49
!"#$%&&’($)*%+,-.-/%.,,0 23)4567&"8 "9:;<=:>? @9AB@C Laboratory calibration and field trials of a portable air quality monitoring station 6D@E=B #=>F #9:9GH9@ .,+.

0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

  • Upload
    others

  • View
    1

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

!"#$%&&'($)*%+,-.-/%.,,0123)4567&"81

"9:;<=:>?1@9AB@C1

1

1

1

1

Laboratory calibration and field trials of a portable air quality monitoring station

1

6D@E=B1#=>F1

1

1

1

1

1

1

#9:9GH9@1.,+.

Page 2: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

2 / 49  

Table of contents  

1.  PROPOSED OBJECTIVES ................................................................................................................. 4 

2.  DESCRIPTION OF WHAT WAS DONE UNTIL AUGUST 2013 ............................................................. 4 

2.1.  DESCRIPTION OF THE ACQUIRED SENSORS AND THEIR COMPONENTS ........................................................... 5 2.2.  DESCRIPTION OF THE TESTS CONDUCTED UNDER LABORATORY CONDITIONS ................................................. 7 2.3.  DESCRIPTION OF FIELD TRIALS ........................................................................................................... 10 2.4.  DESCRIPTION OF THE SOFTWARE DEVELOP FOR CREATING MAPS WITH THE MEASUREMENTS MADE IN THE FIELD 10 2.5.  DESCRIPTION ABOUT THE DATA COLLECTION IN PUBLIC AND PRIVATE ORGANIZATIONS .................................. 11 

3.  RESULTS OBTAINED UNTIL AUGUST 2013 .................................................................................... 11 

3.1.  RESULTS OF LABORATORY TESTS FOR M1 WITH CO_1 OR NO2_1 .......................................................... 12 3.2.  RESULTS OF LABORATORY TESTS FOR (M2/CO3), (M4/CO4), (M3/NO2_2) AND (M5/NO2_5) ............. 21 3.3.  RESULTS OF THE FIELD TRIALS USING A BICYCLE AND M1 WITH CO1/NO2_1 ............................................ 30 3.4.  RESULTS OF THE FIELD TRIALS FOR THE SENSORS ACQUIRED IN 2013 ........................................................ 41 3.5.  THE DATA OBTAINED FROM THE PUBLIC AND PRIVATE ORGANIZATIONS ..................................................... 42 

4.  DISCUSSION OF THE RESULTS AND CONCLUSIONS ...................................................................... 44 

5.  UNFINISHED TASKS ...................................................................................................................... 46 

6.  POSSIBLE INTERESTED PARTY AND HIS EXPECTATIONS ............................................................... 48 

7.  REFERENCES ................................................................................................................................ 49 

 

 

   

Page 3: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

3 / 49  

Acknowledgments  

I would  like to express my gratitude to my supervisor, Prof.  João Pedro Gomes,  for  the trust that he have placed in me, also whose expertise, understanding and patience, added greatly to my experience during the time I spent in ISR. 

Special  thanks  to  Eng.  Tânia M.  Frinha  and  Eng.  Célia  R.  Soares  from  ISQ, whose  presences created one of the best working environments inside a lab that I have experience so far, and also for their guidance during the lab tests. 

I would  also  like  to  thank  João  Carvalho  for  his  first’s  lessons  in  programming with Matlab, which gave the necessary push to continue on my own, and Fábio Gameiro for his knowledge and support. 

In conclusion, I extend also my tanks to Marcelina Almeida and Dr José Domingos Pereira from Antral, Eng. Paulo Simões from Lisbon City Hall, architect Isabel Seabra from IMTT and Hannah from Aeroqual, for their time and support. 

 

 

 

Page 4: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

4 / 49  

1. Proposed objectives  Development  and  integration  of  a  set  of  sensors  for  a  mobile/portable  air  quality 

station  Development of the prototype hardware for a mobile/portable air quality station and 

mechanical/electrical integration of these stations in vehicles.  Develop auxiliary hardware support  for  remote programming of mobile and gateway 

nodes  Planning, assistance and reporting in field testing; data archival and retrieval 

2. Description of what was done until August 2013 Under controlled laboratory conditions, tests were carried out to a previously acquired set of gas  sensors,  in  order  to  assess  their  reliability  for  the  proposed  objectives  and  obtain  their calibration curves. 

A comparison was made in the performance of these acquired sensors with other sensors on the market, of which two of the sensors compared were the same as those that were installed on  the  stations  of  air  quality  in  Lisbon  at  that  time  (1).  The  comparisons were made  under controlled  laboratory  conditions  in  ISQ  (Instituto  de  Soldadura  e  Qualidade)  (2).  Other comparisons were made in the field, putting the sensors near the air quality stations in Lisbon.  

To  simulate  the  operation mode  of  our  sensors  during  the movement  across  the  streets  of Lisbon, a bicycle was used as vehicle to transport them. The chosen circuit included five fixed stations, with a  total distance of about 40 km traveled per  session. During  these  sessions,  it was  possible  to  obtain  data  on  the  amount  of  CO  (carbon  monoxide)  and  NO2  (Nitrogen Dioxide) measured by our sensors. 

