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我们大多数人都有过一两次倒退的经历,尤其是当我们在最可怕的困境中摇摇晃晃的时候,那是一种古老可靠的WAG——“疯狂的猜测”。
然而,现在,“大数据”和算法可以迅速理清我们的直觉,而且往往能从许多可能的结果中准确预测出最佳答案。因此,我们已经升级到听起来更聪明的“有根据的猜测”。
今年9月,密歇根大学(University of Michigan)的研究人员表示,这些数据分析方法,比如Facebook和亚马逊(Amazon)使用的数据分析方法,可以帮助解决密歇根州弗林特(Flint)的铅污染问题。
电子工程和计算机科学助理教授雅各布·阿伯内西(Jacob Abernethy)和市场营销助理教授埃里克·施瓦茨(Eric Schwartz)的研究团队表示:“Facebook的算法通过上传的照片来检测人脸,亚马逊的模型预测你会喜欢哪种产品,而我们正在使用这些分析工具来检测铅污染风险较高的家庭,并预测埋在地下或隐藏在居民家中的铅管的位置。”
在学生的帮助下,教授们收集了大量有关弗林特水问题的可用数据,包括水测试结果、向家庭供水的服务线路记录、地块信息和用水情况。
燧石水危机
简单地说,弗林特水危机始于两年前,当时该市的饮用水源从休伦湖通过底特律的供水系统改为弗林特河。由于新的供水系统没有对腐蚀控制进行适当的监测,导致铅从供水管道渗入城市的饮用水。虽然弗林特市已经将供水系统切换回底特律,但该市10.2万居民仍被建议不要饮用未经过滤的自来水。
缺乏有用的信息和对铅污染风险最大的地点的了解仍然是一项艰巨的挑战。例如,在弗林特,只有大约30%的家庭进行了水质检测,市政官员不得不依靠几十年前的手绘地图来确定风险最大的家庭。
然而,密歇根大学的研究小组表示,通过利用算法和统计工具,他们已经能够更全面地了解弗林特的风险。
根据初步调查,“我们的猜测无论如何都不是完美的,但估计这个水平可以节省数百万美元的恢复工作。”
到目前为止,这项研究的发现主要有三个方面:
铅在哪里?
在最初的调查结果中,最令人惊讶的是,供水管道可能不是弗林特饮用水中铅的唯一驱动因素。
研究表明:“是的,那些使用铜电线的家庭的平均铅含量低于那些使用铅电线的家庭。”“但当你仔细观察水测试数据时,差异比你想象的要小得多。
根据这项研究,在有或没有铅服务管道的家庭中,铅含量都会出现大幅上升。
研究人员写道:“这表明,很大一部分危险的高铅读数可能不是由服务线材料驱动的,而是由其他因素驱动的。”研究这些问题的土木工程师报告说,铅可以从几个来源渗出,包括家庭内部管道、水龙头装置和老化的管道焊料。
今年早些时候,弗林特官员启动了“快速启动”计划,动用了2700多万美元的州拨款,以清除受铅污染的服务线路,但进展缓慢。到目前为止,已经更换了33条管道,该计划的下一阶段正在进行中,其中多达250条铅污染管道可能会被更换。
与此同时,根据初步估计,该市可能有超过1万根由铅或受铅污染的镀锌钢管组成的管道需要更换。
教授们写道:“我们可以得出的结论是,公民和政策制定者可能需要将他们的注意力扩大到服务线材料之外,并考虑采取其他措施来解决其他铅来源。”“更换服务线路当然是解决方案的必要组成部分,但这还不够。”
管道在哪里?
研究人员仍然得出结论,更换服务管道是解决方案的一部分,但这项工作面临的直接挑战是最明显的:这些管道在哪里?
