Koduj dla Polski

Wyciąg z badań odnoszących się do czujnika SDS011 – Nova Fitness, który jest stosowany w zestawie Luftdaten.

8 December 2018 | Blog, Projekty
 
  • Ogólnie rzecz biorąc, badania wykazały, że tanie optyczne czujniki PM mogą być skutecznymi narzędziami do monitorowania jakości powietrza atmosferycznego.
  • Czujniki nisko-kosztowe demonstrują swój potencjał jako tani czujnik aerozolowy, który może być stosowane na obszarach, gdzie pozyskanie drogiego oprzyrządowania do monitorowania jakości powietrza może być zbyt kosztowne, gdzie istnieje pilna potrzeba monitorowania jakości powietrza ze względu na ochronę zdrowia publicznego.
  • Wytyczne Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) określają limit średniej rocznej PM2,5 do 10 μg/m3. W tym względzie proponowany tani czujnik jest w pełni zdolny do rejestrowania zdarzeń, w których wartość progowa jest przekroczona.
  • Wysoką liniową zależność pomiędzy TEOM* i czujnikami zaobserwowano dla danych uśrednionych dla 1 min, 15 min i 1 godz. dla czujników PMS7003 (R2*** ≈ 0 83-0.89), dla jednostek SDS011 (R2 ≈ 0 79-0.86), oraz dla jednej jednostki ZH03A (R2 ≈ 0 74-0.81).
  • SDS011 (Nova Fitness) i PMS7003 (Plantower) były precyzyjne pod względem powtarzalności wyników pomiędzy różnymi egzemplarzami. W takim przypadku współczynniki kalibracji z jednej jednostki mogą być wykorzystane w innych.
  • Dość duże rozproszenie danych i wysokie błędy względne oszacowania PM2.5 zaobserwowano dla zakresów stężeń poniżej 20-30 μg/m3. Wpływ wysokiego poziomu wilgotności względnej obserwowano dla urządzeń SDS011 i OPC-N2 – wyraźne przeszacowanie wielkości wyjściowych obserwowano powyżej 80% RH.
  • Urządzenie nie jest w stanie prawidłowo zmierzyć PM10, ale po prostu dokonuje ekstrapolacji na podstawie pomiaru cząstek o wielkości znacznie mniejszej niż 10µm. Jednakże dla PM2.5 odchylenie to jest umiarkowane i kalibracja PM2.5 w odniesieniu do oprzyrządowania referencyjnego jest wykonalna i ma sens.

*TEOM certyfikowane urządzenie przyrząd do detekcji w czasie rzeczywistym cząstek aerozolu poprzez pomiar ich stężenia masowego (tapered element oscillating microbalance).

Abstrakty przetłumaczone zostały przez społeczność. Widzisz błąd lub masz lepsze tłumaczenie – daj nam znać na kontakt@kodujdlapolski.pl

  1. M., Badura, Batog, P., Drzeniecka-Osiadacz, A., Modzel, (2018). P. Evaluation of Low-Cost Sensors for Ambient PM2.5 Monitoring. Journal of Sensors, 2018 (Październik).

