mapatge de la qualitat de l’aire de bettair (bAQM)
“L’eina que qualsevol ciutat somia tenir”
En moltes ciutats se superen sistemàticament els valors límit de NO2, O3, NO i partícules en la qualitat de l’aire. En aquest context, Bettair Cities ha desenvolupat el servei bettair Air Quality Mapping (bAQM) amb l’objectiu de proporcionar informació sobre la qualitat de l’aire a nivell intraurbà. Aquest servei permet quantificar i comprendre l’exposició dels ciutadans als contaminants, avaluar l’impacte de les mesures de millora de la qualitat de l’aire i millorar la seva planificació. Tot això és possible gràcies a prediccions precises de la qualitat de l’aire extretes de models de qualitat de l’aire a escala urbana (a nivell de carrer).
El servei BAQM genera mapes de contaminació mitjançant un model de qualitat de l’aire urbà basat en models científics establerts i pot arribar a una resolució espacial de fins a un metre cúbic. Aquest model té en compte les emissions causades pel trànsit i la indústria local, així com la contaminació de fons que arriba transportada pel vent des de fora de la ciutat i permet interpolar amb precisió el que passa als carrers i places de les ciutats. Tot això a partir de les mesures realitzades per qualsevol tipus d’instrument de mesura de la qualitat de l’aire.
Les dades obtingudes per aquest model permeten estimar les emissions reals de trànsit de cada segment de carrer, i això permet desglossar les aportacions de les diferents fonts d’emissió en cada punt del mapa.
Servei espectacularment potent
A diferència d’altres serveis, bAQM es pot desplegar automàticament al núvol per modelar qualsevol punt del món d’una manera senzilla, àgil i transparent cap al client gràcies a l’automatització d’ingestió i preparació de dades desenvolupada per Bettair. D’aquesta manera, la informació es pot processar gairebé en temps real, proporcionant dades de qualitat de l’aire d’alta qualitat amb alta resolució espacial.
El servei bAQM obre l’accés a una quantitat ingent i complexa d’informació i, per tant, es presten diferents serveis automatitzats d’anàlisi de dades, sense intervenció humana, als quals es pot accedir a través de la interfície gràfica de la plataforma. La informació es posaa disposició del client a través de tres nivells diferents:
- Una interfície gràfica d’usuari intuïtiva que permet una ràpidaexploració de les dades.
- Informes automàtics configurables:
- Concentracions a peu de carrer i emissions que resumeixen les principals característiques de la zona de modelització. Podeu configurar el període de temps a analitzar, el tipus de dia, la franja horària i l’àrea a analitzar. S’inclou una segmentació de l’àrea de modelització per tipus d’ús del sòl, i per a cada àrea es resumeixen les principals característiques de qualitat de l’aire, així com els nivells de concentració de fons i els perfils d’emissió de trànsit.
- Comparacions entre dos conjunts de dades: Per exemple, es pot avaluar la variació d’emissions i concentracions a nivell de segment de carrer entre dos períodes de temps diferents sobre l’àrea de modelatge. Es pot configurar el període de temps a analitzar, el tipus de dia, la franja horària i la zona a analitzar i la meteorologia. També es poden fer comparacions entre dues àrees de l’àrea de modelatge.
- Dades descarregables a tractar per altres eines d’anàlisi independents.
No és una simple interpolació de dades, és radicalmentmés
Model de Geometria Urbana
Una vegada seleccionada l’àrea d’implantació, es construeix un model 3D de l’àrea urbana. Aquest model conté la descripció del plànol dels edificis, la seva alçada, l’amplada i llargada dels carrers, les zones verdes, les zones amb aigua i els usos del sòl (industrial, comercial, residencial…)
Preprocessament meteorològic
Aquest component s’encarrega d’utilitzar dades meteorològiques estàndard a escala regional (o mesoescala) i les característiques de la superfície urbana per calcular valors relacionats amb la capa límit i les dades micrometeorològiques. Un cop calculades aquestes dades, s’utilitzen com a variables d’entrada en el mòdul de dispersió. Aquest mòdulestà basat en AERMET però ha estat modificat per adaptar-lo a entorns urbans per un equip mixt d’investigadors de Bettair Cities i experts en física i mecànicaatmosfèrica del Barcelona Supercomputing Center.
Les modificacions que apareixen en l’algorisme respecte a les formulacions AERMET sorgeixen principalment per dotar el model de la capacitat de captar l’efecte que els fluxos de calor tenen sobre la dispersió de contaminants. Primer s’ha incorporat una parametritzacióde la radiació en entorns urbans i després un càlcul dels diferents fluxos de calor que trobem a les ciutats.
Algoritme de dispersió
El model de dispersió de
Bettair es basa en algoritmes de dispersió, optimitzats per augmentar la seva portabilitat i eficiència computacional. Aquest model és capaç de simular emissors puntuals i emissors com a segments. L’algorisme simula la dispersióde contaminants emesos per un emissor puntual com una ploma gaussiana.