Based on the data obtained from traveling through the streets of Lisbon, a computer program was developed in order to generate maps containing the values obtained for each sensor at a specific point in space and time, as well as other relevant information. 

Further tests were conducted in laboratory conditions in order to try to understand issues with our sensors. Throughout this period, communication  lines were established with the supplier of the sensors (Aeroqual) (3), in order to better understand the results, and also perform new tests that the company asked for. 

During  the  course  of  the  previous  works,  it  was  also  provided  a  support  in  gathering information within public and private organizations that possessed data on the direct  impact that mobility has on air quality in Lisbon. 

Meetings were held with a potential future client,  in order to obtain information about what they hope to get from the final product. 

As  result  of  the  information  obtained  by  the  test  made  with  our  sensors  as  well  as  the information provided by Aeroqual (3), a decision was made to obtain upgraded sensors from them. Again,  in order  to  assess  their  reliability  for  the  proposed objectives  and obtain  their calibration curves, the same tests that were made to previous sensors were made for the new ones 

Meanwhile,  a  communication  protocol  was  initiated  between  Aeroqual  (3)  sensors  and  a GSM/GPS Module  from  “Round  Solutions”  (4).  The  plan  for  an  enclosure  of  all  apparatus, sensors and communication/memory modules, were initiated as well. 

Page 5: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

5 / 49  

2.1. Description of the acquired sensors and their components In a first stage it was acquired from Aeroqual (3) three sensors to measure the concentrations of O3 (ozone), CO and NO2  in  the atmosphere, as well as one handheld monitor  (AQL‐S505) that makes the communication/interpretation of the sensors. It also was acquired a probe that measures the temperature and relative humidity. In Figure 2.1 it is possible to see the acquired monitor mounted with a gas sensor and with the temperature & relative humidity probe. 

 Figure 2.1 ‐ ‐AQL‐S505 monitor mounted with a gas sensor and temperature & relative humidity probe 

The handheld monitor  acquired  in  the  first  stage  came with a  rechargeable battery  (Ni‐MH) and  internal  memory  which  allows  it  to  store  values  acquired  during  sessions  of measurements.  The  time  scale  of  the  data  acquisition  only  takes  a  minimum  of  1  minute between each measurement. 

In  the  second  stage  and  based  on  the  results  of  the  first  stage,  an  upgraded  and  new equipment  was  purchased  from  Aeroqual  (3)  again.  The  equipment  was  composed  of  4 upgraded monitors, 9 sensors, 2 water and dust proof enclosures and cables. 

In order  to  resolve  some problems,  this new monitors came with a new  firmware/hardware that  among  other  things,  allows  it  to  incorporate  all  the  T/RH  (temperature  &  relative humidity) probe without resorting to AQL‐S505 monitors series (that were a special group in the AQL‐S500 series and the only ones that allowed T/RH probes), meaning that from then on, all  of  that  series were  named AQL‐S500.  This  news monitors  came with  improved  batteries (Lithium  Polymer),  since  the  previous  ones  required  12  hours  to  recharge  and  run  for approximately 4‐6 hours when  fully  charged,  these new ones only need 3 hours  to  recharge and can run for approximately 8 hours if fully charged, and also had a better life expectancy. 

The water and dust proof enclosure was acquired not only for a high level of protection from the environment, but also as an effort to resolve some inconsistent results obtained with the first  handheld  monitor  (AQL‐S505)  which  at  that  time  were  believed  to  be  linked  to  the turbulence  of  the  surrounding  environment.  The  appearance  as well  as  the  dimensions  are represented in Figure 2.2, with a slight difference from the ones that had been used, which is that  comes with  two  further entries  in  the  lower part of  the enclosure  alongside  the power supply entry. This new entries were for the T/RH probe and commutations cables. 

Sensor 

Monitor Probe temperature & 

relative humidity (T/RH) 

Page 6: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

6 / 49  

 Figure 2.2 – Appearance and dimensions of the water and dust proof enclosure with a handheld monitor 

(mounted with a gas sensor) inside – courtesy of AEROQUAL (3).  All sensor heads obtained are described in Table 2.1, being represented there the manufacture specifications. 

Gas sensor  Carbon monoxide (CO) 

Nitrogen Dioxide (NO2) 

Ozone (O3) 

Quantity  5  5  2 

Type  Gas Sensitive Electrochemical 

Gas Sensitive Electrochemical 

Gas Sensitive Semiconductor 

Range (ppm)  0‐25  0‐1  0‐0.5 and 0‐0.15 

Minimum detection Limit (ppm)  0.02  0.002  0.001 

Resolution (ppm)  0.01  0.001  0.001 

Operational Range: Temperature (ºC)  ‐10 to 50  ‐10 to 50  ‐5 to 40 

Operational Range: RH (%)  10 to 90  10 to 90  5 to 95 

Table 2.1 – Aeroqual (3) specifications for all acquired sensors heads The  O3  sensors  were  not  tested  in  laboratorial  conditions  nor  in  the  field,  instead  it  were verified  only  if  they  work,  by  connecting  then  to  the  monitor  and  see  if  the  reacted  as expected. 

In order to better follow witch sensors and monitors were being used at the time of the test, a table (Table 2.2) was created that shows the names given to each monitor and sensors heads acquired. 