Abstrakt

Tanie czujniki stwarzają możliwość zwiększenia rozdzielczości przestrzennej i czasowej stężenia cząstek stałych w powietrzu. Jednakże takie czujniki przed podjęciem jakichkolwiek działań monitorujących powinny być kalibrowane w warunkach zbliżonych do warunków w jakich będą eksploatowane. W artykule przedstawiono wyniki porównania czterech modeli tanich czujników optycznych z analizatorem TEOM 1400a. W badaniach wykorzystano czujniki SDS011 (Nova Fitness), ZH03A (Winsen), PMS7003 (Plantower) oraz OPC-N2 (Alphasense). Po trzy egzemplarze każdego modelu czujnika umieszczono we wspólnej komorze w celu porównania ich wskazań. Monitorowanie frakcji PM2.5 prowadzone było od 21 sierpnia 2017 r. do 19 lutego 2018 r. we Wrocławiu. Odtwarzalność pomiędzy jednostkami sensorów oceniano na podstawie współczynnika zmienności (CV*). Wartości CV były niższe niż 7% w przypadku czujników SDS011 i PMS7003 i równe 20% dla jednostek OPC-N2. CV było wyższe niż 50% dla ZH03A, głównie z powodu awarii. W trakcie pomiarów tendencje wyników z czujników były generalnie podobne do danych TEOM**, ale w przypadku surowych danych z czujników zaobserwowano znaczne przeszacowanie stężeń PM2.5. Wysoką liniową zależność pomiędzy TEOM i czujnikami zaobserwowano dla danych uśrednionych dla 1 min, 15 min i 1 godz. dla czujników PMS7003 (R2*** ≈ 0 83-0.89), dla jednostek SDS011 (R2 ≈ 0 79-0.86), oraz dla jednej jednostki ZH03A (R2 ≈ 0 74-0.81). Wartości R2 dla średnich dziennych mieściły się na poziomie 0,91-0,93 dla PMS7003, 0,87-0,90 dla SDS011 i 0,89 dla ZH03A. OPC-N2 miał jedynie umiarkowaną liniową zależność z TEOM (R2 ≈ 0 53-0,69 dla danych dziennych i 0,43-0,61 dla krótszych średnich czasowych). Dość duże rozproszenie danych i wysokie błędy względne oszacowania PM2.5 zaobserwowano dla zakresów stężeń poniżej 20-30 μg/m3. Wpływ wysokiego poziomu wilgotności względnej obserwowano dla urządzeń SDS011 i OPC-N2 – wyraźne przeszacowanie wielkości wyjściowych obserwowano powyżej 80% RH.

Wnioski:

Wiele modeli tanich czujników PM jest obecnie dostępnych na rynku. Przeprowadzone porównanie czterech modeli czujników PM i analizatora TEOM wykazało, że optyczne czujniki PM generalnie podążają za trendem zmian PM 2.5 w powietrzu atmosferycznym. W przypadku wszystkich badanych czujników zaobserwowano jednak chwilowe szczyty surowych danych krótkoterminowych. Ważną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę jest to, że surowe dane wyjściowe z witryny off – urządzenia półkowe mogą znacząco zawyżać stężenie PM2.5 (można zaobserwować czynnik 2.5-5, jak pokazały wyniki tego badania). Może to wynikać z faktu, że czujniki są kalibrowane przez producenta z wykorzystaniem cząsteczek o właściwościach całkowicie odmiennych niż cząsteczki stałe w monitorowanym powietrzu. Z tego powodu kalibracja (lub ponowna kalibracja) czujników cząstek stałych powinna być przeprowadzona w określonym środowisku pomiarów. Najczęstszą metodą takiej kalibracji jest wykorzystanie danych z kolokowanego urządzenia wyższej klasy. Jak wykazały wyniki tego badania, tego rodzaju działania mogą być w pewnym sensie skomplikowane. Czujniki takie jak OPC-N2 (Alphasense) czy ZH03A (Winsen) charakteryzowały się stosunkowo dużą zmiennością wewnątrzmodelową. Z drugiej strony, SDS011 (Nova Fitness) i PMS7003 (Plantower) były precyzyjne pod względem powtarzalności wyników pomiędzy różnymi egzemplarzami. W takim przypadku współczynniki kalibracji z jednej jednostki mogą być wykorzystane w innych. Drugi aspekt kalibracji związany jest z liniowością reakcji czujników. Jednostki OPC-N2 eksponują tylko umiarkowaną zależność w porównaniu z TEOM** (średnia wartość R2*** na poziomie 0,5-0,6). Wyniki dla pomiarów liniowych były znacznie lepsze w przypadku czujników PMS7003, SDS011 i ZH03A. W szczególności, czujniki PMS7003 osiągnęły wartość R2 wyższą niż 0,8 dla krótkotrwałych czasów uśredniania i przekraczały 0,9 dla średnich dziennych.Przeprowadzona analiza danych wykazała również, że dla właściwego opisu charakterystyki czujnika pożądane jest szerszy zakres stężeń PM2.5. Sytuacja, w której zakres stężeń cząstek stałych jest wąski, może obniżyć jakość danych z czujników i skomplikować kalibrację. Czas trwania wspólnej instalacji dla kalibracji powinien trwać co najmniej kilka tygodni, aby uzyskać wystarczającą liczbę danych. Badania zostały przeprowadzone w różnych warunkach meteorologicznych. Czujniki PM pracowały zarówno w temperaturach poniżej 0°C, jak i powyżej 30°C i nie zauważono żadnych problemów z ich działaniem. Uszkodzenie obserwowano tylko w dwóch egzemplarzach czujników ZH03A i za tę sytuację mogło być odpowiedzialne nagromadzenie cząsteczek. W okresie pomiaru wilgotność względna wahała się od 27% do poziomu powyżej 90%. W przypadku czujników SDS011 i OPC-N2 zaobserwowano pewien wpływ wysokiej wilgotności względnej (RH > 80%). Większe rozproszenie mocy wyjściowych SDS011 odnotowano w bardzo wilgotnym powietrzu, a w przypadku niektórych typów urządzeń nastąpiła istotna zmiana nachylenia modeli liniowych. Ogólnie rzecz biorąc, badania wykazały, że tanie optyczne czujniki PM mogą być: skutecznymi narzędziami do monitorowania jakości powietrza atmosferycznego. Wyniki tych badań mogą pomóc autorom systemów pomiarowych i użytkownikom tanich czujników PM w doborze odpowiednich warunków pracy czujników pracy i ich kalibracji.

