Drony coraz częściej badają jakość powietrza. Dzięki nowej technologii można błyskawicznie zlokalizować mieszkańców spalających odpady. Naukowcy widzą w niej duży potencjał i podkreślają, że metodyka ciągle się rozwija. Zestaw czujników zamontowany na pokładzie drona mierzy np. stężenia pyłu zawieszonego, lotnych związków organicznych i ozonu. Sprzęt umożliwia wykonywanie pomiarów interwencyjnych, kontrolnych i naukowych.
Jak wyjaśniają dr Anetta Drzeniecka-Osiadacz oraz dr Tymoteusz Sawiński z Zakładu Klimatologii i Ochrony Atmosfery Uniwersytetu Wrocławskiego, drony monitorujące jakość powietrza atmosferycznego mają na pokładzie zainstalowany zestaw czujników do pomiaru stężeń zanieczyszczeń powietrza. Chodzi między innymi o pyły zawieszone, ozon, czy węglowodory.
Pomiary interwencyjne, kontrolne oraz naukowe
– W zależności od przeznaczenia – do celów badawczych lub pomiarów „interwencyjnych” wykonywanych np. przez straż miejską, mogą się różnić m.in. kształtem czerpni powietrza i oczywiście wykorzystywanymi sensorami. Przy pomiarach interwencyjnych czerpnia ma przede wszystkim umożliwić pobór próby zanieczyszczeń ze smugi dymu kominowego. W pomiarach naukowych czerpnia powinna po pierwsze zapewniać pobór powietrza niezaburzonego przez wirniki drona – tłumaczą dr Drzeniecka-Osiadacz i dr Sawiński.
Ponadto, zależnie od sposobu wykorzystania danych, różni się też planowanie lotu. Pomiary interwencyjne i kontrolne wymuszają konieczność podlatywania bezpośrednio w sąsiedztwo kominów. Z kolei w przypadku pomiarów naukowych profil lotu może, ale nie musi, być odmienny. Można więc wykonywać loty pomiarowe w pionie oraz badać pionową zmienność zanieczyszczeń. Możliwe jest również wykonywanie analiz zmienności tych stężeń w profilach poziomych.
Dr hab. inż. Robert Cichowicz, prof. Politechniki Łódzkiej, dyrektor Instytutu Inżynierii Środowiska i Instalacji Budowlanych, określa drony jako „platformy”, na których można zamontować aparaturę pomiarowo-próbkującą, umożliwiającą pomiary zanieczyszczeń powietrza wraz z wysokością od poziomu terenu do wysokości 200 metrów. Jeden zestaw baterii przeważnie pozwala na loty trwające do około 20-40 minut.
– Cały sprzęt może mieć różną wagę – np. prawie 20-25 kg, co powoduje, że do jego sterowania potrzebne są specjalne uprawnienia dla operatora bezzałogowego statku powietrznego. Ja wraz ze swoim zespołem korzystam z dwóch dronów (octocoptera i hexacoptera). Mają one odpowiednio 1,5 i 2 m średnicy. Wraz z aparaturą pomiarową ważą do 25 kg – komentuje.
Profesor, wśród wykorzystywanych przez siebie sensorów zanieczyszczeń, wymienia te mierzące między innymi: PM1, PM2.5, PM10, lotne związki organiczne, O3 i NO2, formaldehyd, TRS i aminy, NO, NH3, CO2, CO, H2S, O2, SO2 i odory.
Drony monitorują nie tylko jakość powietrza
Prof. Robert Cichowicz wyjaśnia, że na podstawie pomiarów wykonanych dzięki dronom możliwe jest określenie współzależności pomiędzy lokalizacją budynków przemysłowych, użyteczności publicznej i mieszkalnych, a ekspozycją ludzi na występowanie w powietrzu czynników szkodliwych dla ich zdrowia i samopoczucia.
Na dronach monitorujących jakość powietrza można zainstalować wiele czujników – do pomiaru parametrów tła meteorologicznego czy stężeń zanieczyszczeń pyłowych i gazowych. Dodatkowo istnieje możliwość zainstalowania innego sprzętu, jak np. kamer optycznych oraz termowizyjnych.
– Niezbędnym warunkiem jest niska waga urządzeń i niewielkie zapotrzebowanie na energię elektryczną. Zainstalowany sprzęt w jak najmniejszym stopniu powinien ograniczać możliwości lotu. Trzeba również pamiętać, że metody pomiarów stosowane w czujnikach instalowanych na dronach w większości przypadków nie są metodami referencyjnymi, ani równoważnymi do referencyjnych. Często metody te są mało selektywne (jak w przypadku węglowodorów), więc uzyskane wyniki należy uznawać za orientacyjne – komentują dla SmogLabu wrocławscy naukowcy.
