Modelado 3D de la calidad del aire con drones sensores en Grecia

La contaminación atmosférica en Grecia ha sido un grave problema medioambiental en las últimas décadas. La urbanización rápida y desorganizada de las ciudades, la falta de infraestructuras y el aumento del parque automovilístico en las regiones urbanas fueron las principales causas del deterioro de la calidad del aire en el país.

Localización de Creta (Grecia)

Con más de 1.400 islas, los transportes marítimos y aéreos son habituales en Grecia. Las pruebas realizadas en Santorini demostraron que las concentraciones de partículas ultrafinas eran hasta 100 veces superiores near the ports. But in recent years, the situation has been improved thanks to better fuels and replacement of polluting old technology.

The evaluation of air quality and pollution has been traditionally conducted by ground based monitoring. Complejidad del terreno y barreras físicas usually complicate data collection, augmenting costs and decreasing efficiency and performance.

At the Laboratorio de Sistemas Industriales, Energéticos y Medioambientales de la Universidad Técnica de CretaAntonios Koutroumpas (estudiante de licenciatura) y Konstantinos Loukakis (estudiante de máster), con la ayuda de Spiros Papaefthimiou (profesor asociado), desarrollaron una tesis sobre sistemas de producción con el título: "Uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV) para la visualización en 3D de contaminantes atmosféricos en zonas urbanas". en el que un pequeño dron equipado con la plataforma de sensores inalámbricos de Libelium Waspmote se introdujo para adquisición de datos in situ.

Drone + Plataforma de sensores inalámbricos de gases calibrados

El estudio se llevó a cabo en el campus de la Universidad Tecnológica de Creta, en la ciudad de Chania. El objetivo principal de la tesis era capturar las emisiones contaminantes del aire y crear un Visualización 3D herramienta de una zona determinada. Los sensores fueron capaces de medir:

• temperatura del aire,
• presión atmosférica,
• humedad,
• monóxido de carbono (CO),
• dióxido de carbono (CO₂),
• dióxido de azufre (SO₂),
• ozono (O₃),
• dióxido de nitrógeno (NO₂),
• y amoníaco (NH₃).

Drones equipados con sensores compactos pueden proporcionar datos en casi cualquier punto de un eje tridimensional. Esta interesante característica favorece la reducción de los nodos sensores utilizados en cada proyecto de ciudades o entornos inteligentes, disminuyendo el coste total de la solución. Additionally, permits the user to obtain local data for production monitoring, problem detection and local climate control.

The projects require a wireless sensor network with the following requisites: bajo coste, portabilidad, capacidad de almacenamiento de datos y transmisión inalámbrica de los datos. Otro requisito adicional era sellado de hora y lugar de las mediciones de gas, lo que se consiguió gracias a las características intrínsecas del Waspmote y al módulo GPS integrado.

Mapa térmico de gases obtenido con el dron sensorizado

El desarrollador eligió la plataforma de sensores inalámbricos de Libelium por "su capacidad para integrar muchos protocolos en un solo nodo, which provides capabilities for implementations of multi-WSN architectures where independent communications can exist within a single network”.

Sensors were attached to the UAV thanks to customized boxes printed from a 3D printer, one for the sensor boards and a second one to contain the battery. While the drone flies, the sensors take measurements and send, via GPRS, the información directamente a la base de datosdonde se procesa.

Esquema del proyecto

El autor de la tesis es optimista sobre el futuro uso de UAV en aplicaciones de calidad del aire thanks to the capability and flexibility of these platforms. The presented paper developed concepts and innovative techniques for visualizing air pollutants in 2D and 3D form.

The main purposes on this thesis were crear una malla 3D de la zona de estudio y visualizar estos datos sobre el modelo 3D georreferenciado para una mejor comprensión del distribución de los contaminantes atmosféricos. Algunos de los resultados más importantes obtenidos gracias a esta actuación fueron la emisión de CO2 de la chimenea de la universidad y del aparcamiento.

CO y CO₂ mapas tridimensionales

La tesis deja la puerta abierta a la aplicación de esta metodología disruptiva en zonas donde la alta concentración de contaminantes atmosféricos sea preocupante, como por ejemplo zonas industriales, puertos o aeropuertos. The use of more than one UAV could offer simultaneous data at different locations and heights, giving the opportunity to investigate air quality at a bigger scale.

This is no es la primera vez que la plataforma de sensores inalámbricos de Libelium se adapta en un sistema similar. Recientemente se ha implantado en Rusia un sistema inteligente de vigilancia del agua con drones para medir contaminación en la mayor reserva de agua de Eurasiasituada en el río Volga.

Este proyecto de IoT contribuye a alcanzar los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible:

Más información:

• Para más detalles técnicos sobre la Guía de la placa Smart Environment PRO/Gases PRO: Guía de la placa Gases PRO v30.
• Para más detalles técnicos sobre los sensores Smart Cities PRO: Guía de la Junta Directiva de Smart Cities PRO.
• Aprende más sobre las líneas de producto de Libelium: Waspmote, ¡Waspmote Plug & Sense! Plataforma de sensores y Pasarela Meshlium .
• Drones, sensores y Blockchain para el control de la calidad del agua en el río Volga para promover datos fiables y transparencia.
• Libelium lanza una nueva plataforma IoT para ciudades inteligentes que mejora la precisión de los sensores de nivel de ruido y contaminación atmosférica.
• Nuevos sensores calibrados de calidad del aire para ciudades inteligentes.

Referencias:

• Universidad Técnica de Creta: tuc.gr
• La salud de turistas y lugareños peligra en una isla griega por las emisiones tóxicas de los cruceros, según los ecologistas: independiente.es