The Importance of Data Literacy in Smart Cities : Human-Centered Design of an Air Quality Application for Behavior Change

Abstract

Poor air quality caused by air pollution is a global health and environmental issue. Dramatic urbanization contributes to this problem. Smart cities have been proposed as a solution to the challenges brought by urbanization, offering technological solutions to them. Smart cities produce a vast amount of data to its citizens, including environmental data. For this data to be impactful, it must be communicated to the citizens in ways that meet their levels of environmental data literacy.

This thesis explores how air quality applications can be designed to better support and improve the data and AI literacy of citizens, encourage to sustainable behavior change and maintain longterm user engagement. The study addresses three research questions: (1) What challenges do citizens face with data literacy when using air quality applications? (2) What kind of design solutions can communicate air quality information in informative and engaging ways? (3) What design techniques can promote sustainable actions and long-term engagement?

The research was conducted with qualitative methods. Eight participants were interviewed around key themes derived from a literature review. The interviews were analyzed with thematic analysis to find patterns in the data, and a set of design implications and a low-fidelity service prototype was designed and developed based on the results. The prototype was then tested with eights users.

The main findings of the study suggest that supporting citizens’ environmental data literacy – especially their ability to understand and interpret air quality data - through elements like data visualization, simplified language, positive design principles, contextual nudges and community features plays a key role in making air quality data understandable to users and in encouraging them to adopt more sustainable habits. The participants seem willing to make simple changes in their everyday lives with the help of digital services to support the environment. However, for behaviour change to happen, these actions need to be made easy for citizens, for example by offering clear visualizations, low-effort suggestions and contextual guidance.

Ilmansaasteiden aiheuttama huono ilmanlaatu on maailmanlaajuinen terveys- ja ympäristöongelma. Voimakas urbanisaatio pahentaa tätä ongelmaa. Älykaupunkeja on ehdotettu ratkaisuksi urbanisaation mukanaan tuomiin haasteisiin tarjoamalla niihin teknologisia ratkaisuja. Älykaupungit tuottavat suuria määriä dataa kansalaisilleen, mukaan lukien ympäristödataa. Jotta tällä datalla olisi vaikutus kansalaisiin, se on viestittävä heille tavalla, joka vastaa heidän ympäristölukutaidon tasoaan.

Tämä tutkielma tutkii, miten ilmanlaatusovellukset voidaan suunnitella tukemaan ja kehittämään kansalaisten data- ja tekoälylukutaitoja, kannustamaan kestävämpään käyttäytymiseen sekä ylläpitämään käyttäjien pitkäaikaista sitoutumista. Tutkimuksessa vastataan kolmeen tutkimuskysymykseen: (1) Millaisia haasteita kansalaiset kohtaavat datalukutaidossa käyttäessään ilmanlaatusovelluksia? (2) Millaiset suunnitteluratkaisut voivat viestiä ilmanlaatutietoa informatiivisella ja kiinnostavalla tavalla? (3) Millaiset suunnittelukeinot voivat edistää kestäviä tekoja ja pitkäaikaista sitoutumista?

Tutkimus toteutettiin laadullisin menetelmin. Kahdeksaa osallistujaa haastateltiin kirjallisuuskatsauksen pohjalta nousseiden teemojen perusteella. Haastattelut analysoitiin temaattisella analyysillä, ja tulosten pohjalta kehitettiin joukko suunnitteluohjeita sekä prototyyppi. Prototyyppiä testattiin kahdeksalla käyttäjällä.

Tutkimuksen keskeiset tulokset osoittavat, että kansalaisten ympäristödatalukutaidon – erityisesti ilmanlaatudatan ymmärtämisen ja tulkinnan – tukeminen esimerkiksi datan visualisoinnin, yksinkertaisen kielen, positiivisen suunnittelun periaatteiden, kontekstisidonnaisten kannustimien ja yhteisöllisten ominaisuuksien avulla on keskeistä, jotta ilmanlaatudata on ymmärrettävää ja kannustaa käyttäjiä kestävämpiin valintoihin. Kansalaiset vaikuttavat olevan valmiita tekemään arjessa pieniä muutoksia ympäristön hyväksi digitaalisten palveluiden avulla. Jotta käyttäytymisen muutos olisi mahdollista, nämä teot täytyy tehdä helpoiksi, esimerkiksi tarjoamalla selkeitä visualisointeja, vähävaivaisia ehdotuksia ja kontekstuaalisia ohjeita.