*CV iloraz odchylenia standardowego i średniej arytmetycznej w %, gdy CV< 25 % zmienność mała

**TEOM certyfikowane urządzenie przyrząd do detekcji w czasie rzeczywistym cząstek aerozolu poprzez pomiar ich stężenia masowego (tapered element oscillating microbalance).

***R2 (R-kwadrat) – współczynnik determinacji, dla wartość z zakresu 0,6-0,8 dopasowanie zadowalające.

Źródło: Journal of Sensors, 2018 (Październik).

  1. M., Badura, Batog, P., Drzeniecka-Osiadacz, A., Modzel, P., (2018). Optical particulate matter sensors in PM2.5 measurements in atmospheric air (Optyczne czujniki do pomiaru cząstek stałych PM2.5 w powietrzu). 

Wyniki  badania pokazują, że czujniki Plantower PMS7003 i Nova Fitness SDS011 charakteryzują się dobrą dokładnością (współczynnik zmienności < 7%) i stosunkowo wysoką liniowością zależnością z pomiarami urządzenia TEOM* (R2** ≈ 0,6-0,7 dla średnich krótkoterminowych oraz R2 ≈ 0,8 dla średnich 24-godzinnych).

Wysoka powtarzalność wyników pomiędzy jednostkami sensorów jest ważnym czynnikiem budowy i kalibracji urządzeń pomiarowych. Wysokie korelacje z wysokiej klasy przyrządem pokazują, że czujniki PMS7003 i SDS011 mogą być użytecznymi urządzeniami do wykrywania podwyższonego stężenia PM lub wskazywania “gorących punktów” PM. Tego rodzaju czujniki mogą być również stosowane w rozproszonych sieciach czujników w celu uzyskiwania informacji dotyczących przestrzennego i czasowego rozkładu stężeniu pyłu zawieszonego (PM). Należy jednak zauważyć, że wszystkie przetestowane czujniki charakteryzowały się odchyleniem w stosunku do wartości rejestrowanych przez urządzenie TEOM, dlatego kalibracja oferowanych komercyjnie czujników ma kluczowe znaczenie przed każdą kampanią pomiarową.

*TEOM przyrząd do detekcji w czasie rzeczywistym cząstek aerozolu poprzez pomiar ich stężenia masowego.

**R2 (R-kwadrat) – współczynnik determinacji, dla wartość z zakresu 0,6-0,8 dopasowanie zadowalające.

Źródło: E3S Web of Conferences 44, 00006, 2018.

  1. M., Budde, T., Müller, B., Laquai, N., Streibl, A., Schwarz, G., Schindler, T., Riedel, M., Beigl, A., Dittler, (2018).Suitability of the Low-Cost SDS011 Particle Sensor for Urban PM-Monitoring (Przydatność niskokosztowego czujnika cząstek stałych SDS011 do miejskiego monitoringu PM). Conference: 3rd International Conference on Atmospheric Dust, Włochy, 29 – 31 Maj, 2018.