   

power supply entry

 

Gas e

ntry

Gas exit

Page 7: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

7 / 49  

Type  Ref. given  Acquisition date  Description 

CO Sensor  CO_1  01‐04‐2012  To use with M1 

NO2 Sensor  NO2_1  01‐04‐2012  To use with M1 

O3 sensor  O3_1  01‐04‐2012  To use with M1 

Monitor (S505)  M1  01‐04‐2012  First handheld monitor acquired (AQL‐S505) 

CO Sensor  CO_2  26‐06‐2013  To use with M2 

CO Sensor  CO_3  26‐06‐2013  To use with M2 

NO2 Sensor  NO2_2  01‐02‐2013  To use with M3 

NO2 Sensor  NO2_3  26‐06‐2013  To use with M3 

O3 sensor  O3_2  26‐06‐2013  To use with M2 or M3 

Monitor (S500)  M2  26‐06‐2013  Handheld monitor AQL‐S500 ‐ to freely use 

Monitor (S500)  M3  26‐06‐2013  Handheld monitor AQL‐S500 ‐ to freely use 

CO Sensor  CO_4  26‐06‐2013  To use with M4 

CO Sensor  CO_5  26‐06‐2013  To use with M4 

NO2 Sensor  NO2_4  26‐06‐2013  To use with M5 

NO2 Sensor  NO2_5  26‐06‐2013  To use with M5 

Monitor (S500)  M4  26‐06‐2013  AQL‐S500 monitor – to use inside enclosure 

Monitor (S500)  M5  26‐06‐2013  AQL‐S500 monitor – to use inside enclosure 

Table 2.2 – References given to sensors heads and monitors 

2.2. Description of the tests conducted under laboratory conditions  The  tests  that will  be  described  below were  all made  in  partnership with  ISQ  (2)  and were performed  in  their metrology  laboratory  gas  installations.  These  tests  basically  consisted  of placing the sensor (sometimes either alone or with other reference sensor) in a sealed volume and inject known concentrations of the gas to which the sensor  is sensitive, and collect data for different concentrations of injected gas, also taking into account the response time of the sensor during the all process. 

For  the  control  of  the  concentrations  of  injected  gas  it  was  used  a  SONIMIX  2106B programmer  gas  divider  (Figure  2.1),  with  nitrogen  and  air  as  the  background  gas  used  for creating the concentrations of CO and NO2 desired. 

 Figure 2.3 – SONIMIX 20106B Programmer gas divider 

The description of the tests performed will be presented in chronological order, from oldest to newest: 

Page 8: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

8 / 49  

1) Was  carried  out  a  series  of  tests  to  ascertain  the  sensors  (CO_1  and  NO2_1)  response across its operating range, taking into account the maximum and minimum values that the device can measure. To obtain this, were  injected gas concentrations near  the minimum that  the  sensors  can  handle  and  then  gradually  increasing  the  concentrations up  to  the maximum allowed by the device. To obtain a volume isolated from the ambient gases,  it was used a sealed Box, as is shown in Figure 2.4, with the sensor inside. The timescale for the change between concentrations depended on the stabilization of the values measured by the sensor at the time during that specific session. 

 Figure 2.4 – Box used to isolate the sensor from the ambient gases 

2) Based  on  the  results  of  the  series  of  tests  described  above,  we  proceeded  to  another group of  tests  that were  intended  to  check  the  consistency  of  the  values  obtained  (see chapter 3) to the sensors CO_1 and NO2_1. One of the procedures chosen was to pick up two  different  gas  concentration  values  and  switch  between  these  values  over  a  specific time  to  check  the  consistency  of  the  sensor  when  brought  to  the  same  concentration value. In order to obtain a lower volume of gas, thus increasing the response time of the sensor,  a  sealed  bag  was  used,  as  shown  in  Figure  2.5.  For  concentrations  of  CO  was possible  to  use  the  sensors  “GrayWolf  IQ‐610”  (5)  and  “BW gasalertmicroclip XT”  (6)  as comparison.  During  these  tests  it  was  also  observed  the  reaction  of  the  sensor  when motion (repetitive small movements) were applied. 

 Figure 2.5 – Sealed bag with our sensor and a “Gasalertmicroclip XT” ❶ sensor inside; upstream of the gas flow 

is the Gray Wolf ❷ sensor. 3) The third group of tests focused on comparing the performance of the sensors CO_1 and 

NO2_1 with those that were installed on the fixed stations of air quality in Lisbon at that time (“Horiba AP MA‐360” and “Horiba AP NA‐360”) (7). For this purpose, and similarly to that described in the last paragraph it was also used a bag sealed for ours sensors during 

Gas entry

Gas exit

21 c

m

30 cm

Isolation Box

❶ ❷

Page 9: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

9 / 49  

the  measurements.  Due  to  the  large  size  of  the  Horiba  sensors,  the  gas  was  injected directly  into the Horiba sensors, using for that a binary gas divider to divert the gas flow into the Horiba sensors. 

4) As a result of the observed problems in previous tests, related to the movement, and also because of conversations with Aeroqual (3), came the need to seek answers to these new problems.  Therefore,  these  tests were made  accordantly Aeroqual  specifications,  so  the tubes  that  carried  the gas were change  for metallic ones and  the  isolated box was used again (Figure 2.6). Although, this time the box was filled with only one concentration of CO and waited for the time needed for the sensor to stabilize and then applied motion to the whole box. 

