Projekt RASEM - Robotergestützte Umweltüberwachung zur Beurteilung der Luftqualität

21.09.2021

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner + Förderer

Gerade in Fabriken können durch die laufenden Prozessschritte gesundheitsschädigende Gase und Feinstäube freigesetzt werden. Um die Gesundheit von Beschäftigten in Industrieumgebungen effektiv zu schützen, ist eine genaue Kenntnis über die Existenz und Verteilung dieser Luftschadstoffe notwendig. Mit herkömmlichen Messmethoden kann die Dynamik turbulenter Luftbewegungen allerdings nur schwer berücksichtigt werden, weshalb die genaue räumliche und zeitliche Verteilung der Schadstoffe häufig unklar bleibt.

Für gezielte Gesundheitsschutzmaßnahmen ist ein genaues Verständnis der räumlichen und zeitlichen Verteilung von Luftschadstoffen notwendig. Dreidimensionale Karten werden die räumliche und zeitliche Verteilung von Stäuben und Gasen visualisieren und als Grundlage für die Ausgestaltung verbesserter Gesundheitsschutzmaßnahmen dienen. Durch die langfristige Überwachung der Umgebung wird auch der Einfluss periodischer Ereignisse ersichtlich, beispielsweise in Fertigungsprozessen.

Durch ein dichtes Sensornetzwerk mit kostengünstiger stationärer Sensorik werden zahlreiche Umweltdaten erfasst. Wenige, qualitativ hochwertige Sensoren auf mobilen Plattformen (Drohnen, Bodenroboter) ergänzen das Sensornetzwerk. Die gewonnenen Daten sind jedoch von unterschiedlicher Qualität. Die Weiterentwicklung von Algorithmen wird es ermöglichen, aus den Daten verbesserte Umweltmodelle zur Darstellung von Luftschadstoff-Verteilungen zu erstellen.

Projektkoordination
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung

Projektpartner
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
FIOH Finnish Institute of Occupational Health
AASS Mobile Robotics & Olfaction Lab, Örebro University

Förderung

Das Projekt RASEM wird von der europäischen Partnerschaftsorganisation SAF€RA gefördert.

RASEM - Robot-assisted Environmental Monitoring for Air Quality Assessment in Industrial Scenarios

Luftverschmutzung betrifft uns alle

Weltweit atmen neun von zehn Menschen verschmutzte Luft. Allein in der Europäischen Union werden deshalb jährlich 400.000 vorzeitige Todesfälle auf Luftverschmutzung zurückgeführt. Luftverschmutzung ist ein Problem für jede und jeden von uns und muss deshalb in zahlreichen verschiedenen Bereichen bekämpft werden. Das Projekt RASEM konzentriert sich auf die Überwachung von Luftschadstoffen in Industrieumgebungen. In einer Stahlfabrik können durch die laufenden Industrieprozesse beispielsweise Staubpartikel und giftige Gase freigesetzt werden, die äußerst schädlich für den menschlichen Körper sind. Um die Belastung von verschmutzter Luft für die Beschäftigten zu minimieren, ist eine genaue Kenntnis der Verteilung von Luftschadstoffen in der Fabrik notwendig.

Ansätze für Umweltmonitoring

In der Realität ist es sehr schwer, die Verteilung von Luftschadstoffen in einem Gebiet zu ermitteln, da die Luftpartikel durch komplexe physikalische Prozesse verteilt werden. Gesundheitsexpertinnen und -experten, die versuchen, die konkreten Risiken für den menschlichen Körper zu quantifizieren, können in der Regel nur an einzelnen Tagen im Jahr Messkampagnen durchführen, weshalb saisonale Einflussfaktoren oft nicht berücksichtigt werden. Zudem sind je nach Größe der Umgebung zahlreiche Einzelmessungen notwendig, wodurch die dynamische Verteilung von Luftschadstoffen oft nur unvollständig erfasst werden kann.

Um neue Ansätze zum Umweltmonitoring zu erforschen, wird in RASEM ein kombiniertes System aus stationären Sensoren und mobilen Robotern entwickelt und im Innen- und Außenbereich realer Industrieumgebungen erprobt.

Verbesserte Umweltmodelle durch intelligente Datenauswertung

Aus den aufgenommenen Messdaten werden mithilfe von Algorithmen 3D-Verteilungskarten von Luftschadstoffen erstellt. In Abgrenzung zu hochkomplexen numerischen Lösungen, die zeitintensiv an jedes spezifische Szenario angepasst werden müssen und entscheidend von der genauen Kenntnis der Umgebung zu jedem Zeitpunkt abhängen, sollen die Modelle, an denen die BAM forscht, möglichst einfach an neue Szenarien anpassbar sein. Dies soll einen flexiblen Einsatz des in RASEM entwickelten Systems und der Algorithmen auch in anderen Gebieten ermöglichen.

Perspektivisch werden die mobilen Roboter durch das Zusammenspiel mit den stationären Sensoren autonom ein Gebiet erkunden können und intelligent die unterschiedlichen Konzentrationslevel der Luftschadstoffe ermitteln.

Projektleitung

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Fachbereich Sensorik, mess- und prüftechnische Verfahren

Projektpartner

Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
FIOH Finnish Institute of Occupational Health
AASS Mobile Robotics & Olfaction Lab, Örebro University

Förderung

Das Projekt RASEM wird von der europäischen Partnerschaftsorganisation SAF€RA gefördert.