1. Home
  2. Vesti
  3. Primena “Internet of Things” tehnologije u oblasti monitoringa kvaliteta vazduha low cost senzorima

Primena “Internet of Things” tehnologije u oblasti monitoringa kvaliteta vazduha low cost senzorima

31.05.2021

 

Evropski gradovi, kao i mnogi drugi gradovi širom sveta, suočavaju se sa ozbiljnim izazovima u rešavanju problema zagađenja vazduha [1]. Kvalitet vazduha se dominantno opisuje sa pet polutanata - ugljendioksid (CO2), ugljenmonoksid (CO), ozon (O3), azotdioksid (NO2) i suspendovane čestice (PM) [2, 3].

 

Jedan od izazova sa kojim se suočava sektor za procenu kvaliteta vazduha jeste skupa oprema za monitoring, kao i visoki troškovi njenog održavanja [4], te je broj referentnih stanica mali [3]. Klasične stacionarne merne stanice za monitoring kvaliteta vazduha podležu i redovnom održavanju i kalibraciji, kako bi se osigurale visokokvalitetne informacije i uporedivost između različitih mernih stanica u regionu [1].                      

 

Međutim, skoriji razvoj „jeftinih” (engl. low cost) senzora [4] i njihova primena, integrisana sa tehnologijom “internet inteligentnih uređaja” (engl. Internet of Things, IoT), predstavlja novu metodu praćenja kvaliteta vazduha [5]. Bežični komunikacioni sistemi, kao što je IoT, pružaju mogućnost korišćenja niza senzorskih mreža za merenje kvaliteta vazduha sa velikom prostornom rezolucijom u gotovo realnom vremenu, na velikom broju lokacija [2].

 

Low cost senzori za praćenje kvaliteta vazduha su mali, lagani i njihova cena je najčešće manja od 10% vrednosti konvencionalnog senzora visoke preciznosti. Senzori se mogu klasifikovati u dve grupe, oni koji mere gasovite zagađujuće supstance u vazduhu, s jedne strane, i senzori koji mere suspendovane čestice prečnika 1, 2,5 i 10 μm (PM1, PM2,5 i PM10), s druge strane [6].

 

Komercijalno dostupni low cost senzori za gasovite komponente prate ili elektrohemijsku reakciju između senzorskog materijala i supstance ili apsorpciju svetlosti u vidljivom delu spektra [7]. Princip rada senzora koji mere PM čestice zasniva se na merenju rasipanja ili apsorpcije svetlosti, koristeći algoritme koji povezuju oslabljen signal sa veličinom čestica i / ili njenim sastavom (optički brojači čestica). Svaki pojedinačni senzor mora biti integrisan u senzorsku platformu ili čvor. Čvor senzora sadrži ploču senzora, senzore i kontrolnu ploču koja integriše potrebnu elektroniku (na primer, kondicioniranje signala, GPS, komunikacione portove, skladištenje podataka) [1].

 

Platforme low cost senzora imaju važnu ulogu u praćenju kvaliteta vazduha. Čvorovi senzora se mogu postaviti kao guste mreže (veći monitoring) ili montirati na vozila, olakšavajući pritom izradu mapa kvaliteta vazduha visoke rezolucije [8]. Mala veličina platformi low cost senzora takođe omogućava nova istraživanja u oblasti individualne izloženosti zagađujućim komponentama vazduha. „Nosive” platforme daju mogućnost da se registruju varijacije u individualnoj izloženosti zagađenju usled promene lokacije i aktivnosti i pružaju nove mogućnosti za procenu zdravstvenog rizika od zagađenog vazduha [9, 10].

 

Pored svih benefita low cost uređaja za praćenje kvaliteta vazduha, najveći izazov sa kojim se suočava „jeftina” tehnologija je postizanje zahteva za kvalitetom podataka postavljenih zakonskim regulativama, jer su podaci generisani opisanim platformama često nezadovoljavajućeg kvaliteta [1].

 

Performanse senzora je potrebno testirati i u laboratorijskim i u terenskim uslovima. Kriterijumi kao što su linearnost, tačnost, preciznost, vreme odziva, granica detekcije, opseg detekcije, uticaj temperature i relativne vlažnosti su važne performanse koje se ispituju [11].

 

Terenska procena performansi low cost senzora uključuje njihovu kalibraciju procedurom kolokacije sa referentnim instrumentima, pod uslovima okoline pod kojima se očekuje da senzor radi. Za proceduru kolokacije low cost senzora mogu se upotrebiti postojeće merne stanice za monitoring kvaliteta vazduha opremljene referentnim instrumentima [5].

