Four city blocks, read as an observing system: small cells on street poles, air-quality and heat sensors beside them, and an edge node that corrects, times and publishes what they measure. More than two in three people are expected to live in cities by 20501.
Systems
Small cells, Air-quality sensing, Edge publication
Toward 2030
Air-quality limits tighten in 2030
Figures
4, field scene, simulator, data story, timeline to 2030
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01Field scene
The street is already an instrument platform.
Street poles stand every few dozen metres, have power, and sit at the height where people breathe. A small cell at eight metres adds radio capacity where the macro network runs out, and the same pole can carry particulate, nitrogen dioxide and temperature sensors.
The sensors are not the system. The system is the chain that turns a low-cost reading into a value someone can act on: calibration against a reference station, a timestamp, a published correction, and a record of where each number came from.
Figure as text: Four blocks with small cells, sensors and an edge node
A wireframe city block of nine buildings. Three street poles carry small cells, two carry air-quality nodes and one a heat sensor; dashed red links run from each to an edge node at the corner.
Small cell, 8 m
Air quality
Heat
Edge node
02Simulator
How far one small cell reaches.
Small cells are sized by the link budget, not by the map. At 3.5 GHz in a street canyon, path loss rises faster than in free space, and the cell radius closes at a few hundred metres. Change the frequency, the power or the path-loss exponent and see how many sites a hundred square kilometres need2.
The radio horizon of a mast eight metres high is far larger than the range the budget allows, so in a city the budget, not the curvature of the Earth, sets the spacing3.
Figure as text: Small-cell radius from the link budget
A plan drawing of one site with three circles: the range the budget closes, the radio horizon, and the usable cell radius in red.
Small-cell radius from the link budget, at the starting values
Frequency
3500 MHz
Transmit EIRP
40 dBm
Receiver sensitivity
-95 dBm
Path loss exponent
3.5
Mast height
8 m
Range the budget closes
215 m
Radio horizon at 1.5 m
16.7 km
Usable cell radius
215 m
Sites per 100 km²
830
Free-space loss at that radius
90.0 dB
03Data story
What the air-quality nodes are measured against.
The World Health Organization’s 2021 guidelines set an annual mean of 5 µg/m³ for fine particulate matter and 10 µg/m³ for nitrogen dioxide4. The European Union’s revised directive sets binding limits for 2030 at twice those values, a step toward the guidelines rather than an arrival5.
Low-cost sensors drift with humidity and temperature. A published performance protocol for sensor systems is what lets a city compare one deployment with another6.
Figure as text: Guideline values and 2030 limits for two pollutants
A bar chart of six values in micrograms per cubic metre: the WHO 2021 guidelines for PM2.5 and nitrogen dioxide, annual and 24-hour, and the EU limits that apply from 2030.
Guideline values and 2030 limits for two pollutants (µg/m³)
Value
Concentration
PM2.5, WHO annual
54
PM2.5, EU annual limit from 2030
105
PM2.5, WHO 24-hour
154
NO₂, WHO annual
104
NO₂, EU annual limit from 2030
205
NO₂, WHO 24-hour
254
04Timeline to 2030
Toward 2030 on one street.
The horizon for the street is set by documents that already exist: the health guidelines, the sensor protocol, the 2030 limits and the urban goal of the 2030 Agenda7. Each changes what a city must measure, how well, and how openly.
Figure as text: Air quality on the street, 2015 to 2030
A timeline from 2015 to 2030 in three lanes: health guidelines, law and measurement method.
2015-09 Sustainable Development Goal 11 adopted. Target 11.6 asks cities to reduce the adverse environmental impact per person, with attention to air quality, by 2030.7
2021 Performance protocol for gas sensor systems (CEN/TS 17660-1). A shared test for low-cost sensor systems in ambient air.6
2021-09 WHO air quality guidelines revised (WHO AQG 2021). Annual guideline for PM2.5 lowered to 5 µg/m³ and for NO₂ to 10 µg/m³.4
2024-11 EU ambient air directive revised (Directive (EU) 2024/2881). New limit values, to be met by 2030, and more monitoring points where people live.5
2030 EU 2030 limits apply. PM2.5 annual mean 10 µg/m³, NO₂ annual mean 20 µg/m³.5
Figure 1
Field scene
Small-cell spacing
156 m
Pole-height radio horizon
16.7 km
Figure 1. Four blocks with small cells, sensors and an edge node. A wireframe city block of nine buildings. Three street poles carry small cells, two carry air-quality nodes and one a heat sensor; dashed red links run from each to an edge node at the corner.
CEN/TS 17660-1:2021 Air quality — Performance evaluation of air quality sensor systems — Part 1: Gaseous pollutants in ambient air. European Committee for Standardization, 2021.
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4 services
Site Planner "Plan anywhere" vector basemap and label glyphs (OpenMapTiles schema)
Site Planner "Plan anywhere" elevation (Terrarium) for hillshade, line of sight, profiles and sky view
ProviderFournisseur
Terrain: Mapzen Terrain Tiles (AWS Open Data), incl. SRTM, GMTED, ETOPO1, USGS 3DEP and Canadian DEM data
Hosts contactedHôtes contactés
elevation-tiles-prod.s3.amazonaws.com
Observatory Builder weather layers (GDPS 2 m air temperature, global; radar precipitation rate, Canada) and the 2 m air temperature at the site (WMS GetFeatureInfo) that seeds the synthetic run
ProviderFournisseur
Data Source: Environment and Climate Change Canada
Hosts contactedHôtes contactés
geo.weather.gc.ca
Observatory Builder hazard layer and report (earthquakes of magnitude 2.5 and above in the past 30 days, GeoJSON summary feed)
ProviderFournisseur
Earthquakes: U.S. Geological Survey
Hosts contactedHôtes contactés
earthquake.usgs.gov
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