W monitorowaniu cząstek stałych (PM) zapoczątkowano zmianę paradygmatu w kierunku włączenia rozproszonych metod detekcji z wykorzystaniem tanich czujników [1]. W poprzednich badaniach porównano wczesne generacje tanich czujników cząstek stałych opartych na rozpraszaniu światła w podczerwieni z oficjalnymi stacjami pomiarowymi, wykazując, że czujniki te mogą w zasadzie wychwytywać dynamikę poziomów PM otoczenia [2,3], ale mogą cierpieć na niską stabilność kalibracji [2], nie są w stanie odróżnić klas wielkości [3] i mogą być podatne na inne źródła błędów [4]. Obecne, tanie generacje czujników, które opierają się na rozpraszaniu laserowym, utrzymują, że wykazują lepszy poziom stabilności i cechują się wewnętrznym przetwarzaniem cyfrowym w celu uzyskania bardziej dokładnych wyników. Podczas gdy w większości przypadków są one zaprojektowane jako czujniki PM2.5, niektóre z nich również mierzą PM10 i/lub PM1. Jako przedstawiciela tej klasy czujników, wybraliśmy do badania czujnik PM oparty o  rozpraszanie laserowe SDS011 [5]. Jest on już szeroko stosowany w zastosowaniach na całym świecie, np. w niemieckim projekcie obywatelskim “luftdaten.info” (http://www.luftdaten.info), w którym wolontariusze zainstalowali setki tych czujników na obszarach miejskich. W poprzednich pracach, pomiary kolokacji pomiędzy SDS011 zostały już przeprowadzone [6], których wyniki wskazują, że czujnik zapewnia odpowiednią korelację w typowych warunkach (wilgotność względna 20-50% i stężenie PM10 < 20 μg/m3), ale działają gorzej w innych warunkach otoczenia, zwłaszcza przy wysokiej wilgotności. W celu dokładniejszego zbadania jakości danych zbieranych przez czujnik, przeanalizowano kluczowe czynniki wpływające na niepewność pomiaru czujników, wraz z serią eksperymentów mających na celu odpowiednią ocenę ich potencjału i ograniczeń: –

Badanie wpływu wilgotności i możliwości jej kompensacji.

– Porównanie czujnika SDS011 i monitora Welas2100 przy użyciu aerozolu monodisperse o różnych rozmiarach. – Charakterystyka rozkładu masy, którą może wychwycić SDS011, w oparciu o eksperymenty z różnymi wygenerowanymi widmami cząstek i z wykorzystaniem spektrometru aerozolowego Grimm 1.108 jako punktu odniesienia.

– Długoterminowe porównanie (dni) 13 SDS011 i skaningowego mobilnego sortownika cząstek stałych (SMPS) wystawionych na działanie (1) powietrza, (2) sztucznego aerozolu (siarczanu amonu) oraz (3) czarnego węgla/sadzy.

Na podstawie wyników tych eksperymentów przedstawiamy w naszej analizie przyczyny niepewności pomiaru czujnika. Pokazujemy, że czujnik generalnie nie wychwytuje w zadowalający sposób PM10 i omawiamy, w jakich warunkach odczyty PM2.5 odpowiednio odzwierciedlają jakość powietrza otoczenia.

Źródło: Conference: 3rd International Conference on Atmospheric Dust, Włochy, 29 – 31 Maj, 2018.

  1. N., Ilieva, Y., Nikolova, I., Predyov, N., Kozarev, (2018). Sensors applicability for PM2.5 and PM10 air concentration measurements (Możliwość zastosowania czujników do pomiarów stężenia powietrza PM2.5 i PM10). Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 53, 3, 2018, 496-503.

