Electrochemical gas sensing module combined with Unmanned Aerial Vehicles for air quality monitoring

Abstract

The issue of air pollution and the monitoring of air quality is a very serious problem in today's society. This problem is basically caused by human in activities related to industry, construction, transport, etc. High pollution values have become an important risk factor for the health of citizens. Measuring pollution for air quality control is not an easy task, as it requires highly specialized equipment, working under special conditions, which makes reference systems bulky and costly installations. To this must be added the disadvantages of measuring in areas with little or no accessibility. The aim of this work is to develop an unmanned aerial vehicle (UAV) equipped with low-cost sensors to monitor air quality both on the move and stationary in a position that is difficult to access. It is equipped with sensors for carbon monoxide (CO), ozone (O3), nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO2) measurement. The electronic instrumentation has been developed in the laboratory for this application and it is optimized to minimize interference between the different devices. It also incorporates a pneumatic pump and a tube for air sampling outside the influence of the propellers. In this study, a series of measurements of the UAV were carried out at a stationary location next to a reference station in order to perform the calibration of the sensors. Once calibrated, a series of measurements have been made in motion. The experimental results show the accuracy of the measurements of the proposed prototype as well as its robustness in-flight measurements.

El tema de la contaminación del aire y el monitoreo de la calidad del aire es un problema muy serio en la sociedad actual. Este problema es causado básicamente por el ser humano en actividades relacionadas con la industria, la construcción, el transporte, etc. Los altos valores de contaminación se han convertido en un importante factor de riesgo para la salud de los ciudadanos. La medición de la contaminación para el control de la calidad del aire no es una tarea sencilla, ya que requiere equipos altamente especializados, trabajando en condiciones especiales, lo que hace que los sistemas de referencia sean instalaciones voluminosas y costosas. A esto hay que sumar las desventajas de medir en zonas de poca o nula accesibilidad. El objetivo de este trabajo es desarrollar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) equipado con sensores de bajo costo para monitorear la calidad del aire tanto en movimiento como parado en una posición de difícil acceso. Está equipado con sensores para la medición de monóxido de carbono (CO), ozono (O3), monóxido de nitrógeno (NO) y dióxido de nitrógeno (NO2). La instrumentación electrónica ha sido desarrollada en laboratorio para esta aplicación y está optimizada para minimizar las interferencias entre los diferentes dispositivos. También incorpora una bomba neumática y un tubo para muestreo de aire fuera de la influencia de las hélices. En este estudio, se llevaron a cabo una serie de mediciones del UAV en una ubicación estacionaria junto a una estación de referencia para realizar la calibración de los sensores. Una vez calibrado, se han realizado una serie de medidas en movimiento. Los resultados experimentales muestran la precisión de las medidas del prototipo propuesto así como su robustez en las medidas en vuelo.