Mobiles Luftschadstoffwarnsystem für den Gesundheits-, Umwelt- und Katastrophenschutz durch Echtzeitüberwachung und -evaluation atmosphärischer Aerosole sowie Ortung der Schadstoffquelle (LUKAS)
Teilvorhaben: Mobile Vernetzung und Messdatenmanagement
Förderung durch das Zentrum für Digitalisierungs- und Technologieforschung der Bundeswehr (dtec.bw)
Laufzeit: 2021–2024
https://dtecbw.de/home/forschung/unibw-m/projekt-lukas
Motivation
Das Projekt LUKAS ist ein interdisziplinärer Ansatz zur Entwicklung eines innovativen mobilen Systems zur Echtzeitüberwachung und Detektion von Schadstoffen in der Atmosphäre. Es fußt auf einer neuartigen, lasermassenspektroskopischen Technologie zur Erfassung der Zusammensetzung von luftgetragenen Einzelteilchen (Aerosolen). Zeitgleich ermöglicht das System über eine Echtzeit-Datenanalyse und meteorologische Modellierung eine Ortung der Schadstoffquelle, die Prognose der Schadstoffausbreitung sowie eine prospektive Warnmeldung an eine Basis bzw. an die Bevölkerung, u.a. per Web-App. LUKAS eignet sich für den Einsatz in der Katastrophenvorbeugung, dem Gesundheits- und Umweltschutz und dem Zivilschutz.
Projektziele
- Entwicklung eines mobilen Luftschadstoffwarnsystems
- Detektion partikelgebundener organischer und anorganischer Schadstoffe in der Atmosphäre
- Echtzeitmessung im Ultraspurenbereich d.h. bis zu einzelnen Partikeln
- Echtzeit-Datenanalyse und ausfallsichere Kommunikation zwischen Sensorknoten und Basis
- Prognose der Schadstoffausbreitung und Quellenortung durch angepasste Transportmodellierung
- Warnmeldung, u.a. durch Web-App mit automatisierter Texterstellung und angepassten Graphiken
Mögliche Anwendungsfelder
- Umwelt- und Gesundheitsschutz
- (großflächige) Gebietsüberwachung z.B. von Küsten, Stadt- und Seegebieten
- Charakterisierung von Schadstoffen
- Quellenzuordnung z.B. Schiff, Straßenverkehr, Gebäudeheizung, Industrie
- Katastrophenschutz
- Früherkennung technischer Störfälle, Waldbrände etc.
- Zivilschutz und Kriminalitätsabwehr
- Detektion von z.B. Giftstoffen, Sprengstoffen
- Überwachung von Menschenansammlungen
Vorgehen im Teilvorhaben
Aufgabe des Teilvorhabens ist die Vernetzung der mobilen Messstationen mit der Basisstation sowie ein effizientes Messdatenmanagement. Jede Messstation ist aus einem Einzelpartikel-Massenspektrometer sowie diversen Sensoren aufgebaut, welche innerhalb jeder Messstation vernetzt werden, so dass alle Daten korreliert vorliegen und zusammengefasst ausgewertet werden können. Diese werden ereignisgesteuert an die Basisstation übertragen, wobei zur Reduzierung der Datenmenge vorab eine zielgerichtete Auswertung lokal auf den Messstationen erfolgt. Zusätzlich werden in regelmäßigen Abständen Statusmeldungen drahtlos an die Basisstation übertragen. Die Steuerung der Messstationen erfolgt von der Basisstation aus über eine Remote-Desktop-Verbindung. Für diese Kommunikation muss eine entsprechend hohe Bandbreite im Up- und Downstream zur Verfügung stehen.
Innovationen und Perspektiven
Die Innovation in diesem Forschungsbereich besteht in der echtzeitfähigen Erfassung, Vorauswertung und Synchronisation der Messdaten unterschiedlicher Sensoren und Messgeräte zu einem eigenständigen Knoten. Dabei müssen Messgeräte mit verschiedenen Schnittstellen versehen und Messdaten mit verschiedenen Datenstrukturen so aufbereitet und komprimiert werden, dass sie miteinander verknüpft und in Echtzeit analysiert werden können. Aus der Gesamtdatenlage werden die relevanten Ereignisse mit realem Background identifiziert und weitergeleitet. Im Bereich der Umweltanalytik von Aerosolen ist dieses Online-Konzept bislang einzigartig.