Dokonano porównania pomiarów stacji prywatnych (PS) z automatycznymi stacjami monitorującymi (AMS) włączonymi do krajowego systemu monitorowania środowiska Ministerstwa Środowiska i Wód w Bułgarii. Wybrane stacje prywatne (łącznie cztery) znajdują się w pobliżu AMS. W celu sprawdzenia, czy dane PS są wiarygodne i mogą być wykorzystane do monitorowania jakości powietrza, przeprowadzono analizę statystyczną danych z PS i AMS. Stężenia mierzone dwiema metodami są całkiem różne, ale ustalono między nimi dobrą korelację. W celu udowodnienia modeli dokładności pomiarów PS do korekcji stężeń PM10 i PM2.5 mierzonych za pomocą czujników uzyskane wyniki charakteryzują się one dobrą dokładnością, ale dotyczą tylko ciepłej części roku. Konieczne jest wyznaczenie kolejnego zestawu współczynników dla zimnej połowy roku. Bez korekty błąd pomiaru PS jest duży i ich zapisy mogą wprowadzać w błąd.

Źródło: Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 53, 3, 2018, 496-503

     5. B., Laquai, A., Saur, (2017). Development of a Calibration Methodology for the SDS011 Low-Cost PM-Sensor with respect to Professional Reference Instrumentation (Opracowanie metodologii kalibracji dla niskokosztowego czujnika PM – SDS011 w odniesieniu do profesjonalnych przyrządów referencyjnych) www.researchgate.net, grudzień 2017.

Podsumowanie

Tanie czujniki PM2.5, które dostarczają również dane pomiarowe PM10, takie jak SDS011 firmy Nova Fitness Inc. mogą znacznie różnić się w wynikach pomiarów w porównaniu z urządzeniami referencyjnymi ze względu na ich ekonomiczną konstrukcję. Odchylenie to może być duże w przypadku PM10, ponieważ urządzenie nie jest w stanie prawidłowo zmierzyć PM10, ale po prostu dokonuje ekstrapolacji na podstawie pomiaru cząstek o wielkości znacznie mniejszej niż 10µm. Jednakże dla PM2.5 odchylenie to jest umiarkowane i kalibracja PM2.5 w odniesieniu do oprzyrządowania referencyjnego jest wykonalna i ma sens. Nawet jeśli wynik pomiaru PM10 często nie odzwierciedla prawidłowo wartości zmierzonej za pomocą oprzyrządowania referencyjnego, nadal dostarcza dodatkowych informacji, które mogą być wykorzystane do kalibracji wyjścia PM2.5. W tym badaniu opracowano koncepcję kalibracji, która opiera się na ustaleniu, że stosunek PM10/PM2.5 taniego czujnika daje wskazanie rozkładu masy cząstek stałych, który ma istotny wpływ na niedokładności pomiaru PM2.5. W związku z tym, stosunek wartości PM10/PM2.5 czujnika niskiego kosztu został użyty do opisu zależności dopasowania taniego czujnika wyniku pomiaru piasku do urządzenia referencyjnego. Zależność zmierzono dla różnych warunków i różnych widm cząstek podczas pomiaru kalibracyjnego. Specjalny generator cząstek został skonstruowany w celu kalibracji, aby objąć szeroki zakres rozmiarów cząstek dla różnych i uzupełniających rozkładów masy cząstek. W oparciu o zależność niedokładności pomiaru tanich czujników od ich własnego stosunku wartości PM10/PM2.5 uzyskano funkcję kompensacji, która z kolei pomaga skorygować wartości PM2.5 tanich urządzeń w taki sposób, że z większą dokładnością dopasowują się one do wyniku instrumentu odniesienia. W przypadku widm cząstek zdominowanych przez małe cząstki, takie jak dym z parafiny generowany przez generator dymu, dopasowanie taniego czujnika było już dobre bez kalibracji i można je było nieznacznie poprawić metodą kalibracji. W przypadku widm cząstek zawierających duże cząstki, takie jak pył mineralny, poprawa osiągnięta przy zastosowaniu tej metody była znaczna.

Źródło: www.researchgate.net

  1. Schwarz, A. D., Meyer, J., & Dittler, A. (2018). Opportunities for Low-Cost Particulate Matter Sensors in Filter Emission Measurements (Możliwości stosowania niskokosztowych czujników cząstek stałych do pomiarów emisji). Chemical Engineering & Technology, 41(9), 1826–1832.

