Bodensensorik — Feinstaub aus günstigen Sensoren

Ein Satellit sieht die Säule über einem Ort oder die Wärme einer Flamme. Er sieht nicht, wie viel Rauch in einer Straße steht, und er sieht nachmittags über Südosteuropa gar nichts.

Die Bodenebene misst dort, wo Menschen, Strom und Werte sind — an Straßenlaternen in Siedlungen —, und sie misst durchgehend. Diese Arbeitsteilung wird offen benannt: Der tiefe Wald bleibt Sache von Satellit und Streife; die Boxen messen den Rauch, der Siedlungen erreicht.

Der optische Feinstaubsensor zieht Luft durch eine Kammer und zählt Partikel über die Streuung eines Laserstrahls. Jede Box trägt zwei davon als Kanal A und B — dasselbe Prinzip wie beim Marktführer der Low-Cost-Netze: Der Anzeigewert ist das Mittel beider Kanäle, gespeichert werden immer beide einzeln, und weicht einer über eine Schwelle ab, setzt die Box ein Divergenz-Kennzeichen. Verschleiß wird damit sichtbar, ohne dass jemand hinfahren oder eine Referenz danebenstellen muss.

Dazu kommen Temperatur, relative Feuchte, Luftdruck und ein Kanal für flüchtige organische Verbindungen. Der Luftdruck je Station macht Inversionswetterlagen erkennbar, der VOC-Kanal ist eine zweite, unabhängige Rauchspur — besonders für Schwelbrände, die wenig Partikel und viel Gas abgeben.

Optische Partikelzähler messen Streulicht, nicht Masse. Bei hoher Luftfeuchte ziehen Partikel Wasser an und quellen auf; Nebeltröpfchen werden mitgezählt. Ohne Korrektur zeigt ein solcher Sensor im Talkessel-Winter regelmäßig zu hohe Werte — ausgerechnet dann, wenn es auf die Zahl ankommt.

Deshalb misst jede Box vor dem Feldeinsatz mindestens zwei Wochen neben einer amtlichen Referenzstation. Daraus entstehen Steigung, Offset und ein feuchteabhängiges Korrekturmodell nach dem veröffentlichten Ansatz der amerikanischen Umweltbehörde für günstige Feinstaubsensoren.

Das Modell ist versioniert. Ein Modellwechsel erzeugt einen Versionssprung im Datensatz — keine stille Änderung alter Werte. Weil die Rohdaten unverändert erhalten bleiben, lässt sich ein verbessertes Korrekturmodell auch rückwirkend anwenden.

Drei Regeln entscheiden darüber, ob solche Daten wissenschaftlich brauchbar sind.

Erstens: Rohdaten sind unantastbar. Jede Messung wird unverändert und nur anfügend gespeichert. Korrekturen — Qualitätskennzeichen, Feuchtekorrektur, Kalibrierfaktoren — sind eigene, versionierte Ebenen darüber, jede mit dokumentierter Methodik. Niemand verbessert je eine Rohzeitreihe.

Zweitens: Die Methodik ist öffentlich. Sensortyp, Messzyklus, Korrekturmodelle, Kalibrierhistorie je Station und die bekannten Grenzen liegen jedem Datensatz bei.

Drittens: Eine Messung mit günstigen Sensoren ist eine indikative Messung und die Ergänzung amtlicher Messstellen, nie deren Ersatz. So wird sie in der Plattform ausgewiesen, und so ist sie gegenüber Behörden darzustellen. Simulierte Demonstrationsstationen sind in der Oberfläche und in jedem Export als Simulation gekennzeichnet und erscheinen in keinem veröffentlichten Datensatz.

Planung und Prototyp. Die Plattform führt Stationen und Messreihen bereits im Datenmodell und in der Forschungs-Schnittstelle; im Demonstrationsbetrieb sind die sichtbaren Stationen simuliert und als solche gekennzeichnet.

Vorbild für das Betriebsmodell ist sensor.community, hervorgegangen aus luftdaten.info — ein bürgerschaftlich betriebenes Feinstaubnetz, das mit offenen Bauanleitungen, festen Datenformaten und offener Datenpublikation seit Jahren mit Tausenden Stationen läuft. SAMOWESP ergänzt es um das, was dort bewusst nicht geleistet wird: ein Kalibrierregime und eine Qualitätssicherung auf akademischem Niveau.