iCity 2: Sensoren4iCity

Für die Untersuchung der Schadstoffverteilung in städtischen Gebieten, wie sie auch intensiv in verschiedenen parallelen iCity-Projekten untersucht werden, werden Messdaten mit hoher räumlicher Auflösung benötigt. Bisherige Messsysteme sind aufgrund ihrer Größe und Komplexität nur an wenigen Standorten verfügbar oder können aufgrund Ihres Energiebedarfs nur an speziellen Standorten mit geeignetem Stromanschluss installiert werden. Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung kompakter Sensorsysteme zur räumlichen Erfassung von Umweltdaten (Feinstaub, CO2, Temperatur, …), welche einen sehr niedrigen Energieverbrauch aufweisen, so dass sie autark über einen längeren Zeitraum operieren können. Dadurch kann solch ein Sensornetzwerk sehr flexibel mit vielen Sensoren an beliebigen Orten aufgebaut werden.

Wichtige Fragestellung sind hierbei zum einen wie Sensorsysteme zur Erfassung von Umweltdaten kompakt und energieautark aufgebaut werden können, so dass sie möglichst einfach und flexibel installiert werden können. Zum anderen gilt es zu untersuchen, wie hierbei trotzdem eine hohe Messgenauigkeit sichergestellt werden kann.

Für einen kompakten Aufbau werden geeignete Sensorelemente hinsichtlich ihres Energieverbrauchs und der Messgenauigkeit analysiert und selektiert sowie das Gesamtsystem auf einen möglichst autarken Betrieb optimiert. Gleichzeitig wird die Messgenauigkeit unter den verschiedenen Betriebsbedingungen analysiert und das optimale Verhältnis zwischen Messgenauigkeit und Laufzeit des Systems ermittelt. Auch Möglichkeiten, die Laufzeit des Systems durch zusätzliche Energiequellen zu verlängern, werden hierzu untersucht.

Im Rahmen des Projektes ist ein Plattform auf Mikrokontrollerbasis entwickelt worden, welche die wichtigsten Umweltdaten (Temperatur, Feuchte, Feinstaub PM1, PM2.5, PM5, PM10, CO2, VOC und weitere) über Sensoren erfasst. Diese Daten können über Funknetzwerke (WLAN, Lora) an einen zentralen Server übermittelt werden. Das System ist kompakt (12cmx7cmx5cm) und autark aufgebaut und kann im Batteriebetrieb mehrere Wochen unabhängig betrieben werden. Dies ermöglicht einen sehr flexiblen Einsatz der Sensoren und das System kann mit sehr geringem Installationsaufwand an vielen Orten angebracht werden.

In dem Projekt ist gezeigt worden, dass mit diesem Sensorsystem

• Eine kontinuierliche Überwachung eines Gebietes mit Hilfe eines Netzwerkes aus 10-15 Sensoren möglich ist

• Mobile 2D/3D Messung mit an Fahrzeugen (Fahrrad, Fussgänger, Drohnen,…) befestigten Sensor mit hoher räumlicher Auflösung durchgeführt werden können.

  Die Sensoren bieten daher eine sehr flexible Plattform für weitere detaillierte Untersuchung der räumlichen Verteilung von Luftschadstoffen im Rahmen der anderen iCity-Projekte als auch für weitere externe Forschung