Uzasadnienie badania

Obserwujemy rosnące zaangażowanie społeczeństwa w badania jakości powietrza. Projekty Citizen Science na całym świecie, takie jak EveryAware [8], Open Sense [9], AirCasting [11], wykorzystują tanie platformy czujników do zbierania danych o jakości powietrza, zapewniając duży obszar pomiaru jakości powietrza . Także

OK Lab Stuttgart, zwrócił uwagę opinii publicznej na ten problem publikując dane z niepokojąco wysokich stężeń pyłów PM10 i PM 2,5, zmierzonych za pomocą tanich czujników SDS011 firmy Nova [12,13]. Ze względu na popularność, ten sam model czujnika był przedmiotem tego badania. Chociaż wyniki tych projektów nauki obywatelskiej rejestrują tendencje, dokładność i precyzja tanich czujników jest często kwestionowana, ponieważ nie istnieją żadne standardowe procedury wdrożeniowe, a precyzyjne informacje dotyczące produkcji i kalibracji są zwykle niedostępne. W wielu różnych badaniach testowano różne rodzaje mikroczujników w celu oceny ich dokładności. Eksperymenty przeprowadzono jako badania polowe lub eksperymenty laboratoryjne lub połączenie obu, wykorzystując profesjonalne urządzenia jako instrumenty referencyjne. Większość badań podaje mieszane wyniki działania tanich czujników pod względem precyzji i dokładności [14-20]. Podjęto próbę znalezienia czynników korekcyjnych w celu zwiększenia dokładności [14, 21-23]. Względna wilgotność została zidentyfikowana jako jeden z głównych czynników przyczyniających się do błędów w pomiarze tanich czujników PM [19-21, 23, 24]. Zmierzone cząsteczki są do pewnego stopnia higroskopijne i zwiększają swoją objętość, ponieważ pochłaniają wodę z otoczenia.

Ponieważ tanie czujniki mierzą mokry rozmiar cząstek i generalnie nie są w stanie odróżnić cząstek i małych kropelek aerozolu, a nie mierzą suszonych cząstek, jak większość urządzeń referencyjnych ze zintegrowanym sprzętem grzewczym, prowadzi to do dużych różnic w wynikach. Crilley i Sousan poinformowali o ogólnej przeszacowaniu przez tanie czujniki PM i zauważyli, że im mniejsze były mierzone cząstki, tym większy był związany z tym błąd [16, 21].

Konkluzja

Wskazania SDS011 pokazują, że jego zastosowanie ma pewne ograniczenia. Chociaż jego odpowiedź na sygnał reaguje w odpowiednim czasie na szybki wzrost stężenia pyłów, narastanie sygnału jest opóźnione (Fig. 8, 9). Ilościowe porównanie SDS011, systemu Palas i cyklonem wykazało, że ten czujnik  rejestruje emisje, które są znacznie niższe od zarejestrowanych przez urządzenia referencyjne.

Źródło: Chemical Engineering & Technology, 41(9), 1826–1832

  1. K. N., Genikomsakis, N. Galatoulas, P. I., Dallas, L. M., Candanedo Ibarra, D., Margaritis, C. S., Ioakimidis, Development and On-Field Testing of Low-Cost Portable System for Monitoring PM2.5 Concentrations (Opracowanie i testowanie w terenie przenośnego systemu monitorowania stężenia PM2.5), Sensors 2018, 18(4), 1056.

Najnowsze osiągnięcia w dziedzinie tanich czujników umożliwiają projektowanie i wdrażanie kompaktowych, niedrogich i przenośnych czujników do monitorowania zanieczyszczeń powietrza o dokładnej szczegółowej rozdzielczości przestrzennej i czasowej, w celu wspierania zastosowań o szerszym znaczeniu w obszarze inteligentnych systemów transportowych (ITS). W tym kontekście obecne prace rozwijają koncepcję opracowania niedrogiego przenośnego systemu monitorowania zanieczyszczeń powietrza (APMS) do pomiaru stężenia pyłu zawieszonego (PM), w szczególności drobnych cząstek stałych o średnicy 2,5 μm lub mniejszej (PM2,5). W szczególności w niniejszym opracowaniu przedstawiono badania terenowe proponowanej nisko kosztowej implementacji APMS z wykorzystaniem pomiarów drogowych z mobilnego laboratorium wyposażonego w skalibrowany instrument jako podstawę do porównań oraz przedstawiono jego dokładność w charakterystyce stężeń PM2.5 w rozdzielczości 1 min w próbie drogowej. Ponadto, demonstruje zamierzone zastosowanie zbierania drobnoziarnistych profili spatio-temporalnych PM2.5 poprzez zamontowanie opracowanego systemu APMS na rowerze elektrycznym jako studium przypadku w mieście Mons w Belgii.

