O měřící technologie čVut airtracker je mezi městy zájem

Kdo nejvíce umíral v koronavirové pandemii? Lidé s chronickými dýchacími obtížemi, těžkými alergiemi způsobenými polutanty, z prachu. Právě v nenápadném prachu spočívá obrovská hrozba statisícům životů. Ale už dávno před dobou koronavirovou spousta osob trpěla a umírala v důsledku špatného ovzduší, byť se hledal způsob, jak ho odstranit. Měření úrovně znečištění ovzduší je trvalou snahou měst a regionů, environmentálních aktivistů a skupin a způsobů měření je více. Minimálně jsou to ty drahé a levné. Méně konvenční přístup k monitorování životního prostředí zvolil Ústav bezpečnostních technologií a inženýrství Dopravní fakulty ČVUT v Praze, jehož zakladatelem je Doc. Ing. Václav Jirovský, CSc.

Pane docente, co vlastně vedlo ke vzniku ústavu?

Kolem roku 2006 si Evropa uvědomila, že v jejím výzkumném portfoliu chybí specifická civilně bezpečnostní problematika a rýsovaly se základy nové priority připravovaného výzkumného programu FP7 – bezpečnostního výzkumu. Po dohodě s Ministerstvem vnitra byla paralelně založena i česká odnož evropského bezpečnostního výzkumu, řízená tímto resortem. Na to reagovalo ČVUT v Praze založením Ústavu bezpečnostních technologií a inženýrství při Fakultě dopravní, jako jedné z prvních univerzitních kateder zaměřených na tuto problematiku v Evropě. Převážná většina studijních oborů na ČVUT v Praze má konstrukční zaměření, Fakulta dopravní je orientována na chování rozlehlých systémů na velkém teritoriu a má rámec provozní. A bezpečnost je ve své podstatě provozní záležitost.

Můžete nám přiblížit, jak bezpečností výzkum souvisí s environmentálním výzkumem?

Bezpečnostní výzkum má obrovskou variabilitu – od technologií přes právní problematiku až k sociologii nebo psychologii. Řešíme také projekty od bezpečnosti IT přes aktivity na sociálních sítích až k problematice senzorů a jejich vzájemnému propojování, většinou v rámci evropských grantů, anebo na zkušebním polygonu na Spořilově v Praze 4, který je nejvíce zatížen zplodinami dopravy. Tyto projekty byly zaměřeny na monitorování a studium znečištění atmosféry a souvisí se senzorickými sítěmi, dnes známými pod názvy internet věcí nebo smart city. Zaměřili jsme se na vývoj specifických měřících technologií, které měly nový cíl – být levné a jednoduché. Produkty z našeho výzkumu jsou komercionalizovány pod názvem systém AirTracker. V současné době běží instalace v několika městech a připravují se další.

K řešení jste přistoupili netradičním způsobem. Můžete ho přiblížit?

Vycházeli jsme z toho, že občanovi neřekne nic číslo vyjadřující obsah škodlivin v ug/m . Navíc tato hodnota je závislá na dalších meteorologických veličinách. Je důležité, zda obsah polutantu ve vzduchu je škodlivý, nebo není, a k tomu stačí měření s menší přesností než mají profesionální certifikované stanice ČHMÚ. Vytipovali jsme smogové polutanty, které nejvíce vypovídají o stavu prostředí, zejména prach a hluk. Ukazuje se, že jsou pro člověka jedny z nejvýznamnějších a do budoucna se jejich význam bude zvyšovat. Měření prachu ve třech rozměrech částic (1 um; 2,5 um; 10 um) a hluku je v základní konfiguraci systému doplněno měřením obsahu karcinogenních uhlovodíků, tzv. VOC, v širokém rozsahu. Protože systém AirTracker slouží k monitorování stavu ovzduší, nikoliv k certifikovanému měření obsahu škodlivin na několik desetinných míst, nejsou jeho senzory certifikovány, což je finančně poměrně náročný proces, ale kalibrovány. Kalibrace je po technické stránce naprosto stejný proces jako certifikace, pouze jejím výsledkem není certifikát, tedy papír s kulatým razítkem. Tím se nám podařilo snížit cenu jednotek systému na několik desítek tisíc a to umožnilo vytváření husté sítě měřících jednotek na teritoriu města. Zjištěné rozdíly tam, kde byly jednotky AirTracker umístěny poblíž stanice ČHMÚ, se oproti certifikovaným hodnotám téměř neliší anebo se shodují.

Výsledkem monitorování je online mapa sledovaného území s grafickým znázorněním hodnot polutantů jako živého barevného mraku v okolí každé stanice. Meteostanice sledují i predikují směr jejich šíření. Do ohrožených míst lze vydávat varování, pohyb polutantů je možno sledovat i zpětně v časové animaci, zobrazit detail každé monitorovací stanice a naměřené číselné hodnoty zobrazit v přehledných grafech v různých časových úsecích a statisticky zpracovat.

Máte nějaké závěry z již nainstalovaných systémů?

