Pomiary jakości powietrza na kampusie Politechniki Wrocławskiej za pomocą sieci czujnikowej

• Autorzy: Badura Marek , Sówka Izabela , Batog Piotr , Szymański Piotr

Identyfikatory

DOI

10.15199/17.2023.2.5

Warianty tytułu

EN

Air quality measurements on the Wroclaw University of Science and Technology campus using a sensor network

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sieć czujnikową do pomiarów zanieczyszczeń powietrza na terenie kampusu Politechniki Wrocławskiej. Opisano urządzenia czujnikowe do pomiarów frakcji pyłu PM_2.5, wykorzystujące niskobudżetowe czujniki optyczne PMS A003 firmy Plantower. Zaprezentowano również strukturę sieci zlokalizowanej na kampusie głównym i kampusach peryferyjnych. Opisano działanie systemu do informowania społeczności akademickiej i mieszkańców Wrocławia o jakości powietrza, a także przedstawiono przykładowe wyniki badan przeprowadzonych za pomocą urządzeń czujnikowych. Podczas epizodów podwyższonych stężeń PM_2.5, sygnały z czujników były zbieżne z wynikami pomiarów ze stacji państwowego monitoringu, a same urządzenia charakteryzowały się dobrą powtarzalnością wskazań pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami. W przyszłości sieć może zostać rozszerzona o nowe czujniki do pomiarów zanieczyszczeń gazowych, np. ozonu.

EN

The paper presents a sensor network for the measurements of air pollution on the campus of Wroclaw University of Science and Technology. Sensor devices for the measurement of the PM_2.5, using Plantower low-cost PMS A003 optical sensors, are described. The structure of the network located on the main campus and peripheral campuses is also presented. The operation of the system for informing the academic community and residents of Wroclaw about air quality is described, and examples of the results of tests carried out with the sensor devices are presented. During episodes of elevated PM_2.5, concentrations, sensor signals were consistent with measurements from regulatory monitoring stations, and the devices showed high reproducibility between units. In the future, the network may be supplemented with new sensors for measuring gaseous pollutants such as ozone.

Słowa kluczowe

PL

zanieczyszczenia powietrza; pył zawieszony; czujniki niskobudżetowe

EN

air pollution; particulate matter; low-cost sensors

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Gaz, Woda i Technika Sanitarna
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 2
• Strony: 21--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Badura Marek

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra Klimatyzacji, Ogrzewnictwa, Gazownictwa i Ochrony Powietrza, ul. Norwida 4/6, 50-370 Wrocław

autor

Sówka Izabela

• Politechnika Wrocławska, Wydział Inżynierii Środowiska, Katedra In2ynierii Ochrony Środowiska, pl. Grunwaldzki 9, 50-384 Wrocław

