Messergebnisse in Echtzeit 26.05.2014, 12:44 Uhr

Jetzt kommt die Feinstaubmessung mit dem Smartphone

Künftig kann man die Feinstaubbelastung der Luft auch mit dem Smartphone messen. KIT-Informatiker haben einen entsprechenden Sensor entwickelt, der einfach am Telefon befestigt wird. Die Forscher hoffen, dass demnächst Tausende laufend Feinstaub messen und so die Feinstaubbelastung in Echtzeit abrufbar ist.

Feinstaubmessung in der Stuttgarter Innenstadt: Die Feinstaubbelastung darf an höchstens 35 Tagen im Jahr den zulässigen Grenzwert von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft überschreiten. Jetzt haben KIT-Forscher einen Sensor entwickelt, der ein Smartphone zum Messgerät für Feinstaub macht.

Feinstaubmessung in der Stuttgarter Innenstadt: Die Feinstaubbelastung darf an höchstens 35 Tagen im Jahr den zulässigen Grenzwert von 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft überschreiten. Jetzt haben KIT-Forscher einen Sensor entwickelt, der ein Smartphone zum Messgerät für Feinstaub macht.

Foto: Bernd Weißbrod/dpa

Besonders in den Städten, wo der Autoverkehr, private Heizungen und Industriebetriebe durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe für eine erhebliche Feinstaubbelastung sorgen, ist das Gerät ideal. Es kann an jedem Ort die Feinstaubkonzentration messen. Benötigt wird lediglich ein Smartphone mit der dazu gehörigen App. Am gewählten Messpunkt wird der Sensor mit einem Magneten am Handy befestigt. Das Smartphone macht mit der Kamera und dem Blitz ein Foto oder ein Video, ähnlich wie ein einfacher optischer Sensor.

Blitzlicht macht Feinstaubpartikel sichtbar

„Anstelle der sonst in Sensoren üblichen Infrarot-LED gibt hier der Blitz des Smartphones Licht in den Messbereich ab. Sind dort Staub oder Rauch vorhanden, streuen sie dieses Licht. Die Kamera dient als Rezeptor und fängt das Messergebnis als Bild auf“, erklärt KIT-Informatiker Matthias Budde. Er hat das System am Lehrstuhl für Pervasive Computing und der Forschungsgruppe TECO am KIT entwickelt. „Anschließend lässt sich die Helligkeit der Pixel in die Staubkonzentration umrechnen.“

Feinstaubmessung an einer Hauptverkehrsstraße: Per Smartphone mit aufgesetztem Sensor soll das schon ab dem nächsten Jahr möglich sein.

Feinstaubmessung an einer Hauptverkehrsstraße: Per Smartphone mit aufgesetztem Sensor soll das schon ab dem nächsten Jahr möglich sein.

Foto: Patrick Langer/KIT

Die Bilderdaten werden vor Ort ausgewertet und an einen Rechner gesendet. Sämtliche Messdaten von Nutzern und Nutzerinnen werden im Rechnersystem zusammengeführt. Dann werden die Daten der Feinstaubkonzentration zurückgeschickt und auf dem Display des Telefons angezeigt. Damit das Ganze funktioniert, muss der Nutzer die entsprechende App herunterladen.

Sämtliche Messdaten werden zusammengeführt und ausgewertet

Vorteil des Messgerätes sind die Handlichkeit und der Preis. Denn die großen deutschlandweit aufgestellten Messanlagen, die bundesweit zum Beispiel an großen Kreuzungen und Hauptverkehrsstraßen die Feinstaubbelastung laufend messen, sind sehr groß und teuer. Daher gibt es auch nur in jeder Stadt verhältnismäßig wenige Standorte. In der Heimatstadt des KIT, in Karlsruhe, gibt es beispielsweise nur zwei Messstellen. Von einer flächendeckenden Überwachung der Feinstaubbelastung in deutschen Städten kann also keine Rede sein. 

Mit mobilen Messgeräten könnten sich nun verlässliche Daten praktisch überall gewinnen lassen, sei es beim Joggen im Park, beim Arbeiten auf der Baustelle oder im Büro. Dass die Technik auch funktioniert, haben die Informatiker bereits in Testreihen überprüft. Zwar lässt die Genauigkeit der Smartphone-Messungen im Vergleich zu den großen Messgeräten noch zu wünschen übrig.

Messung von Feinstaub mit dem Handy: Dazu wird ein kleiner Sensor auf das Blitzlicht des Smartphones gesetzt. Das Blitzlicht wird durch ein Kabel gebündelt und durch eine Luftkammer geleitet, um die Feinstaubpartikel sichtbar zu machen. Der Sensor kann dann die Partikel messen.

Messung von Feinstaub mit dem Handy: Dazu wird ein kleiner Sensor auf das Blitzlicht des Smartphones gesetzt. Das Blitzlicht wird durch ein Kabel gebündelt und durch eine Luftkammer geleitet, um die Feinstaubpartikel sichtbar zu machen. Der Sensor kann dann die Partikel messen.

Foto: KIT

Zurzeit lassen sich so Konzentrationen von etwa einem Milligramm pro Kubikmeter Luft erkennen. Das genügt, um groben Staub und Rauch zu entdecken. Für typische Feinstaubbelastungen im Mikrogramm-Bereich ist das noch zu wenig. Die Empfindlichkeit der Sensoren wollen die Forscher nun erhöhen, indem sie das Blitzlicht im Sensor mit Halbkugellinsen bündeln. Budde rechnet damit, dass im nächsten Jahr die Entwicklung so weit ist, dass ein hochempflindlicher Sensor einsatzbereit ist.

Außerdem soll die Vielzahl der Messungen die Genauigkeit erhöhen. „Messungen vieler, nahe beieinander liegender Sensoren könnten zu Ergebnissen geringerer Ungenauigkeit kombiniert werden, Messfehler ließen sich so verringern“, so die KIT-Forscher. Zudem könnten Sensoren in unmittelbarer Nähe gegeneinander kalibriert werden.

Ziel: Karten der Feinstaubbelastung in Echtzeit im Internet

Die KIT-Forscher hoffen, dass demnächst Tausende von Menschen den Feinstaub in ihrer Umgebung messen und die Ergebnisse teilen und an den KIT-Rechner schicken. Daraus ließen sich dann sogar Feinstaubbelastungskarten in Echtzeit erstellen.

KIT-Forscher Matthias Budde: Er hofft, dass künftig Tausende von Menschen die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung messen und dadurch Karten der Belastung in Echtzeit möglich werden.

KIT-Forscher Matthias Budde: Er hofft, dass künftig Tausende von Menschen die Feinstaubbelastung in ihrer Umgebung messen und dadurch Karten der Belastung in Echtzeit möglich werden.

Foto: KIT

Die Messung von Feinstaubbelastungen ist für den Einzelnen von hohem Interesse. Denn diese unsichtbaren Partikel wie Blei, Vanadium, Beryllium, Aluminium, Kohlenwasserstoffverbindungen, Dioxine, Furane und Quecksilber sind teilweise hoch giftig. Je kleiner sie sind, umso tiefer dringen sie in die Lunge und sogar in den Körper ein. Es kann zu Beschwerden der Atemwege, zu verstärkten Allergiesymptomen und zu Herz-Kreislauf-Erkrankungen kommen. Ultrafeine Partikel können sogar in unseren Blutkreislauf geraten. Besonders anfällig sind Menschen, die schon unter einer Krankheit leiden.

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