Big Data

Flächendeckendes Messnetz für Feinstaub

Mehr als drei Viertel der deutschen Bevölkerung wohnt in Städten. Für die Gesundheit spielt hier die Luftqualität und somit Feinstaub eine wichtige Rolle. Das Verbundprojekt SmartAQnet arbeitet an einem großflächigen Projekt zur Messung des Feinstaubs in Städten.

SmartAQnet

Das Forschungsprojekt SmartAQnet bringt Daten aus alten und neuen Messsystemen wie Smartphone-Sensoren zusammen, um Feinstaub in der Stadt besser zu verstehen. | © P. Langer/ KIT

Der Schadstoff ist in Städten unterschiedlich verteilt. Für die meisten ist bisher ungeklärt, wie hoch die Feinstaubbelastung auf dem Fahrradweg zur Arbeit ist oder die Belastung im eigenen Viertel. Doch die präzisen und teuren Messstationen befinden sich meist an wenigen neuralgischen Punkten mit sehr hoher Luftbelastung wie dem Neckartor in Stuttgart oder der Landshuter Allee in München. Dem will das Forschungsprojekt Smart Air Quality Network (SmartAQnet) nun entgegenwirken.

SmartAQnet ist ein Verbundprojekt des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), Wirtschaft, Wissenschaft und Kommune. Zunächst wird ein Gesamtsystem für die Modellregion Augsburg erarbeitet, mit dem die Verteilung von Feinstaub in der Stadt besser verstanden werden soll. Im vom KIT koordinierten Projekt werden bestehende Datensätze zusammengefügt und mit einer vernetzten mobilen Messstrategie verbunden. „Wir versuchen, alle verfügbaren vorhandenen Daten zusammenzuführen und ergänzen sie durch ein vielschichtiges Netzwerk von Sensoren, um eine bessere Datenlage zu schaffen“, sagt Projektleiter Matthias Budde, Informatiker am Lehrstuhl für Pervasive Computing Systems (PCS) und der Forschungsgruppe TECO.

Mikromembranpumpe

Feinstaub schädigt Herz und Lunge. Vor einer hohen Belastung könnte in Zukunft ein Smartphone mit eingebautem Gassensor warnen. Damit der Sensor schnell anspricht und genaue Messwerte liefern kann, haben Forscher eine leistungsstarke Mikromembranpumpe entwickelt, die die Umgebungsluft zuführt.

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Erforscht wird, wie große Datenmengen effizient ausgewertet und in nutzbares Wissen verwandelt werden können. Neben den Luft- und Wetterdaten fließen bei SmartAQnet unter anderem Messungen von Flugdrohnen ein, die Auskunft über die Feinstaubverteilung in höheren Luftschichten geben können. Doch auch Messdaten von Bürgern sollen mit einfließen. Ein von Budde entwickelter aufsteckbarer Sensor und eine App können die Kamera eines Smartphones in einen Feinstaubdetektor umwandeln. Dabei gibt dann der Blitz des Smartphones Licht in den Messbereich, Feinstaub streut dieses Licht und die Kamera fängt das Messergebnis auf. Die Helligkeit des Bildes lässt sich in die Staubkonzentration umrechnen. Obwohl diese einfache Technik zwar weniger genau ist, wird dieser Nachteil potenziell durch die hohe Anzahl an Messungen und die breite räumliche Abdeckung ausgeglichen.

Die Koordinierung der hochpräzisen Messungen und der kostengünstigen von Laien ist eine der Herausforderungen des Projekts. „Dafür sind schlaue Algorithmen und Big Data-Analysen nötig“, betont Budde. Ein Fokus von SmartAQnet liegt auf der Entwicklung einer Plattform, in die die Verbundpartner ihre Umweltmessungen einspeisen. „Soweit keine personenbezogenen Daten betroffen sind, sollen alle Daten, die beteiligte Forscher und Bürger sammeln, als Open Data jedem Interessierten zugänglich sein“, betont Budde und damit Wissenschaftlern, Stadtplanern, Behörden und Bürgern gleichermaßen zur Verfügung stehen.

Auch die Klimaforscher des KIT sind an den Daten interessiert. „Von Seiten der Stadtklimaforschung gibt es ein sehr großes Interesse an flächendeckenden Messungen, um ein vollständiges Bild der Luftqualität zu erreichen“, sagt Professor Stefan Emeis, Klimaforscher am Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) des KIT, das Verbundpartner von SmartAQnet ist. Die Ergebnisse des Verbundprojekts können unter anderem auch für die Forschung „Stadtklima im Wandel“ genutzt werden. Mit SmartAQnet könne man erkennen, welche Teile der Stadt wie belastet sind. Dabei wurde Augsburg als Modellregion gewählt, da dort zahlreiche Umweltinstitutionen angesiedelt sind und Dauermessstellen bestehen, deren langfristige Aussagen in das Projekt einfließen. (idw, red)

Das Forschungsprojekt ist bereits im Frühjahr 2017 gestartet und auf eine Dauer von drei Jahren ausgelegt. Weitere Information finden Sie hier.