Pomocí systému AirTracker se podařilo odhalit různé nevhodné způsoby vytápění, jindy se klient přesvědčil o tom, že znečištění ovzduší vůbec nepochází z původně předpokládaného zdroje. Jedny z nejzajímavějších měření jsou kontinuální měření hluku, který je významně vyšší, než bychom očekávali. Nebo vzpomeňme měření těkavých látek VOC, kdy hladina VOC je velmi malá, ačkoliv dopravní provoz na dané komunikaci je relativně velký. Snížení objemu VOC většinou souvisí se skladbou dopravních prostředků v měřeném úseku. V neposlední řadě je nutno zmínit měření objemu pevných částic – prachu. Ty je možno rozdělit do dvou tříd jako naturogenní prachy, které jsou dány procesy v přírodě a antropogenní prachy, které vznikají činností člověka. Mnohdy je však zvýšen objem naturogenních prachů jako pozdější důsledek lidské činnosti. Tam, kde developeři zastavěli každé volné místo a přírodu obdařili betonovými nebo asfaltovými povrchy, je významně větší prašnost než v místech osázených zelení. A sekundárně se to projevuje u občanů zvýšeným množstvím alergií na prach nebo přenositelných nemocí. Nesmíme zapomínat, zejména v dnešní době, že nemoci přenositelné kapénkovou cestou jsou nemoci, jejichž původci se nešíří sami, ale jsou přenášeny aerosoly nebo pevnými částicemi, na nichž se uchytí. Zejména tam, kde je vyšší prašnost drobných částic (1 um), které snadno pronikají až do plic, lze očekávat větší objem plicních chorob a zánětů dýchacích cest. Ostatně i praxe v prachem znečištěných oblastech svědčí o korelaci objemu prachových částic ve vzduchu a nemocnosti obyvatelstva.

Jak plánujete využít výsledky vašeho výzkumu dále?

Bylo by hříchem nabyté know-how zahodit. Martyria, která jsme si prožili například s elektrochemickými senzory, byla neocenitelným zdrojem zkušeností, ale dostaly nás mezi přední pracoviště v Evropě. Máme řadu projektů a návrhů v šuplíku, rádi bychom přivedli na svět neobvyklá měření spjatá s dopravou a městy. Možná i naši doktorandi přijdou s novými nápady.

Kdo je Doc. Ing. Václav Jirovský, CSC.

Vystudoval elektrotechnickou fakultu ČVUT Praze. V letech 1975 a 1986 pracoval v Oblastním výpočetním centru vysokých škol. V roce 1987 byl pod jeho vedením dokončen pilotní projekt řízení MHD v Praze. Tentýž rok přešel na Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy, kde působil do roku 2007. Svoji činnost přerušil v letech 1991 až 1998 jako ředitel útvaru výzkumu a vývoje firmy Advanced Computer Applications Inc., Newtown, USA, a po návratu v letech 2001 až 2002 jako výkonný ředitel pro technologie v Českém Telecomu. Založil a řídil Ústav bezpečnostních technologií a inženýrství na Fakultě dopravní ČVUT, kde se zabývá senzorickými a komunikačními technologiemi. Je členem řady tuzemských i evropských expertních orgánů a hlavním koordinátorem několika grantů. Působí i jako soudní znalec. Kontakt: velatnor@fd.cvut.cz Další informace https://security.fd.cvut.cz/

Produktový list AirTracker meteo Meteo stanice pro určení rozptylových podmínek

Meteorologická data jsou důležitá pro určení rozptylových podmínek a směru šíření emisí a prachových částic. Jsou podstatné i pro analýzu historických stavů a predikci šíření. Jednotka AirTracker Meteo vychází ze stejných základů jako AirTracker, ale přináší sadu senzorů pro měření rozptylových podmínek a tvoří tak spolu s jednotkou AirTracker komplexní systém pro senzorické sítě měření kvality ovzduší.

Měřené veličiny

Relativní vlhkost vzduchu (0 až 100 %), přesnost 3%) Teplota vzduchu (-40 až 85°C, přesnost 1°C ) Tlak vzduchu (300 až 1100 hPa, přesnost 1 hPa) Směr větru (rozlišení 22.5°, přesnost 11.25°C)* Rychlost větru (0 až 55 m/s, přesnost 0.05 m/s)* *minimální rychlost větru pro měření je 1.4 m/s

Napájení a rozhraní

Napětí 18 – 250 V /50 Hz Napájení zálohované vestavěným akumulátorem Patentovaný systém napájení ze sítě veřejného osvětlení pro rozsáhlé instalace na sloupy veřejného osvětlení.

Pouzdro

Krytí IP 65 Rozměry 165 x 85 x 55 mm (bez připojených senzorů) Hmotnost 480 g (bez připojených senzorů) Montážní sady pro uchycení na stožár

Moderní komunikační technologie

AirTracker Meteo používá pro komunikaci integrované řešení Ultra Low Power Wireless v podobě sítí Sigfox či LoRa, pomocí, kterých je schopný komunikovat na desítky či jednotky kilometrů. Díky tomuto řešení lze snížit náklady na budování infrastruktury datové konektivity a pokrýt oblast se složitějšími rozptylovými podmínkami určující šíření znečištění.

Vychází ze stejného základu

Vychází ze stejného základu AirTracker Meteo vychází ze stejného základu jako AirTracker, ke kterému jsou drátově připojeny odlišené senzory. Výhody v podobě patentovaného systému napájení ze sítě veřejného osvětlení bez potřeby výkoných akumulátorů a identické servisní a instalační postupy však zůstávají.

Kontaktní informace security@fd.cvut.cz , +420-22435-6397
Zobrazení dat senzorických jednotek