Evaluación del desempeño de sensores de bajo costo como complemento para el monitoreo de la calidad del aire de Bogotá y como herramienta para la determinación del grado de exposición de una población caso de estudio

Autor: Roncancio Valbuena, Laura Ximena
Přispěvatelé: Rojas Roa, Néstor Yesid
Jazyk: Spanish; Castilian
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Repositorio UN
Universidad Nacional de Colombia
instacron:Universidad Nacional de Colombia
Popis: En las grandes ciudades del mundo, con el fin de monitorear la calidad del aire e implementar políticas públicas acertadas, se implementan redes de monitoreo que permiten tener un panorama general del estado actual del recurso. No obstante, estas son incapaces de caracterizar adecuadamente la exposición de los ciudadanos, debido a su baja resolución espaciotemporal y al alto número de datos faltantes (Castell, 2017). Los sensores de bajo costo se han venido planteando como un complemento a las redes de monitoreo existentes, con el fin de aumentar la resolución espacio temporal y proporcionar información en tiempo real del nivel de exposición de los ciudadanos. El gran reto en el uso de estos sensores es generar datos suficientemente confiables para ser considerados en la toma de decisiones de política pública. En el presente proyecto, fueron evaluados tres sensores de bajo costo marca Clarity, los cuales fueron co-localizados en tres estaciones referencia de la red de monitoreo de Bogotá (Usaquén, Ferias y Kennedy). Las mediciones de cuatro meses de los sensores y los equipos de referencia tanto para PM10 como para PM2.5 en resolución temporal diaria y horaria, fueron comparadas para evaluar aspectos como linealidad de respuesta, dependencia de la humedad relativa y la temperatura y mejora de la exactitud del sensor a través de su calibración, con un modelo de regresión lineal múltiple. Con el fin de encontrar el mejor escenario de desempeño del sensor, se plantearon dos escenarios: 1. Calibración con datos de dos meses (27/11/2019 a 26/11/2019) y aplicación de la ecuación de calibración a los dos meses siguientes (27/01/2019 a 23/03/2019). 2. Calibración con datos de cuatro meses (26/11/2018 al 23/03/2019) y aplicación de la ecuación de calibración al mismo periodo. Para el periodo de calibración con datos de dos meses, los valores de R2 antes y después de calibración fueron muy bajos, tanto para la resolución horaria: PM2.5 = 0.23 a 0.32 y PM10= 0.18 a 0.27 en Kennedy; PM2.5 = 0.41 a 0.44 y PM10= 0.45 a 0.50 en Ferias y PM2.5 = 0.40 a 0.44 y PM10= 0.26 a 0.38 en Usaquén; Como para resolución diaria: PM2.5 = 0.69 a 0.63 y PM10= 0.62 a 0.64 en Kennedy; PM2.5 = 0.48 a 0.52 y PM10= 0.64 a 0.48 en Ferias y PM2.5=0.76 a 0.77 y PM10= 0.59 a 0.58 en Usaquén ii) Para el periodo de calibración de cuatro meses, los resultados mejoraron significativamente, en resolución horaria: PM2.5 = 0.33 a 0.41 y PM10= 0.32 a 0.39 en Kennedy; PM2.5 = 0.54 a 0.57 y PM10= 0.43 a 0.48 en Ferias y PM2.5 = 0.55 a 0.59 y PM10= 0.38 a 0.48 en Usaquén; y en resolución diaria PM2.5 = 0.66 a 0.71 y PM10= 0.67 a 0.69 en Kennedy; PM2.5 = 0.73 a 0.66 y PM10= 0.72 a 0.74 en Ferias y PM2.5 =0.89 a 0.90 y PM10= 0.75 a 0.76 en Usaquén . Por otra parte, estos tres sensores fueron ubicados en tres puntos a nivel de barrio en la localidad de Kennedy (2 colegios y 1 conjunto residencial), aplicando para las mediciones de cada uno de ellos la calibración previamente obtenida y hallando en Índice de Calidad del Aire de la zona. Los resultados del proyecto indican que las correlaciones obtenidas son inferiores a las encontradas en comparaciones similares publicadas. Confirman que los sensores de bajo costo pueden utilizarse para hacer evaluaciones indicativas de la calidad del aire, pero no generan resultados de gran exactitud. Los sensores pueden ser una alternativa viable para complementar las mediciones de las redes de monitoreo con mayor resolución espacial e identificar rápidamente posibles eventos de alta contaminación local no detectables por la red de referencia. También, para instalar redes de información comunitaria. Dado que los sensores dependen de conexión WiFi para subir los registros al servidor de Clarity, se presenta pérdida de información cuando la conexión se pierde por cortes