Dane zebrane przez drony można wykorzystać na wiele sposobów. Między innymi w działaniach interwencyjnych, dla których mogą stanowić np. wskazówkę w którym miejscu spalane są odpady.
– Trzeba pamiętać, że sam wynik pomiaru dronowego nie jest wystarczający do nałożenia kar. Musi za nim iść odpowiednia kontrola – zaznaczają dr Drzeniecka-Osiadacz i dr Sawiński.
Wyniki uzyskane z drona oraz same jego loty nad problemowym obszarem mogą też pełnić funkcję edukacyjną. Zwiększają one świadomość znaczenia jakości powietrza, a także tego, że odpowiednie służby działają.
– W naszej opinii największy potencjał mają jednak pomiary wykonywane w celach naukowych. Dzięki nim dowiadujemy się m.in. o przestrzennej zmienności stężeń zanieczyszczeń oraz o jej uwarunkowaniach. Dotyczy to przede wszystkim zmienności w pionie, o której dotychczas wiedzieliśmy stosunkowo mało – dodają.
Sprawne wykrywanie zanieczyszczeń
Jednostki samorządowe mogą korzystać z aplikacji do monitoringu i kontroli. Wykorzystanie nowych technologii opartych na szybkich i skutecznych działaniach, może sprawić, że mieszkańcy chętniej zgłoszą pracownikom gmin naruszenia.
– Dzięki UavMonitoring wszelkie zdarzenia związane z degradacją środowiska i jego zanieczyszczeniami są udokumentowane, naniesione na mapę i zdigitalizowane. To ułatwia ich analizę i ocenę sytuacji. Nasze rozwiązanie pozwala na szybsze podjęcie stosownych działań i znaczące ograniczenie liczby tego typu naruszeń prawa na obszarze gminy – tłumaczy dr Marta Wenta, analityk danych i menadżer produktu z firmy SeaData.
Co za tym idzie, część danych można udostępnić do wglądu publicznego w aplikacji. Dzięki temu wiadomo gdzie dochodzi do tego typu zdarzeń. Mieszkańcy mogą również dowiedzieć się o działaniach podjętych przez gminę.
Czytaj również: Podkrakowska gmina sprawdza dronem dym z kominów. Kary do 5 tysięcy
Spalanie toksycznych odpadów? Nie do ukrycia!
Analityk danych i menadżer projektu z SeaData, chcąc przybliżyć SmogLabowi na czym polega praca tych dronów, opowiada podając przykład z życia wzięty: – W gminie otrzymano zgłoszenie o spalaniu toksycznych odpadów w przedsiębiorstwie. Zgłoszenie to zostaje naniesione na mapę w aplikacji UavMonitoring. Pracownik gminy po udaniu się na miejsce uzupełnia dokumentację zdarzenia o zdjęcia, wideo i opis. Robi to wszystko wykorzystując aplikację mobilną. Następnie zgłasza zapotrzebowanie na pomiary z wykorzystaniem dronów. Jeżeli gmina posiada takowy dron – zostaje wykonany przelot, a jego dokumentacja również trafia do aplikacji. Niekiedy zostają zamówione usługi naszego zespołu. Wówczas przelot jest dokonywany przez naszych wykwalifikowanych operatorów. Dokładna dokumentacja zdarzenia jest od razu dostępna w aplikacji i w systemie online, co umożliwia gminie podjęcie szybkich działań. Gmina ma również możliwość publicznego udostępnienia wyników inspekcji w wersji demo aplikacji.
Co potrafi Yeti?
Zanieczyszczenia powietrza, które aktualnie jest w stanie monitorować dron YetiAir to pyły PM10 oraz PM2,5. Trwają jednak starania o pozyskanie funduszy na zakup czujnika do pomiaru szerszej gamy substancji obecnych w powietrzu. W samym Porcie Gdańsk, poza kontrolą stężeń pyłu zawieszonego, drony pomagają w przeprowadzaniu inspekcji wizualnych i termowizyjnych.
Informacje zbierane przez drony wykorzystuje się podczas przygotowywania tygodniowych i miesięcznych raportów umożliwiających analizę stanu jakości powietrza. Dane te dają także możliwość zlokalizowania czynnika, który mógł spowodować zanieczyszczenie atmosfery.