Wnioski

W niniejszym artykule zbadano, czy proponowane tanie wdrożenie może stanowić obiecującą alternatywę dla zintegrowanego systemu APMS dedykowanego do szacowania stężenia PM2.5 z wystarczającą dokładnością. W tym celu kalibracja opracowanego systemu została przeprowadzona w mobilnym laboratorium wyposażonym w dostępny w handlu sortownik cząstek optycznych jako certyfikowany przyrząd porównawczy w przydrożnym teście stacjonarnym. Następnie, wykrywanie tej kategorii zanieczyszczeń zostało przetestowane w mobilnej pracy w ramach scenariusza ruchu miejskiego w celu potwierdzenia przydatności proponowanego systemu do przestrzenno-czasowej rejestracji drobnoziarnistych zanieczyszczeń środowiska. Zaobserwowane opóźnienie pomiędzy pomiarami przyrządu porównawczego a tanim APMS można przypisać właściwościom i ograniczeniom zastosowanego niskokosztowego czujnika PM2.5. Pomimo błędów wprowadzonych ze względu na warunki mobilnego przebiegu testowego, uzyskane modele regresji (opracowane w celu dostosowania wydajności taniego APMS) utrzymują wysoki poziom dokładności. W związku z tym, w zależności od wymagań zamierzonego zastosowania, ten brak bardzo szybkiej reakcji można było przezwyciężyć zastępując obecny komponent czujnikiem PM, który jest bardziej wrażliwy na nagłe zmiany. W artykule przedstawiono studium przypadku, w którym podkreślono konieczność zbierania danych geolokalizacyjnych stężeń PM2.5 w wysokiej rozdzielczości w środowisku miejskim poprzez porównanie pomiarów zebranych przez tani APMS zamontowany na rowerze elektronicznym z pomiarami pobranymi z lokalnej stałej stacji monitorowania w Mons.

Dokładność systemu można poprawić poprzez dalszą kalibrację i walidację w terenie. Na początku należy uzyskać dostęp do szerszego zakresu stężeń PM2.5 w celu zmniejszenia błędów resztkowych obserwowanych podczas pomiaru wyższych stężeń. Dokładniej rzecz ujmując, możliwość zbadania zestawu danych z dłuższego okresu czasu może skutkować bardziej precyzyjną analizą danych, gdzie współczynniki modelu mogą być wyprowadzane przy użyciu walidacji krzyżowej w celu określenia najlepszych wartości współczynników dla dopasowanych modeli. W tym miejscu należy zauważyć, że wytyczne Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) określają limit średniej rocznej PM2,5 do 10 μg/m3 [33]. W tym względzie proponowany tani APMS jest w pełni zdolny do rejestrowania zdarzeń, w których wartość progowa jest przekroczona. Ograniczeniem proponowanego wdrożenia jest ryzyko gromadzenia się pyłu wewnątrz komory optycznej czujników cząstek stałych, co wpływa na dokładność pomiarów. W tym celu należy od czasu do czasu przeprowadzić staranne czyszczenie komory w ramach rutynowej konserwacji systemów. W związku z tym przyszłe prace powinny koncentrować się na badaniu wpływu akumulacji pyłu na dokładność czujnika. Wreszcie, inne kierunki przyszłych prac obejmują analizę porównawczą z co najmniej jednym innym dostępnym na rynku tanim czujnikiem PM i już scharakteryzowanym w innych publikacjach, jak również badanie odtwarzalności oparte na tańszych czujnikach PM tego samego typu.

