Erhebung mobiler Luftqualitätsdaten in Echtzeit

Aachen, 26.10.2021 „Wie steht es um die Luftqualität in Innenstädten?“ Mit dieser für Städte und Kommunen immer wichtigeren Frage beschäftigten sich das FIR an der RWTH Aachen und die Geotab GmbH im Projekt AirQuality. Gemeinsam entwickelten die Forschungspartner ein mobiles Sensornetz zur Erfassung von Luftqualitätsdaten, das Städten eine höhere Transparenz über die Luftqualität bietet. Die Lösung visualisiert die Luftqualität nicht nur straßengenau, sondern auch in Echtzeit.

Das Projekt wurde im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) im Zeitraum von Oktober 2020 bis August 2021 mit rund 84.000 Euro gefördert. Die im Projekt erfassten Daten werden über die mCLOUD des BMVI kostenlos zur Verfügung gestellt.

Die bisherige Methode zur Überwachung von Luftschadstoffen an stationären Messstationen zeigt nur punktuell relevante Ergebnisse. Im Forschungsprojekt AirQuality sollte deshalb eine Lösung entwickelt werden, die ganze Gebiete echtzeitfähig erfasst und einen nachhaltigen, gesellschaftlichen Mehrwert bietet.

Um dies zu erreichen, statteten die Forschungspartner 15 Busse der Aachener Straßenbahn und Energieversorgungs-AG (ASEAG) mit einer eigens entwickelten, niedrigpreisigen Sensorik zur Datenerfassung und einer Geotab GO-Telematikeinheit zur Übertragung der gewonnenen Luftqualitätsdaten aus. Über einen auf dem Dach angebrachten Schlauch wurde die Außenluft mithilfe einer Vakuumpumpe angesaugt und die Messdaten, versehen mit den jeweiligen GPS-Koordinaten, in einer Datenbank gesammelt. Das so aufgebaute IoT-Netz ermöglicht den Echtzeit-Abruf von Daten. Zur anschließenden Beurteilung der Luftqualität entwickelten das FIR und Geotab eine Luftqualitätskarte. Sie visualisiert die Daten in einer über die Stadtkarte gelegten Heatmap und ermöglicht damit eine intuitive wie objektive Beurteilung der Luftqualität zu jeder Tageszeit, für jeden städtischen Bereich.

Im Vergleich mit den Daten der stationären, offiziellen Messstation VACW des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV) zeigte der mobile Sensor eine Korrelation von 60-80%. Mit den Möglichkeiten einer flächendeckenden Messung kann die mobile Lösung somit die Transparenz zur Luftqualitätssituation in Städten wesentlich erhöhen und gewährleistet zudem einen wirtschaftlichen Betrieb. „Um die Weichen für eine nachhaltige Zukunft zu stellen, benötigen Städte eine räumlich umfassende und präzise Datenbasis. Die mobile Datenerfassung ist eine sinnvolle Ergänzung zur stationären Messung und mit rund 300 € pro Sensor für die Datenmessung sowohl günstig als auch beliebig skalierbar“, erörtert Maximilian Schacht, Leiter des Center Smart Services im Cluster Smart Logistik die Vorteile der Lösung.

Um den Städten die Projektergebnisse zugänglich zu machen, wurden in Zusammenarbeit mit Vertretern der Städte Aachen, Gelsenkirchen und Halle drei Use-Cases ausgearbeitet, die ein besonders hohes Potenzial für Städte aufweisen:

• Die Identifizierung und Reduzierung von Hotspots, um Grenzwerte einzuhalten.
• Die kostengünstige und flexible Erstellung von Thermalbildern zur Erfassung nächtlicher Kälteströme.
• Die Beurteilung der Umgebungsluft bei Bauprojekten, um geeignete Standorte für spezielle Bauprojekte zu unterstützen, etwa einen neuen Kindergarten.

Die Analyse und Bewertung der Luftqualitätskarte bietet Städten auf Grundlage objektiver Daten ein Instrument zur Optimierung ihrer Luftqualität und damit auch zur Steigerung der Lebensqualität für die Bevölkerung.