– Aplikacja UavMonitoring pozwala na szybką analizę danych zebranych przez bezzałogowe statki powietrzne, pojazdy naziemne i urządzenia IoT, które są wizualizowane i archiwizowane w aplikacji – wyjaśnia Agnieszka Roszkowska, specjalistka ds. ochrony środowiska w Porcie Gdańsk.
Przyszłość czystego powietrza w dronach
Badacze z Uniwersytetu Wrocławskiego widzą duży potencjał w tej metodzie badania jakości powietrza. Podkreślają, że pomiary z wykorzystaniem dronów niewątpliwie mają przyszłość. Jednak – ze względu na to, że jest to dość młoda technologia – jej metodyka i pragmatyka wciąż się rozwijają.
– Obserwujemy postęp w miniaturyzacji urządzeń. Z roku na rok dysponujemy również coraz lepszymi czujnikami. Największą zaletą i przewagą nad tradycyjnymi pomiarami jest możliwość niedrogiego i relatywnie prostego dotarcia tam, gdzie dotychczas pomiary były niemożliwe lub trudne, pracochłonne i kosztowne – tłumaczą dr Drzeniecka-Osiadacz i dr Sawiński.
Również prof. Cichowicz widzi przyszłość w takim zastosowaniu dronów. Tłumaczy, że dzięki wykorzystaniu mobilnej aparatury pomiarowo-próbkującej można uzupełnić informacje z punktowych stacji pomiarowych.
– Taka metoda może pomóc w weryfikacji danych symulacyjnych oraz pozwala na pełniejszą interpretację zmian zanieczyszczeń powietrza – mówi.
Problem poważniejszy niż sądzimy
Dr Wenta, zapytana o skalę problemu zanieczyszczonego powietrza, odpowiada, że jest ona znacznie większa, niż powszechnie się przyjmuje.
– Zakłada się, że wiejący niemal nieustannie wiatr zapewnia odpowiednie mieszanie powietrza, jednak w sezonie zimowym często zdarzają się okresy bezwietrzne kiedy jego jakość jest niska, zwłaszcza z powodu tzw. niskiej emisji czy transportu – wyjaśnia.
Sytuację w kraju omawia dokładanie dr Drzeniecka-Osiadacz, która również wskazuje na zależność jakości powietrza od panujących aktualnie warunków pogodowych. W przypadku pogody wietrznej i deszczowej zanieczyszczenia szybko rozpraszają się, również w wyższych warstwach atmosfery.
– Zupełnie inaczej jest, gdy mamy do czynienia z pogodą bezwietrzną. Zwłaszcza w warunkach sprzyjających tworzeniu się nocnych inwersji temperatury – np. podczas bezchmurnych i bezwietrznych nocy obserwujemy wzrost temperatury wraz z wysokością. W takiej sytuacji zanieczyszczenia kumulują się w przyziemnej warstwie atmosfery, objętej zasięgiem inwersji. Prowadzi to do stopniowego wzrostu stężeń zanieczyszczeń – przede wszystkim przy powierzchni ziemi, ale również wyżej – odpowiada SmogLabowi.
Także prof. Cichowicz komentuje obecną jakość powietrza atmosferycznego w Polsce zauważając, że zmienia się udział poszczególnych źródeł jego zanieczyszczeń.
– Kiedyś największymi producentami zanieczyszczeń były zakłady przemysłowe, elektrownie, elektrociepłownie, natomiast nie odczuwano tak wpływu spalania komunalno-bytowego, czyli tak zwanej „niskiej emisji”. Do niej należy także dodać natężenie ruchu samochodowego, który kiedyś był znacznie niższy – wymienia.
Jak mówi naukowiec, duża ilość zanieczyszczeń powietrza w miastach spowodowana jest także przez całkowite lub częściowe zabudowanie istniejących wcześniej „korytarzy przewietrzania miast. Chodzi o korytarze powietrzne umożliwiające wymianę powietrza. W konsekwencji, zwarta, wysoka zabudowa przyczynia się do kumulacji szkodliwych substancji w centralnych obszarach miast. Dodatkowo, ze względu na brak możliwości stworzenia naturalnych barier ochronnych, które zatrzymywałyby przemieszczające się masy zanieczyszczonego powietrza, na to mogą nakładać się zanieczyszczenia które „napłynęły” spoza danego obszaru.
Czytaj również: Miejskie kaniony pełne spalin. Jak się ich pozbyć?
Zdjęcie: Grabowski Foto/Shutterstock
