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Chemische Gefahrstoffe

Participatory Sensing von chemischen Gefahrstoffen in der Luft

| Autor / Redakteur: Roman Kernchen* / Marc Platthaus

Abb.1: Anwendungsszenario von Participatory Sensing für das Aufspüren von chemischen Gefahrstoffen mit vernetzten Sensoren
Abb.1: Anwendungsszenario von Participatory Sensing für das Aufspüren von chemischen Gefahrstoffen mit vernetzten Sensoren (Bild: Kernchen)

Die Gefahr von Kontaminationen in unserer hochtechnisierten Umgebung ist allgegenwärtig. Die Entwicklung neuer Sensorsysteme kann in Kombination mit modernen Übertragungstechniken dazu beitragen, per Participatory Sensing eine flächendeckende Überwachung z.B. hinsichtlich chemischer Gefahrstoffe zu gewährleisten.

Der technologische Fortschritt macht es in zunehmendem Maße möglich, durch die Verbindung von Analysegeräten für das Gefahrstoffmonitoring und drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen leistungsfähige Sensornetze zu entwickeln, welche eine Überwachung der Umwelt hinsichtlich der Anwesenheit gesundheitsgefährdender chemischer Substanzen über weite Areale erlaubt. Solche drahtlosen Sensornetze [1, 6], die zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts zählen, könnten zukünftig schädliche Gefahrstoffeinträge vor Ort erfassen, verarbeiten und an andere Sensorknoten oder eine zentrale Instanz weiterleiten, um so kontinuierlich ein präzises Lagebild der Gefahrstoffbelastung der Umwelt zu schaffen.

Participatory Sensing als Alternative für die Gefahrstoff-Überwachung

Als Alternative zu konventionellen Sensornetzen, welche auf mehr oder weniger statisch platzierten Sensorknoten beruhen, werden dabei heute auch zunehmend Forschungs- und Entwicklungsansätze verfolgt, bei denen der Mensch bzw. dessen Fahrzeuge als Träger von Sensorknoten in Systeme eingebunden werden. Die Einbeziehung von normalen Bürgern ohne spezielle fachliche Ausbildung in die sensorische Erfassung und Weitergabe von umweltbezogenen Daten ist die Quintessenz des so genannten Participatory Sensing [4]. Eine besondere Bedeutung kommt bei diesem neuartigen Forschungs- und Entwicklungsansatz dem Nachweis von chemischen Gefahrstoffen im urbanen Luftraum mittels vernetzter personen- oder fahrzeuggebundener Sensoren zu. Die Überwachung der Gefahrstoffkonzentrationen in der Luft ist neben Anwendungsmöglichkeiten als Tsunami-Frühwarnsysteme und zur Beobachtung von Wetterinformationen oder Verkehrsströmen ein derzeit intensiv verfolgtes Participatory-Sensing-Anwendungsgebiet [2, 8].

Der Mensch ist beim Participatory Sensing in der Regel in den Prozess der Datenerfassung involviert und entscheidet über den Input in ein Netzwerk, wobei die technischen Möglichkeiten moderner Smartphones heute vielfach in den Mittelpunkt entsprechender Überlegungen gerückt sind [5]. Die allgegenwärtigen Smartphones und deren Netze bieten eine Infrastruktur, welche neue Perspektiven für die Beschaffung von Umweltinformationen eröffnet. Vermehrt werden heute solche Mobiltelefone serienmäßig mit verschiedensten Sensoren (GPS, Mikrofon, Kamera) ausgestattet, mit deren Hilfe Informationen erfasst werden können. Zusätzlich lassen sich oftmals weitere Sensoren anschließen. Unter anderem wurden auch verschiedene Prototypen für Chemosensoren zur Messung von Umweltgefahrstoffen und chemischen Kampfstoffen teilweise bis zur Marktreife entwickelt. Durch die Sende- und Empfangsmöglichkeit solcher mobiler Kommunikationsgeräte ist der Sensor zusätzlich in ein größeres Sensornetzwerk integrierbar. Durch dieses Konzept können Sensordaten überall dort erfasst werden, wo Menschen agieren.

Die rapide Entwicklung und ubiquitäre Verwendung von mobilen Kommunikationsgeräten, Computern und Sensoren, die durch das World Wide Web verbunden sind, sowie die steigende Anzahl von Webapplikationen treiben derzeit den Fortschritt des Internets weiter voran. Im Bereich der Gefahrstoffsensorik wird jedoch die kollaborative und dezentralisierte Beschaffenheit des heutigen Internets derzeit kaum vollständig ausgeschöpft. Folglich liegen auch aus diesem Grund die Ergebnisse weltweiter Anstrengungen auf dem Gebiet des Umweltmonitorings und ihre Nutzung in vielen Fällen hinter der großen Nachfrage nach zeitnahen Informationen über Gefahrstoffeinträge in die Umwelt zurück [3].

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