n KLIMA & MILJØ Low-cost sensorer og mobile målinger til luftkvalitets- overvågning En kampagne ved Institut for Miljøvidenskab, Aarhus Universitet, og DevLabs ApS har testet ydeevnen af low-cost sensorer, når de anvendes på biler, og undersøgt koncentrationerne målt af et tæt low-cost sensornetværk etableret i London. Af Louise Bøge Frederickson 1,2,3 , Hugo Savill Russell 1,2,3 , Matthew Stanley Johnson 2,4 og Ole Hertel 5 1 Institut for Miljøvidenskab, Aarhus Universitet 2 DevLabs ApS 3 Danish Big Data Centre for Environment and Health (BERTHA), Aarhus Universitet 4 Kemisk Institut, Københavns Universitet 5 Teknisk Fakultet, Aarhus Universitet Luftforurening kan variere betydeligt over tid og sted. I EU benytter myndig - heder og regulerende instanser et fast luftkvalitetsmålestationsnetværk for at overvåge luftkvaliteten. Målestati­ onerne indeholder store, dyre og præcise luftkvalitetsinstrumenter. Dog har disse stationer begrænsninger i forhold til tidsopløsning og rækkevide, da der kun er placeret 18 i Danmark. For at imødegå disse begrænsninger vender forskere og kommunale myn - digheder sig i stigende grad til low-cost sensorer. Som navnet antyder, er disse måleapparater relativt billige, og de udmærker sig ved at være mobile og nemme at betjene. Sammenlignet med store målestationer er low-cost sensorer til gengæld også mere upræcise, men trods den lavere målepræcision kan disse sensorer stadig give nyttig infor - mation. Det vigtigste er, at brugerne har en fælles forståelse af, hvad sensorerne skal bruges til, og at de kan bruges til det specifikke formål. Mobilt overvågningsudstyr, der invol - verer køretøjer udstyret med sensorer, er særligt egnede til at undersøge forure - ningsmønstre på mindre skalaer. Selvom Figur 1. Kort over ruten i målekampagnen. NO 2 -koncen­trationen kan variere betydeligt både rumligt og tidsmæssigt, hvilket betyder, at målingerne, mens MAPS-bilen er i bevægelse, kun giver øjebliksbilleder af den aktuelle koncentration det kan være udfordrende at indsamle tilstrækkeligt med data til langvarige gennemsnit, er mobil overvågning vær - difuld til at identificere luftforurenings - hotspots og for eksempel trends mellem forskellige områder. De private firmaer, DevLabs og AirScape, har etableret et tæt netværk af low-cost sensorer i London, England. Disse low-cost sensorer er placeret på lygtepæle og måler blandt andet kvæl - stofdioxid (NO 2 ). En Google Street View bil udstyret med en reference- luftkvalitetsmåler i bagagerummet blev doneret til Aarhus Universitet, og konverteret til en forskerbil dedikeret til luftforureningsmålinger. Vi tilføjede en tagboks med low-cost sensorer på bilen og udførte en to- ugers målekampagne, hvor vi kørte til London for at 1) teste værdierne fra det stationære low-cost sensornetværk og 2) evaluere low-cost sensorernes ydeevne under mobil anvendelse mod reference- luftkvalitetsmåleren i bagagerummet. Målekampagnen I løbet af den 14-dages målekampagne kørte vi Mobile Air Pollution Sensing (MAPS)-bilen fra Danmark til London, 8 Dansk Kemi, 104, nr. 6, 2023 -

KLIMA & MILJØ n Figur 2. MAPS-bilen under målekampagnen. Øverst ses et nærbillede af bilen, hvor man kan se indsugningen på taget og tagboksen. Nederst er bilen parkeret foran en lygtepæl, hvorpå der er monteret en low-cost sensor. Figur 3. Koncentrationen af NO 2 målt af MAPS-bilen vs. low-cost sensornetværket, når MAPS-bilen var 0 til 5 meter (A), 6 til 15 meter (B) eller 16 til 45 meter (C) fra de respektive low-cost sensorer. En lineær regressionslinje med et 95 procent konfidensinterval (rød linje med gråt område) og en 1:1-linje (stiplet sort linje) er vist. og ruten er vist i figur 1. Bilen, som er vist på figur 2, var udstyret med præcise luftkvalitetsmålere, som var tilsluttet et rustfrit stål-indtag, der er specifikt designet til at minimere indflydelsen af selv-emission og kørehastighed på de målte koncentrationer. NO 2 -koncentra - tionen blev målt med en tidsopløsning på 1 sekund ved hjælp af en Cavity Attenuated Phase Shift NO 2 -monitor fra Aerodyne Research. Under målekam - pagnen førte passageren i MAPS-bilen en detaljeret tids-aktivitetslog, og dataen blev tildelt unikke identifikationer (ID’er). Disse ID’er blev opdelt i forskel - lige kategorier, herunder Parkering , Bykørsel , Motorvej , Tunnel og Parker . Resultater Målingerne fra low-cost sensor (LCS) netværket blev testet ved at parkere nær sensorerne og sammenligne dem med MAPS-bilens resultater. Sammenlig - ningen viste en bestemmelseskoefficient ( R 2 ) på 0,8. Det blev tydeligt, at kor - relationen blev mindre, jo længere væk MAPS-bilen var fra sensorerne (figur 3). I undersøgelsen af den rumlige variation af NO 2 i London udførte vi flere casestudier. Et af disse studier blev udført i Regent’s Park, hvor vi kørte tre forskellige ruter: en indre rute i midten af parken, en midterste rute rundt om parken og en ydre rute i normal bykør - sel, lidt længere ude end den midterste rute. Hver af disse ruter blev gennemført på 40 minutter, og de gennemsnitlige NO 2 -niveauer langs hver rute blev målt. Resultaterne viste, at den ydre rute havde de højeste NO 2 -niveauer, efterfulgt af den midterste rute og den indre rute (figur 4, side 10). Især for den midterste og den indre rute er hver omgang tydeligt afspejlet i tidsserierne i figur 4C. Her kan man se, at vi kørte fire omgange på den midterste rute og cirka 15 omgange på den indre rute. Figur 5, på side 10, viser resulta - terne af testen af low-cost sensorernes ydeevne i forskellige miljøer. Der ses betydelig variation i korrelationen med R 2 -værdier mellem 0,33 og 0,75. Hastig - heden varierer også markant mellem miljøerne, for eksempel omkring 100 km/t på motorveje, 0 km/t under parke - ring og under 20 km/t i bykørsel. Low- cost sensorerne har bedre ydeevne under parkering og på motorveje sammenlig - net med bykørsel og kørsel i tunneller. Dette kan forklares ved sensorernes relative lave reaktionshastighed og den hurtige ændring i NO 2 -koncentrationer over tid og sted. Selvom R 2 -værdien for low-cost sen - sorernes NO 2 -målinger under bykørsel - Dansk Kemi, 104, nr. 6, 2023 9

    ...