 Figure 2.6 – The use of metallic tubes and the isolation box, as Aeroqual request it 

5) This final group of tests were made to the new equipment, obtain in the second stage and explain in chapter 2.1. In the first part of the tests, were placed in the box two sensors that measured the same gas (Figure 2.7), thereby compare the performance of each sensor for the same volume of gas, but this time the maximums chosen were a reflexing of the gas legal limits in the city (For CO=9ppm and NO2=0.3ppm). The second part of the tests were an attempt to directly inject gas into the sensor (Figure 2.7), thereby eliminating the time it takes the gas volume to fill the box or the bag, thus evaluating the responsiveness of the sensor as well as the ability of the sensor absorbing the gas by  its  fan. And finally,  in the last part, a sealed bag was used to compare the results with the directly gas injection, the sealed bag was prepared in the same way that is represented in Figure 2.5. 

 Figure 2.7 – At the right are 2 sensors inside the isolation box. In the left is the representation of the assembly 

taken to inject gas directly at the sensor 

Page 10: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

10 / 49  

 

2.3. Description of field trials The  tests  performed  in  the  field  with  the  sensors  had  two  objectives,  the  first  one  was  to compare the performance of our sensors with the ones in fixed stations, and second one was to test our sensors during movement, trough the roads of Lisbon. To the second objective  it was used a backpack containing a sensor, placed in a net to permit air circulation, and a GPS (Garmin GPSMAP 62s) (8) attached near the sensor as shown in figure 3. 

 Figure 2.8 – Backpack with the sensor ❷ and GPS❶.  

To  simulate  the  operation  of  the  sensors  through  the  streets  of  Lisbon  and  acquire  data,  a bicycle was used to go through a circuit  that  includes 5  fixed stations as "checkpoints", with short stops at each station to ensure a few readings close to each station. 

To directly compare the performance of ours sensors with the stations obtaining an average trough at a least an hour near a station, all sensors were placed near a station and left in the same  place without moving  it.  The  station  chosen was  the  Entrecampos  station  as  show  in Figure 2.9. 

 Figure 2.9 –Sensors near Entrecampos air quality station in Lisbon. 

2.4. Description of the software develop for creating maps with the measurements made in the field 

In order to be able to visualize spatially the measurements made on the streets of Lisbon, as well as relate that measurements with the fixed stations, it was created in Matlab a software that allows us to use these measurements and represent then in Google Earth. This program allows visualization either by points or by areas of the regions measured, and also represents the location of the fix stations with the corresponding measurements at the time the sensors 

❷ 

❶ 

Gas Entry 

station of air quality 

Page 11: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

11 / 49  

were near, allowing the definition of a circle of influence to each fixed station. The areas in the software are created by grouping spot measurements of equal value. 

These data on Google earth are represented by "Layers", that can be enabled or disabled for better visualization and understanding of the results. The obtained values can be represented by a color scale which can be set to the maximum value obtained in each daily session, whose maximum  value  is  the  maximum  of  the  set  of  ours  sensors  and/or  of  the  fixed  stations measurements. On the other hand, there is always the possibility of applying this color scale to the predefined legal limits or even to other values of choice. 

Currently the color scale is composed of 5 colors, in order to represent the legal limits, ie each color  corresponds  to  the  legal  limits,  and  the  scale  is  as  follows:  "excellent"  (dark  green), "good"  (green),  "medium"  (yellow),  "weak"  (orange)  and  "bad"  (red).  The black  color  is  also used when the values are not valid or do not exist. 

Starting  from  the measurements made over  a  daily  session,  the  "Layers"  are  created  taking into account the time it lasted each session. So the layers can show the entire session of each sensor/station, or represent only hour by hour during that daily session. 

The need to rearrange the values by hours during the day comes to facilitate the comparison between the values of the fixed stations and ours sensors, this is because the fix stations are represented by an average of each hour of the day. 

The “KML toolbox” was used in our software, it is class‐based toolbox that allows us to create many different plots  in Google Earth, by automatically creating the required xml‐based KML, and was developed by Rafael Oliveira (9). 

2.5. Description about the data collection in public and private organizations 

Within the framework of the project related to the collection of parameters on the impact of mobility on air quality in Lisbon, some contacts were made with organizations that might have data on public  transport circulating  in Lisbon, specifically  linked to  taxis and/or buses.  In  the field concerning the taxis, was first established contact with the largest taxis trade union in the country, Called Antral (10). 

From Antral, the most relevant data that was expect to be found were the ones related to the amount of kilometers that each taxi travels on average during a day in Lisbon. 

In parallel, meetings were schedule with the  Lisbon City Hall  (11) so as  to achieve the exact amount of licensed taxis operated in Lisbon at the time, and retrieve their identifications. 

Once  the  list with  the  identifications were  retrieved,  new meetings were  schedule,  but  this time with  IMTT  (Institute  for Mobility and Land Transport)  (12)  in order  to  finally obtain  the technical data of each taxi, and them calculate the real impact on air quality. 