de luz o prácticas de ahorro de energía en las instituciones o comunidades donde se instalen los sensores. Por lo tanto, se recomienda utilizar sistemas que permitan el almacenamiento in-situ de los registros durante las interrupciones de la conexión WiFi o del servicio de internet. En un trabajo futuro, es necesario evaluar la receptividad de las comunidades a la información generada por este tipo de sensores. Abstract: In order to monitor air quality, provide an overview of the current state of the resource and implement effective public policies in large cities of the world, monitoring networks are used. However, these networks are not able of adequately characterize the exposure of citizens due to their low spatio-temporal resolution and the high number of missing data (Castell, 2017). Low-cost sensors have been proposed as a complement to existing monitoring networks, in order to increase the spatio-temporal resolution and provide real-time information on the level of exposure of citizens. Thus, the great challenge in the use of these sensors is to generate enough reliable data for making decisions in public policy. In this study, three low-cost Clarity sensors were co-located in three reference stations of Bogota´s monitoring network (Usaquén, Ferias and Kennedy). Four-month measurements of the sensors and reference equipment for both PM10 and PM2.5 at daily and hourly temporal resolution were compared to evaluate aspects such as linearity of response, relative humidity and temperature dependence and improvement of the sensor accuracy with its calibration through a multiple linear regression model. In order to find the best sensor performance scenario, two scenarios were proposed: 1. Calibration with two-month data (27/11/2019 to 26/11/2019) and application of the calibration equation at two following months (27/01/2019 to 23/03/2019). 2. Calibration with four months data (26/11/2018 to 03/23/2019) and application of the calibration equation to the same period. For the first scenario, the values of R2 before and after calibration were very low, both for the hourly resolution: PM2.5 = 0.23 to 0.32 , PM10 = 0.18 to 0.27 at Kennedy; PM2.5 = 0.41 to 0.44, PM10 = 0.45 to 0.50 at Ferias and PM2.5 = 0.40 to 0.44, PM10 = 0.26 to 0.38 at Usaquén; as for daily resolution: PM2.5 = 0.69 to 0.63, PM10 = 0.62 to 0.64 at Kennedy; PM2.5 = 0.48 to 0.52, PM10 = 0.64 to 0.48 at Ferias and PM2.5 = 0.76 to 0.77, PM10 = 0.59 to 0.58 at Usaquén. For the second scenario , the results improved significantly for both hourly resolution : PM2.5 = 0.33 to 0.41, PM10 = 0.32 to 0.39 at Kennedy; PM2.5 = 0.54 to 0.57, PM10 = 0.43 to 0.48 at Ferias and PM2.5 = 0.55 to 0.59, PM10 = 0.38 to 0.48 at Usaquén; and daily resolution PM2.5 = 0.66 to 0.71, PM10 = 0.67 to 0.69 at Kennedy; PM2.5 = 0.73 to 0.66, PM10 = 0.72 to 0.74 at Ferias and PM2.5 = 0.89 to 0.90, PM10 = 0.75 to 0.76 at Usaquén. On the other hand, the three sensors were located at three points at the neighborhood level in the Kennedy’s area (2 schools and 1 residential complex), applying the previously obtained calibration for the measurements of each of them and finding the Quality Index of the Air in the area. The results show that the correlations obtained are lower than those found in similar published comparisons. They confirm that low-cost sensors can be used to make assessments of air quality, but they do not show very accurate results. However, the sensors can be a viable alternative as a complement of the measurements of the monitoring networks with higher spatial resolution and to quickly identify possible events of high local contamination not detectable by the reference network. Finally, since sensors depend on WiFi connection to upload the data to the Clarity server, loss of information occurs in developing community information networks when the connection is lost due to power outages or energy saving practices in the locations where the sensors are installed. Therefore, it is recommended to use systems that allow the in-situ storage of data recording. In a future work, it is necessary to evaluate the receptivity of the communities to the information generated by this type of sensors Maestría
Databáze: OpenAIRE
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