autor

Batog Piotr

• INSYSPOM, ul. Krzywoustego 6-12, 51-165 Wrocław

autor

Szymański Piotr

• Politechnika Wrocławska, Wydział Informatyki i Telekomunikacji, Katedra Sztucznej Inteligencji, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] BAdegboye, M. A.; Fung, W.-K.; Karnik, A. 2019. "Recent Advances in Pipeline Monitoring and Oil Leakage Detection Technologies: Principles and Approaches". Sensors, 19(11), 2548.
• [2] Badura, M.; Batog, P.; Drzeniecka-Osiadacz, A. 2018. Modzel, P. "Evaluation of low-cost sensors for ambient PM2.5 monitoring". Journal of Sensors, 5096540.
• [3] Badura, M.; Batog, P.; Drzeniecka-Osiadacz, A.; Modzel, P2022. "Low and Medium-Cost Sensors for Tropospheric Ozone Monitoring-Results of an Evaluation Study in Wroclaw, Poland". Atmosphere, 13, 542.
• [4] Badura, M.; Sówka, I.; Batog, P.; Szymański, P.; Dąbrowski, L. 2019.Sensor network for PM2.5 measurements on an academic campus area. E3S Web Conf., 116, 00004.
• [5] Badura, M.; Sówka, I.; Szymański, P.; Batog, P. 2020. "Assessing the usefulness of dense sensor network for PM2.5 monitoring on an academic campus area". Science of The Total Environment, Volume 722, 137867.
• [6] Barchyn, T. E.; Hugenholtz, Ch. H.; Fox, T. A. 2019. "Plume detection modeling of a drone-based natural gas leak detection system". Elementa: Science of the Anthropocene, 7:41.
• [7] Bousiotis, D.; Beddows, D. C. S.; Singh, A.; Haugen, M.; Diez, S.; Edwards, P. M.; Boies, A.; Harrison, R. M.; Pope, F. D. 2022. A study on the performance of low-cost sensors for source apportionment at an urban background site. Atmospheric Measurement Techniques, 15, 4047-4061.
• [8] Brodziak, R.; Urbaniak, A. 2019. "Zarządzanie i monitoring systemu zaopatrzenia w wodę w inteligentnym mieście". Gaz, Woda i Technika Sanitarna (5): 165-171.
• [9] Bylka, J.; Schiller, T.; Szuster-Janiaczyk, A. 2016. "Wybrane aspekty zarządzania systemami zaopatrzenia w wodę, jako element „Smart city” Gaz, Woda i Technika Sanitarna (4): 122-127.
• [10] Canales, F. A.; Jadwiszczak, P.; Jurasz, J.; Wdowikowski, M.; Ciapała B.; Kaźmierczak, B. 2020. "The impact of long-term changes in air temperature on renewable energy in Poland". Science of The Total Environment, Vol. 729, 138965.
• [11] Długosz, M.; Roman, M.; Węgrzyn, P. 2021. "System sterowania autonomicznego pojazdu A-EVE." Przegląd Elektrotechniczny, 97 (8): 42-47.
• [12] European Environment Agency, Europe's air quality status 2022, Briefing no. 04/2022, https://www.eea.europa.eu//publications/air-quality-in-euro-pe-2022 (dostęp 29.12.2022).
• [13] Feinberg, S. N.; Williams, R.; Hagler, G.; Low, J.; Smith, L.; Brown, R.; Garver, D.; Davis, M.; Morton, M.; Schaefer, J.; Campbell J. 2019."Examining spatiotemporal variability of urban particulate matter and application of high-time resolution data from a network of low-cost air pollution sensors". Atmospheric Environment, 213, 579-584.
• [14] Gołoś, K.; Ciupek, B.; Judt, W.; Urbaniak, R. 2021.: Wpływ wymiany kotłów grzewczych opalanych paliwem stałym na jakość powietrza w Polsce w latach 2000-2020". Przemvsł Chemiczny, T. 100 (5): 486-489.
• [15] Hart, J. K.; Martinez, K. 2006."Environmental Sensor Networks: A revolution in the earth system science?" Earth-Science Reviews, Volume 78, Issues 3-4, 177-191.
• [16] Javaid, M.; Haleem, A.; Rab, S.; Singh, R. P. 2021. Suman, R. "Sensors for daily life: A review". Sensors International, Volume 2, 100121.
• [17] Jedlikowski, A.; Englart, S.; Cepiński, W.; Badura, M.; Sayegh, M. A. 2020. "Reducing energy consumption for electrical gas preheating processes." Thermal Science and Engineering Progress, vol. 19, art. 100600, s. 1-13.
• [18] Jońca, J.; Pawnuk, M.; Arsen, A.; Sówka, I. 2022. "Electronic Noses and Their Applications for Sensory and Analytical Measurements in the Waste Management Plants-A Review". Sensors, 22, 1510.
• [19] Jońca, J. E.; Miller, U.; Sówka, I. 2022. "Aktualne rozwiązania w zakresie czujników stosowanych w pomiarach substancji zapachowych". Wodociągi, Kanalizacja (11): 16-20.
• [20] Kandris, D.; Nakas, C.; Vomvas, D.; Koulouras, G. 2020. "Applications of Wireless Sensor Networks: An Up-to-Date Survey". Applied System Innovation, 3(1):14.