On the other hand, and in the field concerning the buses, there was only one company (Public) that  operates  in  Lisbon,  and  that  company  is  Carris  (13).  Obtaining  data  from  Carris  was  a facilitated process, because the company every year emits the “annual sustainability report”, and from it is possible to get all the information needed regarding the impact of buses on air quality. 

3. Results obtained until August 2013 In  this  chapter  it  will  be  shown  the  results  regarding  the  tests  made  under  laboratory conditions,  the  results  of  the  field  trials  and  the  data  collected  from  public  and  private organizations. 

Page 12: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

12 / 49  

The  results  of  the  laboratory  tests  described  in  chapter  2.2 will  be  presented  in  a  form  of graphs, in which they are identified with the paragraph number from that chapter. It should be noted, however,  that  ISQ Lab  is an external  laboratory to  IST‐ISR, and has  its own autonomy and  also  commercial  commitments,  therefore,  test  schedules  and  freedom  to  take  certain decisions,  especially  the  assembly  of  experimental  apparatus,  were  limited  to  the  internal procedures. Therefore, not all the tests were conduct in the expected way. 

Some results of the field trails it will be shown has a screen capture of Google Earth, with some valid measurements made  in  the  field with  the  bicycle  as well  the measurements of  the  fix stations  at  the  time.  On  the  other  hand,  the  results  from  the  sensors, when  they were  left static in a place near the quality air station from Entrecampos, it will be presented as a graph too.  The  results  from  the  fix  stations were obtain  in Qualar website  (1),  and  to  confirm  the results just consult the dates on the tables and graphs were the results are being presented. 

The data that was collected from public and private organizations will be shown as well as the results of some calculations made. 

3.1. Results of laboratory tests for M1 with CO_1 or NO2_1 To obtain the concentrations of CO and NO2 required for this tests it was used only Nitrogen as a neutral gas. 

 

 

 

 

 

 

Page 13: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

13 / 49  

 Graph 3.1 –The complete results of the tests made to M1/CO_1 with different concentrations of CO (2012‐04‐27) 

Results from what has been described in the paragraph 1 of chapter 2.2 

0123456789

1011121314151617181920212223242526

10:19 10:48 11:16 11:45 12:14 12:43 13:12 13:40 14:09 14:38 15:07 15:36 16:04 16:33

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of CO for M1/CO_1 ‐ Complete Session 

CO near zero PPM (room air: near 45% of RH and near 23,8C of temperature)

CO = 0 PPM (box: near 11% of RH and near 24C of temperature)

CO = 2,1 PPM (box: near 2% of RH and near 23,9C of temperature)

CO = 11,5 PPM (box: near 0% of RH and near 24,4C of temperature)

CO = 20,3 PPM (box: near 0% of RH and near 24,8C of temperature)

Page 14: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

14 / 49  

 Graph 3.2 ‐ The complete results of the tests made to M1/NO2_1 with different concentrations of NO2 (2012‐05‐16) 

Results from what has been described in the paragraph 1 of chapter 2.2 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

10:04 11:16 12:28 13:40 14:52 16:04 17:16

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of NO2 for M1/NO2_1 ‐ Complete Session 

Warming phase (Room: near 50% of RH and near 22,2C of temperature)NO2 = 0,0061 PPM (box: near 15% of RH and near 23,9C of temperature)NO2 = 0,0111 PPM (box: near 6% of RH and near 25C of temperature)NO2 = 0,0230 PPM (box: near 4% of RH and near 25,5C of temperature)NO2 = 0,0541 PPM (box: near 3% of RH and near 26,1C of temperature)NO2 = 0,0877 PPM (box: near 2% of RH and near 26,5C of temperature)NO2 = 0,1218 PPM (box: near 1% of RH and near 26,8C of temperature)NO2 = 0,1598 PPM (box: near 1% of RH and near 27,4C of temperature)NO2 = 0,2005 PPM (box: near 1% of RH and near 27,8C of temperature)NO2 = 0,3000 PPM (box: near 0% of RH and near 28,4C of temperature)NO2 = 0,5022 PPM (box: near 0% of RH and near 28,9C of temperature)NO2 = 0,9034 PPM (box: near 0% of RH and near 29,4C of temperature)NO2 = 0 PPM (box: near 0% of RH and near 29,6C of temperature)Moving the sensor to a bag (near 29,7C of temperature)NO2 = 0 PPM (bag: near 0% of RH and near 29,7C of temperature)NO2 = 0,5022 PPM (bag: near 0% of RH and near 30,7C of temperature)

Page 15: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

15 / 49  

     

 

 

 

 

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

14:00 14:05 14:10 14:15 14:20 14:25 14:30 14:35

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

   NO2 = 0,5022 PPM (box: near 0% of RH and near 28,9C of temperature)

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

16:30 16:35 16:40 16:45 16:50 16:55 17:00 17:05

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

   NO2 = 0,5022 PPM (bag: near 0% of RH and near 30,7C of temperature)

Graph 3.3 – Comparison of two sections of Graph 3.2 for the same concentrations of NO2 in different containers.(isolation box and bag) 

Page 16: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

16 / 49  

 Graph 3.4 – Comparisons between our sensor (AQL‐S505 = M1/CO_1) and the others handheld sensors (GrayWolf IQ‐610 and gasalertmicroclip) (2012‐06‐18). 