El càlcul avançat realitzat en el preprocessament meteorològic té en compte la micrometeorologia i els fluxos de calor de la zona, distingint, per exemple, si la dispersió es produeix en un parc, o en un quadrat sense zones verdes, la forma de la ploma es veurà afectada pels fluxos de calor del sòl d’una manera o altra. A més, afegeix a tot això el càlcul de les aportacions que té el flux real de trànsit en cada punt en cada moment.
No és una representació plana, és un modelatge3D
Per tenir en compte lageometria 3D, l’ algorisme bettair incorpora diferents mòduls que modelen el comportament de la contaminació en els canyons urbans. El generador de mapes determina el comportament del vent entre els edificis. Aquest flux de vent té un factor determinant en la concentració final de contaminants.
En zones amb edificis a ambdós costats de la carretera es creen fluxos de vent molt diferents a les zones clares. Per exemple, en un carrer flanquejat per dos edificis alts on bufa un vent perpendicular al carrer, es creen vòrtexs que dificulten la ventilació i acumulen contaminants.
Això s’ha validat inicialment, en repetides ocasions, en simulacions experimentals en aerogeneradors, però també s’ha comprovat posteriorment en zones urbanes de Barcelona, Estats Units, Alemanya…
El model bettair té en compte els canyons urbans mitjançant un mòdul d’Intel·ligència Artificial (IA) per a simulacions de Dinàmica de Fluids Computacional (CFD). Aquest mòdul s’ha desenvolupat en col·laboració amb el Barcelona Supercomputing Center (BSC) i ha estat guardonat amb el HPC Innovation Excellence Award de la prestigiosa Hyperion Research.
Aquesta innovació permet a bettair replicar simulacions CFD d’una manera molt més eficient, podent simular les diferències de concentració en un carrer a causa de l’efecte de barranc urbà amb una precisió d’1 m.
Integra l’aportació del trànsit, però també de la resta de les aportacions
Si volem conèixer el nivell de concentració total, hem de tenir en compte la resta de fonts de contaminació. Aquestes concentracions es tenen en compte dins d’una variable agregada anomenada concentració de fons.
El model de Bettair té en compte aquesta variable gràcies a les dades rebudes del Servei de Monitorització de l’Atmósfera de Copernicus (CAMS), que proporciona a Bettair la capacitat de monitoritzar contínuament la composició de l’atmosfera terrestre tant a escala global com regional. Aquestes dades es generen a partir d’observacions per satèl·lit, observacions d’estacions terrestres i conjunts de models meteorològics.
Bettair ha creat un algorisme d’assimilació de dades que té en compte el comportament històric a curt termini a les estacions de Bettair per desglossar el component de trànsit dels nivells de contaminació mesurats pels instruments Bettair. Això permet dividir les concentracions mesurades a tota l’àrea modelada en tres classes:
- Concentració per trànsit.
- Concentració de fons (transport comarcal).
- Concentració d’altres fonts locals desconegudes (per exemple, l’addició d’obres, aparcaments, tallers, restaurants, zones de càrrega i descàrrega…).
Modelització de gasos primaris… i gasos secundaris
El servei bAQM de
Bettair té un component que té en compte els processos químics que es produeixen a l’atmosfera per transformar els gasos generats pel trànsit com a emissions primàries en gasos secundaris. Així, mitjançant models d’ús del sòl (Regressió de l’ús del sòl), i la seva capacitat de captar la variació espacial dels diferents contaminants, es poden cartografiar els nivells de concentració de gasos secundaris (com el O3).
Trànsit i les seves emissions en temps real
El mètode clàssic per estimar les emissions és fer servir inventaris de la flota de cotxes de la zona juntament amb estimacions del que emet cada tipus de cotxe i estimacions del nombre de cotxes que passen per cada carrer. Aquests inventaris i estimacions tenen el desavantatge d’estar sempre obsolets i no representar amb precisió el que es veu in situ.
Per tal de no dependre d’aquests inventaris, les mesures en temps real s’aprofiten a través dels nodes Bettair. Aquestes dades s’incorporen a l’algorisme de dispersió i ens permeten estimar les emissions reals generades pels fluxos de vehicles que passen per cada tram de carrer.
Per a la predicció de la densitat de cotxes a cada carrer s’utilitzen les dades del proveïdor de dades de trànsit. Les dades que arriben en temps real informen de la velocitat mitjana en cada carrer i a Bettair utilitzem aquesta informació per calcular la densitat de vehicles a la secció del carrer, amb algorismes i gràfics d’aprenentatge automàtic, que es construeixen a partir de dades històriques.
Per a l’estimació de les emissions utilitzem les observacions obtingudes a partir de les dades dels nodes de Bettair. Per a això, es busca un perfil d’emissió constant en el temps i l’espai. El que es fa és estimar un perfil d’emissions per a cada tipus de carrer (servei, residencial, terciari, secundari, primari, autopista…) i cada hora del dia.