• [21] Kobus, D.; Merenda, B.; Sówka, I.; Chlebowska-Styś, A.; Wroniszewska, A. 2020."Ambient Air Quality as a Condition of Effective Healthcare Therapy on the Example of Selected Polish Health Resorts". Atmosphere 11(8):882.
• [22] Koziorowska, A.; Potyrała, D.; Macek, M.; Krasowski, R. 2021 "The smart home systems projects based on the Arduino platform". Przegląd Elektrotechniczny, r. 98, nr 1, 88-91.
• [23] Kuchcik, M. 2020. "Zanieczyszczenie powietrza w uzdrowiskach polskich - problem gmin uzdrowiskowych oraz kuracjuszy". Przegląd Geograficzny, 92 (1): 109-134.
• [24] Kwilosz, T.; Filar, B.; Miziołek, M. 2022. "Analiza zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego pyłami charakterystycznymi dla niskiej emisji". Nafta-Gaz (9)1641-653.
• [25] Levy Zamora, M.; Xiong, F.; Gentner, D.; Kerkez, B.; Kohrman-Glaser, J.; Koehler, K. 2019. "Field and laboratory evaluations of the Low-cost Plan-tower particulatematter sensor". Environmental Science & Technology. 53 (2): 838-849.
• [26] Lu, T.; Liu, Y.; Garcia, A.; Wang, M.; Li, Y.; Bravo-Villasenor, G.; Campos, K.; Xu, J.; Han, B. 2022. "Leveraging Citizen Science and Low-Cost Sensors to Characterize Air Pollution Exposure of Disadvantaged Communities in Southern California". International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(14):8777.
• [27] Merenda, B.; Maciejewski, P.; Bezyk, Y.; Sówka, I. Indoor Air Quality in a Selected Health Resort Facility: Analysis of PM10, PM2.5 and 222Rn Concentrations. Journal of Ecological Engineering, 23(10):202-215.
• [28] Mohankumar, P.; Ajayan, J.; Yasodharan, R.; Devendran, P.; Sambasivam, R. 2019. "A review of micromachined sensors for automotive applications". Measurement Volume 140, 305-322.
• [29] Nuvolone, D.; Petri, D.; Voller, F. 2018. "The effects of ozone on human health". Environmental Science and Pollution Research volume, 25, 8074¬8088.
• [30] Olstrup, H.; Astrom, C.; Orin, H. 2022. "Daily Mortality in Different Age Groups Associated with Exposure to Particles, Nitrogen Dioxide and Ozone in Two Northern European Capitals: Stockholm and Tallinn". Environments (9) 83.
• [31] Owczarczak, R.; Żyłka, P. 2021. "Harvesting energii jako metoda bezbateryjnego zasilania zdalnych układów czujnikowych w budynkach z systemem zarządzania BMS". Przegląd Elektrotechniczny. 97 (7): 120-125.
• [32] Palacin, J.; Martinez, D.; Clotet, E.; Pallejà, T.; Burgués, J.; Fonollosa, J.; Pardo, A.; Marco, S. 1957 "Application of an Array of Metal-Oxide Semiconductor Gas Sensors in an Assistant Personal Robot for Early Gas Leak Detection." Sensors, 19.
• [33] Rai, A. C.; Kumar, P.; Pilla, F.; Skouloudis, A. N.; Di Sahatino, S.; Ratti, C.; Yasar, A.; Rickerby, D. 2017."End-user perspective of low-cost sensors for outdoor air pollution monitoring". Science of The Total Environment, Vol. 607-608, 691-705.
• [34] Ryńska, J. 2022. "Programy wsparcia dla urządzeń grzewczych". Rynek Instalacyjny, (3): 31-34.
• [35] Sówka, I.; Chlebowska-Styś, A.; Pachurka, L.; Rogula-Kozłowska, W.; Mathews, B. 2019, "Analysis of Particulate Matter Concentration Variability and Origin in Selected Urban Areas in Poland". Sustainability, 11(20): 5735.
• [36] Świątek, J.; Kazirodek, P. 2020. "Systemy zarządzania dystrybucją energii w energetyce rozproszonej". Elektro Info (5): 62-65.
• [37] Talach, Z. A.; Stachurek, I. 2020. "Zagrożenie zdrowia człowieka na skutek oddziaływania smogu w naszym kraju". Gaz, Woda i Technika Sanitarna (2): 5-9.
• [38] Thunis, P.; Pisoni, E.; Bessagnet, B.; Wilson, J.; Vignati, E.; De Meij, A. Mascherpa, A. 2021.Urban PM2.5 Atlas, EUR 30829 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg.
• [39] Tomczyk, A. M.; Bednorz, E.; Szyga-Pluta, K. 2021 "Changes in Air Temperature and Snow Cover in Winter in Poland". Atmosphere (12) 68.
• [40] Wrocławski Indeks Powietrza, https://www.wroclaw.pl/zielony-wroclaw/wroclawski-indeks-powietrza (dostęp: 04.01.2023).
• [41] Zielonka, J.; Sułowicz, M.; Czechowski, M. 2021. "Analiza możliwości wykorzystania sensorów zabudowanych w smartfonach w systemach diagnostycznych". Napędy i Sterowanie 23 (11): 70-75.
• [42] Zin, M. S. I. M.; Mustafah, M .A. K.; Arith, F.; Isa, A. A. M. Barukang, L.; Markarian, G. 2022. "Development of Low-Cost loT-Based Wireless Healthcare Monitoring System". Przegląd Elektrotechniczny, 1 (1): 222-227.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).