Tekoälyllä entistä tarkempaa tietoa ilmanlaadusta
Ilmanlaadun mittausasema Helsingin Mäkelänkadulla. Kuva: Hilkka Timonen.Ilmanlaatua seurataan tyypillisesti ilmanlaadun seuranta-asemien mittauksilla tai edullisilla antureilla. Edulliset ilmanlaatuanturit laskevat kustannuksia ja tarjoavat ilmanlaatua koskevaa dataa korkealla ajallisella ja alueellisella resoluutiolla. Edullisilta antureilta puuttuu kuitenkin usein hyväksyttävä tarkkuus. Sen vuoksi niitä pitää jatkuvasti arvioida ja validoida suhteessa vertailuasemiin.
Helsingin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet tekoälymenetelmiä edullisten antureiden kalibroimiseksi. Kehitetyllä innovatiivisella tekoälyyn pohjautuvalla menetelmällä edulliset anturit voidaan kalibroida automaattisesti kentällä, jolloin niiden tarkkuus saadaan lähemmäksi vertailuaseman tarkkuutta.
Lisäksi tutkijat ovat laajentaneet tekoälyominaisuuksia arvioimaan ilman epäpuhtauksia, joita ei mitata fyysisesti antureilla. Nk. virtuaaliantureita voidaan hyödyntää arvioitaessa ilmansaasteiden pitoisuuksia, joita edulliset anturit eivät suoraan mittaa. Hyvin kehittyneiden ympäristönseuranta-asemien, kuten SMEAR-asemien ja Helsingin seudun ympäristöpalveluviranomaisen (HSY) asemien, havaitsemien ilmansaasteprosessien ymmärtäminen voi auttaa kehittämään virtuaaliantureita ja helpottaa niiden käyttöönottoa edullisiin antureihin.
Hankkeessa tekoälymalleja kehitettiin Helsingin yliopiston, Ilmatieteen laitoksen ja Helsingin seudun ympäristöpalveluiden (HSY) kahdella eri ilmanlaatuasemalla. Mittauspisteet sijaitsivat Kumpulassa (SMEAR III) ja vilkkaassa katukuilussa Helsingin Mäkelänkadulla. Tämän jälkeen tekoälymalleja käytettiin anturien meteorologisten muuttujien ja PM2,5-pitoisuuksien arvojen kalibrointiin. Anturit toimitti Clarity Movement, joka valmistaa edullisia antureita Kaliforniassa. Kalibroituja arvoja käyttäen tekoälymallit laajensivat myös virtuaalista seurantaa arvioimalla mustan hiilen ja hiilidioksidin pitoisuuksia.
Tutkimusta rahoittivat Business Finland (Cityzer; Services for effective decision making and environmental resilience), Helsinki-Uudenmaan Innovaatio- ja kokeilurahasto AIKO (project HAQT; Helsinki Air Quality Testbed, AIKO014) sekä Euroopan aluekehitysrahasto UIA (Urban innovative actions initiative, Healthy Outdoor Premises for Everyone, project no: UIA03-240).
Lisätietoja:
Ryhmäpäällikkö Hilkka Timonen, Ilmatieteen laitos, puh. 050 380 2864, hilkka.timonen@fmi.fi
M. A. Zaidan, N. H Motlagh, P. L. Fung, D. Lu, H. Timonen, J. Kuula, J. V. Niemi, S. Tarkoma, T. Petäjä, M. Kulmala, T. Hussein. 2020: "Intelligent Calibration and Virtual Sensing for Integrated Low-Cost Air Quality Sensors," in IEEE Sensors Journal, doi: 10.1109/JSEN.2020.3010316