Results from what has been described in the paragraph 2 of chapter 2.2 

0

2

4

6

8

10

12

11:16 11:24 11:31 11:38 11:45 11:52 12:00 12:07 12:14 12:21 12:28 12:36

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Comparisons with different sensors for the same concentrations of CO 

AQL‐S505 sensor  with CO = 7,7 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 2,1 PPMMovement ‐> AQL‐S500 sensor  with CO = 7,7 PPM GrayWolf IQ‐610 sensor  with CO = 7,7 PPMGrayWolf IQ‐610 sensor  with CO = 2,1 PPM gasalertmicroclip XT sensor with CO = 7,7 PPMgasalertmicroclip XT sensor with CO = 2,1 PPM

Movement applied to the sensor 

Page 17: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

17 / 49  

 Graph 3.5 – The results of the tests made to M1/NO2_1 with 3 different concentrations of NO2 (2012‐06‐18) 

Results from what has been described in the paragraph 2 of chapter 2.2 

0,05

0,07

0,09

0,11

0,13

0,15

0,17

0,19

14:24 14:38 14:52 15:07 15:21 15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of NO2 for M1/NO2_1 

NO2 = 0,2005 PPM (room: near 56% of RH and near 23,2ºCof temperature)

NO2 = 0 PPM (room: with near 54% of RH and near 23,4ºCof temperature)

NO2 = 0,1045 PPM (room: near 56% of RH and near 23,9ºCof temperature)

Movement: NO2 = 0,1045 PPM (room: near 56% of RH andnear 24,2ºC of temperature)

Movement applied to the sensor 

Page 18: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

18 / 49  

 Graph 3.6 ‐ Comparison between our sensor (AQL‐S505 = M1/CO_1) and Horiba APNA‐360 sensor (2012‐06‐27). 

Results from what has been described in the paragraph 3 of chapter 2.2 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

14:52 15:07 15:21 15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48 17:02

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Comparisons with different sensors for the same concentrations of CO ‐ Complete Session 

AQL‐S505 sensor  with CO = 0,1097 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 0,1097 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 0 PPMHoriba APNA‐360 sensor  with CO = 0 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 1,0071 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 1,0071 PPMAQL‐S505 sensor  with CO = 2,0037 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 2,0037 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 3,0002 PPMHoriba APNA‐360 sensor  with CO = 3,0002 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 4,0035 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 4,0035 PPMAQL‐S505 sensor  with CO = 5,0027 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 5,0027 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 6,0055 PPMHoriba APNA‐360 sensor  with CO = 6,0055 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 7,0012 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 7,0012 PPMAQL‐S505 sensor  with CO = 8,0057 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 8,0057 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 9,0058 PPMHoriba APNA‐360 sensor  with CO = 9,0058 PPM AQL‐S505 sensor  with CO = 0,1097 PPM Horiba APNA‐360 sensor  with CO = 0,1097 PPM

Page 19: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

19 / 49  

 Graph 3.7 ‐ Comparison between our sensor (AQL‐S505 = M1/NO2_1) and Horiba APMA‐360 sensor (2012‐06‐27). 

Results from what has been described in the paragraph 3 of chapter 2.2 

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

10:15 10:43 11:12 11:41 12:10 12:39 13:07

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Comparisons with different sensors for the same concentrations of NO2 ‐ Complete Session 

AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0 PPM AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,0061 PPMHoriba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,0061 PPM AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,0111 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,0111 PPMAQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,0541 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,0541 PPM AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,0988 PPMHoriba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,0988 PPM AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,1479 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,1479 PPMAQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,2005 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,2005 PPM AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,2492 PPMHoriba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,2492 PPM AQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,3 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,3 PPMAQL‐S505 sensor  with NO2 = 0,0111 PPM Horiba APMA‐360 sensor  with NO2 = 0,0111 PPM

Page 20: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

20 / 49  

 Graph 3.8 ‐ The complete results of the tests made to M1/CO_1 with the same concentration of CO inside the box (2012‐07‐20) 

Results from what has been described in the paragraph 4 of chapter 2.2 

0

1

2

3

4

5

6

14:38 14:52 15:07 15:21 15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48 17:02

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of CO  for M1/CO_1 

AQL‐S505 sensor during the period of placement inside the gas box  (room with near 45% of RH and near 23,5ºC of temperature)AQL‐S505 sensor  with CO = 4 PPM (controlled gas box with the room with near 7% of RH and near 24,1ºC of temperature)Movement to the box ‐> AQL‐S505 sensor  with CO = 4 PPM (controlled gas box with the room with near 3% of RH and near 24ºC of temperature)

Movement applied to the sensor 

 

Page 21: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

21 / 49  

3.2. Results of laboratory tests for (M2/CO3), (M4/CO4), (M3/NO2_2) and (M5/NO2_5) 

This final group of tests were made to the new equipment, obtain in the second stage and explain in chapter 2.1. In the first part, were placed in the box two sensors that measured the same gas (Figure 2.7), thereby comparing the performance of each sensor for the same volume of gas, but this time the maximums chosen were a reflexing of the gas  legal  limits  in  the city (CO=9ppm and NO2=0.3ppm). The second part of  the tests were an attempt to directly inject gas into the sensor (Figure 2.7), thereby eliminating the time it takes the gas volume to fill the box or the bag, thus evaluating the responsiveness of the sensor as well as the ability of the sensor to absorbing the gas by its fan (but the based gas used were air). And finally, in the last part a sealed bag was used to compare the results with the injection of the gas directly, the sealed bag was prepared in same way that is represented in Figure 2.5. 