Źródło: Sensors 2018, 18(4), 1056

  1. M., Gao, J., Cao, E., Seto, (2015). A distributed network of low-cost continuous reading sensors to measure spatiotemporal variations of PM2.5 in Xi’an, China (Rozproszona sieć tanich, ciągłych czujników do pomiaru zmian czasoprzestrzennych PM2.5 w Xi’an, Chiny). Environmental Pollution 2015, 199.

Rozproszona sieć tanich, ciągłych czujników do pomiaru zmienności czasoprzestrzennej  PM2.5 w Xi’an, Chiny – 2015

W publikacji zademonstrowano, że można stosować monitory PUWP* w celu rozbudowy  istniejących sieci pobierania próbek PM2.5 oraz w badaniach związanych ze zdrowiem. Jest to przystępna cenowo technologia zwiększania rozdzielczości czasoprzestrzennej zbiorów danych o stężeniu pyłów PM2.5. Może być ona stosowana  zarówno w otoczeniu sieci monitorowania otoczenia , a także w celu zapewnienia szybkich badań przesiewowych dotyczących poziomu zanieczyszczeń pyłem PM2,5. Chociaż dodatkowe badania kalibracyjne w ramach różnych warunków meteorologicznych byłyby użyteczne. Czujniki  PUWP demonstrują swój potencjał jako tani czujnik aerozolowy, który może być stosowane w rozwijaniu czy wdrażaniu w obszarach, gdzie pozyskanie drogiego oprzyrządowania do monitorowania jakości powietrza może być zbyt kosztowne, gdzie istnieje pilna potrzeba potrzeba monitorowania jakości powietrza ze względu na  ochrona zdrowia publicznego.

* Portable University of Washington Particle (monitors)

Źródło: Environmental Pollution 2015, 199 [accessed Nov 05 2018].

Wojtek Sańko

Wojtek Sańko

Animator współpracy interdyscyplinarnej pomiędzy światem technologicznym, organizacjami pozarządowymi i władzą publiczną. Promotor technologii, która odpowiada na potrzeby i problemy społeczne. Prywatnie, fan literatury i filmów sci-fi oraz gier strategicznych.
Inne artykuły autora

Zobacz także

10 October 2019 | Blog

Garść przydatnych informacji jak już masz złożony czujnik Luftdaten

Podłączyłeś/aś i zestaw już mierzy? 🙂 Garść przydatnych narzędzi w jednym miejscu, które mogą być wsparcie w użytkowaniu sensora. Strona do testowania działania czujnika, przed podłączeniem do sieci Luftdaten: Dane sensora: http://bit.ly/luftdaten_graf Pod tym adresem znajduje się historia pomiarów temperatury i wilgotności (dht lub bme280) oraz pomiary zapylenia (sds). Wyszukasz swój sensor wciskając na klawiaturze: […]

13 August 2019 | Blog

Przepisy jako kod – Code for Australia

Mam na imię Damian. Jestem programistą, łódzkim koordynatorem programu Koduj dla Polski prowadzonego przez Fundację ePaństwo. Na co dzień prowadzę jednoosobową firmę, współpracując głównie z organizacjami pozarządowymi z województwa łódzkiego i mazowieckiego. W tym tekście chcę opowiedzieć o swoim doświadczeniu zdobytym podczas tegorocznego stażu w Code for Australia i New South Wales Government. W marcu bieżącego roku rozpocząłem 6-miesięczny […]

Technologia i transport w inteligentnym mieście: szanse na dalszy rozwój czy wykluczenie?

Miałam ostatnio przyjemność wziąć udział w dyskusji dotyczącej inteligentnych miast (smart cities) na jednej z konferencji transportowych w Warszawie. Zostałam poproszona w ostatniej chwili, żeby zasiąść na scenie z sześcioma mężczyznami i zdywersyfikować panel. Zawahałam się, bo miałam tylko dwa dni na przygotowanie do dyskusji. Może powinnam poczuć się też nieco urażona, że zaprasza się […]

Partnerzy

Fundacja ePaństwo
Orange
Miasto Gdańsk
Code for Europe
Code for All
Pokaż wszystkich