulating human movement and interaction behaviour, using Agent Based Modelling (ABM). A city scale ABM was developed for urban Thessaloniki, Greece. Population statistics, road and buildings network data were transformed into human, road and building agents, respectively. Informed by literature-extracted relationships between Socio-Economic Status (SES) and human behavioural patterns, the established ABM simulates societal dynamics. Time-use survey outputs were associated with human agent behavioural rules, aiming to model representative to real-world routines. Moreover, real time-geography of exposure data, extracted from personal sensors campaigns, was used to parametrise and enhance the model. Mobility behaviour and exposure to pollutants change as a result of a human agent-specific decision making. Virtual individuals of different sociodemographic backgrounds use different means of transportation and follow different sequence and types of activities. Trajectories are coupled with spatially resolved Particulate Matter (PM) levels, enabling the assessment of personal and inhalation adjusted exposure, based on type of location and intensity of enrolled activities. ABM findings indicated that inhalation adjusted exposure differences between 2 individuals living in the same neighbourhood can vary by as much as 87%, due to radically different spatiotemporal behaviours. Evidence was, also, provided for vulnerable subgroups of population that are disproportionately subjected to high levels of exposure. ABM-retrieved population exposure findings indicated that subgroup median exposure for child agents, adult male agents with a full-time job, low-income male agents residing in western Thessaloniki region and human agents of a lower educational level was notably higher than the total population median value. The validated model can assess exposure for the entire sociodemographic spectrum of a simulated region, without the constant need for repeated individual monitoring which is often not feasible due to high costs and ethical constraints. By modelling the heterogeneous routine of human agents, the established ABM produces detailed information related to the societal system examined and generates data that could be used to fill in the existing gaps of traditional datasets. This method signifies a step forward, away from the earlier static nature approaches of urban modelling, where total population is divided into homogeneous subpopulations. This approach can be used for evaluating the probable impacts of different public health policies prior to implementation. These simulations can lead to better initial choices and can reduce the time and expense required to identify strategies that not only seek to mitigate exposure but also exposure inequality.

Οι τεχνολογικές καινοτομίες των τελευταίων ετών παρέχουν τη δυνατότητα εκτενούς συλλογής προσωπικών δεδομένων που, μεταξύ άλλων, αφορούν στην ανθρώπινη υγεία και στη συσχέτισή της με την έκθεση σε τοξικούς και μη παράγοντες. Λαμβάνοντας, ωστόσο, υπόψη τους περιορισμούς που σχετίζονται με τη συλλογή προσωπικών δεδομένων για μεγάλες πληθυσμιακές ομάδες, η παρούσα μελέτη εισάγει ένα πρωτότυπο υπολογιστικό μοντέλο που προσομοιώνει τις ανθρώπινες χωρο-χρονικές δραστηριότητες και αλληλεπιδράσεις, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της Μοντελοποίησης με Συστήματα Πρακτόρων (Agent Based Modelling - ABM). Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής, αναπτύχθηκε ένα μοντέλο αστικής κλίμακας ΑΒΜ, που αναπαριστά το πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης. Δημογραφικά και πολεοδομικά δεδομένα της πόλης μετατρέπονται σε ανθρώπους, οδούς και κτίρια-πράκτορες, αντίστοιχα. Το μοντέλο ABM προσομοιώνει κοινωνικά συμπεριφορικά μοτίβα εικονικών ανθρώπων, βασιζόμενο σε i) βιβλιογραφικές συσχετίσεις μεταξύ κοινωνικο-οικονομικής κατάστασης και καταγεγραμμένων χωρο-χρονικών δραστηριοτήτων και ii) δημοσιευμένα αποτελέσματα Έρευνας Χρήσης Χρόνου (ΕΧΧ), με στόχο την αντιπροσωπευτική απεικόνιση της ρουτίνας που ακολουθεί ο πραγματικός πληθυσμός. Επιπλέον, χωρο-χρονικά δεδομένα έκθεσης, που εξήχθησαν από εκστρατείες καινοτόμων φορητών αισθητήρων, χρησιμοποιήθηκαν για την παραμετροποίηση και τη βελτίωση του μοντέλου. Κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης, η συμπεριφορά και η έκθεση των ανθρώπων-πρακτόρων σε ατμοσφαιρικούς ρύπους μεταβάλλεται ως αποτέλεσμα λήψης προσωπικών αποφάσεων. Άνθρωποι-πράκτορες διαφορετικού κοινωνικο-οικονομικού υποβάθρου ακολουθούν διαφορετικές δραστηριότητες και χρησιμοποιούν διαφορετικά μέσα μεταφοράς. Συνδυάζοντας πληροφορίες όπως η τοποθεσία, ο χρόνος και η ένταση των δραστηριοτήτων ενός ανθρώπου-πράκτορα με δεδομένα ατμοσφαιρικής ρύπανσης, όπως προκύπτουν από χάρτες υψηλής χωρικής ανάλυσης, εκτιμάται το εκθεσιακό προφίλ σε προσωπικό και πληθυσμιακό επίπεδο. Τα αποτελέσματα του μοντέλου ABM έδειξαν ότι η διαφορά της - προσαρμοσμένης με βάση το ρυθμό εισπνοής - έκθεσης μεταξύ δύο ατόμων που ζουν στην ίδια γειτονιά μπορεί να φτάσει έως και 87%, λόγω των ριζικά διαφορετικών χωρο-χρονικών συμπεριφορών που ενδέχεται να υιοθετούν τα δύο άτομα. Επίσης, δόθηκαν αποδείξεις για ευπαθείς πληθυσμιακές ομάδες που υπόκεινται δυσανάλογα σε υψηλά επίπεδα έκθεσης. Ενδεικτικά, η μέση έκθεση των παιδιών, των ενηλίκων ανδρών με εργασία πλήρους απασχόλησης και εκείνων με χαμηλό εισόδημα που κατοικούν στη δυτική περιοχή της Θεσσαλονίκης, όπως και αυτών με χαμηλό μορφωτικό επίπεδο, βρέθηκε σημαντικά υψηλότερη από τη μέση έκθεση του συνολικού πληθυσμού. Το επικυρωμένο μοντέλο έχει την ικανότητα αποτίμησης της έκθεσης για ολόκληρο το δημογραφικό φάσμα μίας προσομοιωμένης περιοχής, δίχως να υπάρχει η ανάγκη για επαναλαμβανόμενη ανθρώπινη παρακολούθηση, η οποία συχνά δεν είναι εφικτή λόγω των ηθικών περιορισμών και του υψηλού κόστους. Το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της επίδρασης διαφόρων πολιτικών δημόσιας υγείας, προτού αυτές εφαρμοστούν, στη διαμόρφωση των επιπέδων έκθεσης του συνολικού πληθυσμού αλλά και συγκεκριμένων ευπαθών ομάδων. Οι προσομοιώσεις αυτές μειώνουν το χρόνο και το κόστος που απαιτείται για τον προσδιορισμό επιστημονικά εμπεριστατωμένων στρατηγικών, που επιδιώκουν να μετριάσουν όχι μόνο την έκθεση αλλά και την ανισότητα στην έκθεση του ανθρώπινου πληθυσμού ενός αστικού κέντρου.