 

Iako pojedinačna kalibracija senzora oduzima puno vremena i povećava troškove rada, svaki senzor mora biti kalibrisan na licu mesta i podvrgnut periodičnim kalibracijama, kako bi se povećala tačnost i preciznost merenja. Laboratorijski kalibrisani senzori ne bi trebalo da se koriste za merenja u realnom okruženju.

 

Uprkos opisanim ograničenjima, integracija senzora i IoT tehnologije je, tokom prethodnih nekoliko godina, poboljšala potencijal monitoringa vazduha i omogućila značajan napredak u kreiranju baza podataka o emisijama i koncentracionim trendovima zagađujućih materija u ambijentalnom vazduhu i otkrivanju ključnih žarišta zagađenja, bez kapitalnih ulaganja. Ovako prikupljeni podaci o nivoima zagađenja vazduha u realnom vremenu, u kombinaciji sa referentnim monitoring stanicama, mogu da posluže za informisanje kreatora politike i razvoj mera koje bi poboljšale javno zdravlje [12].

 

 

MSc Sonja Dmitrašinović,

Istraživač saradnik

 

Literatura:

 

  1. Castell, N., Dauge, F. R.,  Schneider, P., Vogt, M., Lerner, U., Fishbain, B., Broday, D.,  Bartonova, A. (2017): Can commercial low-cost sensor platforms contribute to air quality monitoring and exposure estimates?. Environment International, 99, 293–302.
  2. Glass, T., Ali, S., Parr, B., Potgieter, J., & Alam, F. (2020): IoT Enabled Low Cost Air Quality Sensor. 2020 IEEE Sensors Applications Symposium (SAS). doi:10.1109/sas48726.2020.9220079
  3. Chen, M., et al. (2018): Urban healthcare big data system based on crowdsourced and cloud-based air quality indicators. IEEE Communications Magazine, 56(11), 14-20.
  4. Celikkayaa, N., Fullerton, M., Fullerton, B. (2019): Use of Low-Cost Air Quality Monitoring Devices for Assessment of Road Transport Related Emissions. Transportation Research Procedia, 41, 762–781.
  5. Morawska, L., Thai, P. K., Liu, X., Asumadu-Sakyi, A., Ayoko, G., Bartonova, A., et al. (2018): Applications of low-cost sensing technologies for air quality monitoring and exposure assessment: How far have they gone?. Environment International, 116, 286–299. doi:10.1016/j.envint.2018.04.018
  6. Johnson, K. K., Bergin, M. H., Russell, A. G. & Hagler, G. S. W. (2016): Using Low Cost Sensors to Measure Ambient Particulate Matter Concentrations and On-Road Emissions Factors. Atmospheric Measurement Techniques, Discussions, 1-22. https://doi.org/10.5194/amt-2015-331
  7. Aleixandre, M., Gerboles, M. (2012): Review of small commercial sensors for indicative monitoring of ambient gas. Chemical Engineering Transactions, 30, 169–174.
  8. Hasenfratz, D., Saukh, O.,Walser, C., Hueglin, C., Fierz, M., Arn, T., Beutel, J., Thiele, L. (2015): Deriving high-resolution urban air pollution maps using mobile sensor nodes.  Pervasive and Mobile Computing. 16, 268–285.
  9. Bossche, J., Theunis, J., Elen, B., Peters, J., Botteldooren, D., Baets, B. (2016): Opportunistic mobile air pollution monitoring: a case study with city wardens in Antwerp.

Atmospheric Environment, 141, 408–421.

  1. Nazelle, A., Seto, E., Donaire-Gonzalez, D., Mendez, M., Matamala, J., Nieuwenhuijsen, M., Jerrett, M. (2013): Improving estimates of air pollution exposure through ubiquitous sensing technologies. Environmental Pollution, 176, 92–99.
  2. Williams, R., Kilaru, V., Snyder, E., Kaufman, A., Dye, T., Rutter, A., Russell, A., Hafner, H. (2014): Air Sensor Guidebook.
  3. Linh, L. T. P. et al. (2020): The performance assessment of low-cost air pollution sensor in city and the prospect of the autonomous vehicle for air pollution reduction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 819, 012018. doi:10.1088/1757-899X/819/1/012018

Prijava na sajt