在现代都市的脉络中，地铁系统作为承载数百万通勤者的重要枢纽，其安全防护面临着日益严峻的挑战。尤其是在应对生物和化学空中威胁方面，如何在复杂且封闭的环境中实现有效的探测与缓解，是全球城市治理者共同关注的焦点。麻省理工学院林肯实验室（MIT Lincoln Laboratory）主导的一项为期多年的开创性研究项目，正是聚焦于此，旨在深入解析纽约市地铁系统内空气流动的特性、各类传感器的实际性能，并探索行之有效的威胁缓解策略。这项研究不仅对纽约大都会运输署（MTA）至关重要，更为国家安全社区提供了应对大规模杀伤性武器（WMD）威胁的实用参考。
该项目是美国国土安全部（DHS）科学与技术理事会“城市区域安全倡议”的一部分，其核心目标是为MTA构建一个高效且经济的空中威胁探测与缓解系统提供数据支持。研究成果的价值远超纽约一隅，它为国家安全界理解公共交通、关键设施和特殊活动中化学与生物防御的务实选项，提供了宝贵的见解。林肯实验室反大规模杀伤性武器系统小组的特丽娜·维安（Trina Vian）领导了这项研究，她强调项目不仅关乎气流与传感器，更与MTA的运行协议和纽约通勤者的实际情况紧密相连。
维安指出，警报引起的恐慌可能导致严重的后果，包括大规模疏散中的人员受伤，以及公众对系统和管理机构信任的丧失。因此，项目的一个创新之处在于研究“低悔棋”响应选项，即那些即使是虚假警报，也能将操作后果降到最低的应对措施。这对于维护公众信心和系统稳定性至关重要。目前，MTA的响应措施可能包括停止服务和疏散乘客及员工，这突显了优化响应策略的紧迫性。
在复杂且动态的地铁环境中进行测试，本身就是一项巨大的挑战。从2019年项目启动至今，维安团队收集了大量关于化学和生物传感器在地铁环境下性能的数据，分析了影响传感器准确性的因素，并评估了不同缓解协议在阻止空中威胁传播和清除污染方面的效果。他们在大中央车站（Grand Central Station）释放了经过特殊设计的安全气溶胶模拟物，这些模拟物带有DNA条形码，使得团队能够精确追踪其扩散路径，并量化评估各种缓解策略组合的有效性。
为精确控制和隔离气流，团队测试了静态气帘以及各种空气过滤系统。此外，他们还引入了由桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）开发的喷雾式阻断系统。该系统通过在隧道中喷洒细小的水雾，使水雾与威胁颗粒结合，并利用重力使其沉降，从而有效减少和隔离大空间内的颗粒物危害。该喷雾系统通过精确控制液滴大小、浓度并施加静电场来实现其效用，其最初灵感来源于煤矿行业用于减少可吸入烟尘的液体喷洒器。
测试过程充满了挑战，团队成员必须严格遵守MTA的安全协议，包括轨道安全和如何与公众互动。林肯实验室反大规模杀伤性武器系统小组的杰森·汉（Jason Han）回忆道，他们的工作日通常漫长且充满尘土，身穿亮橙色安全背心的他们常被误认为是MTA员工，频繁收到问路请求。在数据采集过程中，停电或数据库错误等突发状况也时有发生。团队成员卡西·史密斯（Cassie Smith）表示，他们很早就意识到需要每天进行数据备份，并维护一个不断更新的独特传感器标识符和位置的主列表。为此，他们开发了工作流并编写了脚本来自动化这一过程，从而确保了传感器数据的成功捕获和归属。与MTA的紧密合作也是项目顺利进行的关键，MTA在团队不在场时为测试床的维护提供了大力支持。
该项目的一个核心亮点是积极与化学和生物工业界建立联系，征集各类传感器进行测试。这种伙伴关系不仅降低了国土安全部引进新型传感技术的成本，也为参与企业提供了在纽约市地铁这一极具挑战性的环境中进行测试和数据收集的宝贵机会。最终，团队部署了16种不同成熟度的传感器，它们采用紫外激光诱导荧光、聚合酶链反应和长波红外光谱等多种方法进行操作。维安指出，合作方高度评价了所获得的独特数据，以及与MTA合作并在他们之前可能未曾预料到的环境中，接触到客户群体的机会。
项目已于2024年完成测试，并向国土安全部提交了最终报告。MTA将利用这份报告，将其现有的PROTECT化学探测系统（最初由阿贡国家实验室开发）从大中央车站扩展到邻近的车站，预计此项工作将于2026年完成。纽约MTA化学、生物、放射性与核武器/大规模杀伤性武器探测与缓解主管迈克尔·杰梅利（Michael Gemelli）强调，该项目的价值不可估量，它帮助MTA识别了最适合其独特运营环境的系统。林肯实验室反大规模杀伤性武器系统小组负责人本杰明·埃尔文（Benjamin Ervin）补充说，其他交通管理机构可以借鉴这些成果，为其自身特定空间和威胁优先级构建有效的化学和生物防御系统，但他也强调，在实际操作环境中进行具体的测试和评估，始终是确保防御系统目标得以实现的关键。
自上世纪90年代中期以来，林肯实验室一直致力于为空中化学和生物传感领域提供此类决策报告。在21世纪初国土安全部组建之初，实验室也曾协助定义该领域的优先事项。除了这项地铁研究，林肯实验室还在多个领域（军事、空间、农业、健康等）主导着其他几个项目，专注于预测新型化学和生物威胁的影响，并原型化快速、自主、高置信度的生物识别能力，旨在为国土安全提供关于危险环境的可操作证据。这些持续的努力共同构筑了城市乃至国家应对未来潜在威胁的坚实防线，保障公众安全与社会稳定。
