Analysis of Mobile Air Quality Monitoring for Smart City Environments

Beteiligte

Durchführung:
Franz Schäfer

Weitere Partner:
Prof. Dr. Daniela Nicklas, Aboubakr Benabbas, Simon Steuer, Michael Sünkel (Lehrstuhl für Informatik, insbesondere Mobile Softwaresysteme - Universität Bamberg)
Smart City Bamberg
Hochschule Coburg
Fraunhofer IIS

Laufzeit

Dezember 2021 bis April 2022

Kurzbeschreibung

Projektart: Abschlussarbeit

Feinstaub gehört zu den schädlichsten Luftschadstoffen, welche direkte negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Menschen haben. Trotz des Ausmaßes dieses Problems, gibt es bisher keine präzisen flächendeckenden Zahlen über die genaue Feinstaubkonzentration der Luft, sondern in der Regel nur Messwerte von einer einzigen Umweltmessstation pro Stadt. Der Grund dafür ist das stadtweites Feinstaub Monitoring sehr aufwändig und teuer ist, es schwierig ist Standorte für Sensoren zu finden und einfache Feinstaub Sensoren oft keine gute Datenqualität bieten können. Eine Lösung für dieser Problem könnten mobile Feinstaubsensoren sein, welche auf Linienbussen montiert sind. Mit wenigen mobilen Sensor könnten durch die regelmäßigen Fahrten von Bussen die genaue Feinstaubkonzentration in ganzen Städten bestimmt werden. Diese Masterarbeit untersucht, auf Basis von Experimenten mit dem Environmental Monitoring on Busses (EMOB) System, ob mobile Feinstaubsensoren geeignet sind um die Luftqualität in Städten flächendeckend, präzise und kostengünstig bestimmen zu können.

Ergebnisse

In diesem Projekt konnte geklärt werden, ob mobile Feinstaubsensoren - die des Evironmental Monitoring on Busses (EMOB) Systems - dafür geeignet sind, die Luftqualität in Städten flächendeckend, präzise und kostengünstig zu bestimmen.

Zunächst wurde untersucht, ob die EMOB-Feinstaubsensoren annähernd gleiche Messungen unter Laborbedingungen liefern. Für die verwendeten stationären EMOBs konnte dies bejaht werden, die mobilen EMOBs zeigten jedoch ein unerwartetes Verhalten, ausgelöst durch ein technisches Problem, dessen Lösung komplex, aber möglich ist. Weitergehend wurde untersucht, ob die EMOB Feinstaubsensoren annähernd gleiche Messwerte wie die kalibrierte staatliche Luftqualitätsüberwachungsstation des bayrischen Landesamts für Umwelt liefert. Es konnte festgestellt werden, dass die EMOBs grundsätzlich den Messwerten der staatlichen Messstation folgen, jedoch war die Anpassungsgüte geringer als erwartet. Ein möglicher Grund hierfür sind Abweichungen einzelner Produktionschargen. Abschließend wurde betrachtet, ob die Feinstaubmessungen eines vom stationär zum mobilen Einsatz umgebauten EMOB-Sensors durch die variierende Geschwindigkeit eines Fahrzeugs nur unwesentlich beeinflusst werden. Es konnte festgestellt werden, dass trotz des Umbaus die Qualität der stationären Messergebnisse beibehalten wurde, der umgerüstete EMOB lieferte annähernd gleiche Feinstaubwerte im Vergleich zu den stationären EMOBs. Außerdem konnte bestätigt werden, dass die Geschwindigkeit und Bewegung des Trägerfahrzeuges (Auto) des umgerüsteten EMOBs keinen Einfluss auf die Feinstaubmesswerte hat.

Es ist festzuhalten, dass es möglich ist, die Feinstaubbelastung ganzer Städte präzise mit mobilen und stationären EMOB Feinstaubsensoren zu messen. Eine Weiterführung der Feinstaubmessungen und die Behebung des technischen Problems der originär mobilen EMOBs wird empfohlen. Sowie darauf folgend die Montage mobiler Feinstaubsensoren auf den Bamberger Stadtbussen, um das Messnetz wesentlich zu erweitern. Schließlich bietet dieses Projekt auch Potenzial für weitere Forschung, wie die Auswertung weiterer Daten zu den Luftschadstoffen Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid(NO₂) und Ozon (O3), aber auch die Verknüpfung von Messergebnissen und Ampeldaten, um eine nachhaltigere Ampelsteuerung zu entwickeln.