 

 

 

 

Page 22: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

22 / 49  

 Graph 3.9 ‐ Comparison between M4/CO_4 and M2/CO_3 inside the same box (2013‐07‐02). 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2  

0

2

4

6

8

10

12

11:20 11:34 11:49 12:03 12:18 12:32 12:46 13:01 13:15 13:30Time 24h (hh:mm) 

Measurements of CO for M2/CO_3 Near the gas output 

Putting in the Box (Averages: RH=47,6% and temperature= 24,3º) CO=0 PPM (Averages: RH=43,4% and temperature= 24,8º) CO=0,5122 PPM (Averages: RH=25% and temperature= 25,1º)CO=1,0461 PPM (Averages: RH=15,6% and temperature= 25,4º) CO=1,9512 PPM (Averages: RH=11,4% and temperature= 25,6º) CO=2,9561 PPM (Averages: RH=9,2% and temperature= 25,7º)CO=3,9518 PPM (Averages: RH=7,7% and temperature= 25,8º) CO=4,9530 PPM (Averages: RH=6,8% and temperature= 26º) CO=5,9532 PPM (Averages: RH=6% and temperature= 26,1º)CO=6,9571 PPM (Averages: RH=5,4% and temperature= 26,2º) CO=7,9540 PPM (Averages: RH=4,9% and temperature= 26,2º) CO=8,9586 PPM (Averages: RH=4,5% and temperature= 26,3º)CO=0 PPM (Averages: RH=3,9% and temperature= 26,4º)

0

2

4

6

8

10

12

11:20 11:34 11:49 12:03 12:18 12:32 12:46 13:01 13:15 13:30

PPM 

Measurements of CO for M4/CO_4 Near the gas input  

Page 23: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

23 / 49  

 Graph 3.10 ‐ Comparison between M5/NO2_4 and M3/NO2_2 inside the same box (2013‐07‐03). 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2  

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

13:55 14:09 14:24 14:38 14:52 15:07 15:21 15:36

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of NO2 for M5/NO2_4 Near the gas input 

Putting in the Box (Averages: RH=53,1% and temperature= 27,9º) CO=0 PPM (Averages: RH=33,4% and temperature= 28,4º) CO=0,0483 PPM (Averages: RH=18,1% and temperature= 28,8º)CO=0,0712 PPM (Averages: RH=12,7% and temperature= 29º) CO=0,1093 PPM (Averages: RH=10% and temperature= 29,3º) CO=0,2019 PPM (Averages: RH=8,4% and temperature= 29,5º)CO=0,3036 PPM (Averages: RH=7,4% and temperature= 29,7º) CO=0 PPM (Averages: RH=6,3% and temperature= 29,9º)

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

13:55 14:09 14:24 14:38 14:52 15:07 15:21 15:36

Measurements of NO2 for M3/NO2_2 Near the gas output 

Page 24: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

24 / 49  

 Graph 3.11 ‐ The complete results of the tests made to M2/CO_3 (inside the bag) with different concentrations of CO (2013‐07‐02) 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2 

0

2

4

6

8

10

12

15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48 17:02 17:16 17:31 17:45 18:00

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of CO for M2/ CO_3 in a Bag 

CO=0 PPM (Averages: RH=0,2% and temperature= 26,2º) CO=0,5122 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,4º) CO=1,0461 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,3º)

CO=1,9512 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,2º) CO=2,9561 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,3º) CO=3,9518 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,4º)

CO=4,9530 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,1º) CO=5,9532 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26º) CO=6,9571 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26º)

CO=7,9540 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26º) CO=8,9586 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,2º) CO=0 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 26,5º)

Page 25: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

25 / 49  

 Graph 3.12 ‐ The complete results of the tests made to M4/CO_4 (inside the bag) with different concentrations of CO (2013‐07‐03) 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2 

0

2

4

6

8

10

12

10:04 10:33 11:02 11:31 12:00 12:28

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of CO for M4/CO_4 in a Bag 

Putting in the Bag (Averages: RH=23,5% and temperature= 26,8º) CO=0 PPM (Averages: RH=4,2% and temperature= 27,2º) CO=0,5122 PPM (Averages: RH=1,9% and temperature= 27,8º)CO=1,0461 PPM (Averages: RH=0,9% and temperature= 27,9º) CO=1,9512 PPM (Averages: RH=0,5% and temperature= 28º) CO=2,9561 PPM (Averages: RH=0,2% and temperature= 28,2º)CO=3,9518 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 28,4º) CO=4,9530 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 28,7º) CO=5,9532 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 28,7º)CO=6,9571 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 29º) CO=7,9540 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 29,2º) CO=8,9586 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 29,1º)CO=0 PPM (Averages: RH=0% and temperature= 29,2º)

Page 26: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

26 / 49  

 Graph 3.13 ‐ The complete results of the tests made to M3/NO2_2 (inside the bag) with different concentrations of NO2 (2013‐07‐03) 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2 

