Messung von Luftqualitätsparametern mit einer neuartigen Drohne - Air-Q-Drone

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Astrid Lampert; Dr. Birgit Wehner
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541019547

Das Projekt Air-Q-Drohne (Messung von Luftqualitätsparametern mit einer neuartigen Drohne) hat das Ziel, eine kommerzielle Drohne zur in-situ Messung von Aerosolpartikeln und damit verbundenen Luftqualitätsparametern zu entwickeln und anzuwenden. Die Anzahl- und Massenkonzentrationen von Aerosolpartikeln beeinflussen die menschliche Gesundheit und sollen daher weiter verringert werden. Die europäische Kommission plant, die vorhandenen Grenzwerte für PM10 und PM2.5 weiter zu verschärfen, was viele Kommunen wieder in den Bereich der Überschreitungen bringen würde. Um die Quellen für diese Belastungen zu ermitteln, werden 3D Messungen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung benötigt. Im Rahmen von Air-Q-Drohne werden kommerziell verfügbare Messgeräte hinsichtlich der speziellen Anforderungen für den Betrieb auf einer Drohne (Größe, Gewicht, Stromverbrauch) modifiziert. Anschließend wird untersucht, ob und wie die Messungen von Umgebungsparametern, wie Druck, Temperatur und Feuchte sowie vom Drohnenbetrieb selbst beeinflusst werden. Diese Einflüsse werden im Rahmen der Implementierung möglichst minimiert, bzw. für eine nachträgliche Korrektur quantifiziert. In Air-Q-Drohne wird eine neuartige Kombination von Messgeräten eingesetzt, um die Konzentration von Feinstaub mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu bestimmen und gleichzeitig die Genauigkeit gegenüber bisherigen Messungen zu verbessern. Dabei wird ein low-cost Sensor zwei gut charakterisierte Geräte, die so noch nicht gemeinsam auf Drohnen zum Einsatz kamen, ergänzen. Mit diesem Beispiel wird abgeschätzt, welchen Fehler man durch einfache und preiswerte Geräte macht. Im Testbetrieb liegt ein Schwerpunkt auf der Minimierung der Umwelteinflüsse. Hier werden im Labor Schwankungen von Druck, Temperatur und Feuchte simuliert und die Auswirkungen auf die Messungen betrachtet. Für die Feldmessungen wird eine Datenerfassung entwickelt, die sowohl alle Daten an Bord der Drohne mit hoher Auflösung speichert als auch wesentliche Parameter, wie Druck, Temperatur und Partikelkonzentrationen per Funk an die Bodenstation übermittelt. Die Information wird für die kurzfristige Flugplanung und -anpassung benötigt, die mit Drohnen im Gegensatz zu anderen luftgetragenen Systemen möglich ist. Nach Abschluss der Implementierung, Charakterisierung und Optimierung des Messgeräte-Drohnen-Komplettsystems werden 2 Messkampagnen an der Station Melpitz bei Leipzig durchgeführt. Dort befindet sich eine Zone für den Flugbetrieb (ED-R 45), in der die geplanten Vertikalmessungen bis 500 m Höhe jederzeit durchgeführt werden können. Dabei wird neben der wissenschaftlichen Auswertung der Daten im Hinblick auf Quellenzuordnung ein Schwerpunkt auf der Bewertung das Messunsicherheiten liegen. Diese werden mit anderen Studien verglichen, weiterhin werden aber auch die in diesem Projekt eingesetzten Geräte (gut charakterisiert versus low-cost) im Hinblick auf Aufwand, Kosten und resultierende Messunsicherheit verglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2433: Messtechnik auf fliegenden Plattformen