两位研究人员写道:“不幸的是,该市没有保持服务线路安装和材料的一致记录。”
他们的工作提到了密歇根大学弗林特校区的地理学教授马丁·m·考夫曼(Martin M. Kaufman),以及他在一个非常不同时代的“大数据”上所做的工作——将一组地块地图上的手写注释数字化。在某些情况下,但肯定不是所有的情况下,地图上都包括了在弗林特建造的大多数家庭供水时使用的金属类型。
考夫曼的研究重点是绘制弗林特数千条不同的水管图,看看哪些地区的铅管数量最多。他的团队发现,有4300条服务线是由铅制成的,25000条是由铜制成的,11000条是由镀锌材料制成的,但有13000条是“未知的”,这意味着它们可能是由铅制成的。
市政府没有这1.3万户家庭的记录,因此考夫曼和他的团队利用数据,根据周围的房屋以及房屋的建造时间,预测该房屋是否可能有铅管。
新的研究建立在考夫曼的工作基础上,试图填补缺失的信息。
阿伯内西和施瓦茨收集了所有可用的城市数据、包裹记录和一个包含3000多份检查报告的数据库。有了这个,“机器学习技术”能够在现有记录中寻找模式,并以80%的准确率预测家庭服务线中的材料类型。
研究称:“在现有的记录中寻找模式,统计工具可以提供一个合理的‘有根据的猜测’,关于家庭服务线的材料类型。”
阿伯内西和斯沃茨的团队还与退休的国民警卫队准将迈克尔·麦克丹尼尔(Michael McDaniel)一起在实地工作,他正在领导生产线更换项目,提供这些统计估计,以更好地定位更换资源。
他们的家在哪里?
确定受影响管道位置的另一种方法是考虑受影响家庭的地址。虽然弗林特的头条新闻可能会让读者相信这座城市的所有家庭都有危险的高铅水平,但事实并非如此。
例如,根据对州测试的分析,今年2月,只有8%至15%的家庭的铅含量高于联邦行动标准(十亿分之十五)。截至8月份的州检测显示,该市的铅含量较低,超过联邦指导标准的家庭数量也有所减少。
该研究称:“根据对大约750个家庭的反复监测,随着时间的推移,检测出高于行动水平的家庭越来越少。”“几乎一半的样本几乎没有可检测到的水平(低于十亿分之一)。”
当然,这些数据是在弗林特的情况有所改善的时候出现的,因为水被送回了底特律市政系统。
尽管如此,“当我们不知道哪些房屋仍处于危险之中时,这些低数字并不能提供多少安慰,”该团队写道。政府数据显示,在弗林特,只有十分之三的家庭进行了水质检测,而这些检测“并不能保证安全;它们只能识别危险。”
那么,如何更好地识别这些房屋呢?首先,该团队表示,他们在这一领域的工作“只有适度的准确性”。
然而,该团队基于几个属性建立了统计模型,比如建造年份;位置;价值;和大小,最后得出风险水平的估计。
该研究称:“这些模型的质量取决于居民提交的大量水样数据,以及政府官员为应对危机而进行的测试。”该研究补充称,这些数据涵盖了从2015年11月至今的约1万户家庭。
也许最令人惊讶的是,数据表明,房子越旧,价值越低,铅的风险就越大。此外,虽然最高读数在地理上是分散的,但研究表明,“预计处于高风险的家庭往往聚集在特定的社区。”
弗林特正在展开的故事让全国各地的人们都在想,他们自己的社区是否也存在铅中毒问题。
“为了解决更广泛的问题,数据和统计工具可以帮助以更低的成本大大降低风险,并且以数据为导向的对弗林特问题的理解也可以指导解决其他地区的铅问题,”该研究说。
有一个应用程序可以做到这一点
考虑到这项研究采用的方法,谷歌旗下的慈善机构Google.org为该项目提供了25万美元的资助也就不足为奇了。
大约15万美元被指定用于密歇根大学的研究,其中还包括创建一个带有相关风险评估的应用程序。(剩下的10万美元捐给了大弗林特社区基金会(Community Foundation of Greater Flint),用于弗林特儿童健康与发展基金(Flint Child Health & Development Fund),该基金的重点是弗林特家庭和从新生儿到6岁儿童的长期健康。)
谷歌密歇根州安阿伯办事处负责人迈克·米勒(Mike Miller)在一篇博客文章中写道:“获得清洁饮用水是全世界都关心的问题,但在美国,这往往是意料之中的结果。”但对于密歇根州弗林特市的居民来说,情况并非如此。这是一场危机,美国人民迅速作出反应,捐赠了水和资源,帮助减轻眼前的痛苦。”“但这个问题不会很快消失,了解它的严重程度既具有挑战性,也是绝对必要的。”
这笔捐款支持了该校弗林特和安娜堡校区的学生研究人员,特别是密歇根数据科学团队的成员,这是阿伯内西创立的一个课外小组。
这项工作旨在保持他们开发的数据工具的灵活性,以便其他面临弗林特类似危机的城市可以使用它们。