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

16:33 16:40 16:48 16:55 17:02 17:09 17:16 17:24 17:31

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of NO2 for M3/NO2_2 in a Bag  

Putting in the Bag (Averages: RH=30% and temperature= 30º) CO=0 PPM (Averages: RH=50% and temperature= 28º) CO=0,0483 PPM (Averages: RH=6,9% and temperature= 28º)CO=0,0712 PPM (Averages: RH=5,2% and temperature= 28º) CO=0,1093 PPM (Averages: RH=4,2% and temperature= 28º) CO=0,2019 PPM (Averages: RH=3,4% and temperature= 28º)CO=0,3036 PPM (Averages: RH=2,9% and temperature= 28º) CO=0 PPM (Averages: RH=2,3% and temperature= 28º)

Page 27: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

27 / 49  

 Graph 3.14 ‐ The complete results of the tests made to M5/NO2_4 (inside the bag) with different concentrations of NO2 at different times 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2 

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

15:07 15:21 15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of NO2 for M5/NO2_4 in a Bag (2013‐07‐03) 

Putting in the Bag (Averages: RH=31% and temperature= 29,5º) NO2=0 PPM (Averages: RH=6,7% and temperature= 29,4º) NO2=0,0483 PPM (Averages: RH=1,5% and temperature= 29,2º)NO2=0,0712 PPM (Averages: RH=1% and temperature= 29,1º) NO2=0,1093 PPM (Averages: RH=0,8% and temperature= 29,2º) NO2=0,2019 PPM (Averages: RH=0,7% and temperature= 29,1º)NO2=0,3036 PPM (Averages: RH=0,5% and temperature= 29,1º) NO2=0 PPM (Averages: RH=0,3% and temperature= 29,2º)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

11:16 11:31 11:45 12:00 12:14 12:28 12:43 12:57

Measurements of NO2 for M5/NO2_4 in a Bag (2013‐07‐24) 

Page 28: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

28 / 49  

 Graph 3.15 ‐ The complete results of the tests made to M4/CO_4 (direct injection of gas) with different concentrations of CO (2013‐07‐23) 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2 (but the background gas used was Air) 

0

2

4

6

8

10

12

14

14:38 14:52 15:07 15:21 15:36 15:50 16:04 16:19 16:33 16:48 17:02

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of CO for M4/CO_4 Direct "T"  

Putting the tubes (Averages: RH=48,8% and temperature= 25,7º) Direct with CO=0 PPMDirect with CO=0,5089 PPM Direct with CO=1,0398 PPMDirect with CO=2,0023 PPM Direct with CO=2,9999 PPMDirect with CO=4,0016 PPM Direct with CO=5,0054 PPMDirect with CO=6,0010 PPM Direct with CO=7,0038 PPMDirect with CO=8,0035 PPM Direct with CO=9,0055 PPM

Page 29: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

29 / 49  

 Graph 3.16 ‐ The complete results of the tests made to M5/NO2_4 (direct injection of gas) with different concentrations of NO2 (2013‐07‐24) 

Results from what has been described in the paragraph 5 of chapter 2.2 (but the background gas used was Air) 

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

9:36 9:50 10:04 10:19 10:33 10:48 11:02 11:16 11:31

PPM 

Time 24h (hh:mm) 

Measurements of NO2 for M5/NO2_4  Direct "T" 

Putting the tubes (Averages: RH=58,6% and temperature= 24,2º) Direct with NO2=0 PPM

Direct with NO2=0,0483 PPM Direct with NO2=0,0712 PPM

Direct with NO2=0,1093 PPM Direct with NO2=0,2019 PPM

Direct with NO2=0,3036 PPM Direct with NO2=0 PPM

Page 30: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

30 / 49  

3.3. Results of the field trials using a bicycle and M1 with CO1/NO2_1 It is presented below some examples of the results obtained in the field and processed by the program described in chapter 2.4, using later Google earth to represent them. The next results are all from CO measures, this is because the results obtained with CO, although they are not the best ones regarding what were expected to find in the field, they are the ones that better show the potential of the program used, due to the high levels of CO obtained, thus showing better the effect of the color scales that can be used. 

So, in Figure 3.1 you can see a representation by areas during a daily session of measurements of CO through the streets of Lisbon. These areas are built by connecting all adjacent points that have the same measured value. And in this case, when it is observed the entire daily session, the values presented in the fixed stations are an arithmetic average of the values measured by the station throughout the session (hour by hour). 

 Figure 3.1 ‐ A daily session (2012‐12‐03) measurements of CO in Google earth, with representation by areas. The 

circular areas represent the base stations By  clicking  in  the  areas/points  or  the  fixed  station,  it  is  possible  to  get  access  to  a  more detailed description of the measurements, such has the hours that the value were obtain, the value with more precision and in the case of the fixed stations the type of station that it is as well as all values measured during the daily session. 

The menu on the left gives access to a representation by layers, meaning that it is possible to show by areas, points, entire sessions or hour to hour sessions, sensor or even the fix stations by themselves. 

The representation by points as it can be seen in Figure 3.2 normally makes the overview more difficult, but it can be quite useful when zoomed in over a particular region, because the values obtained punctually can be seen in greater detail. For example one can see  in Figure 3.3 the values for CO at a given moment along a road in Lisbon represented simultaneously by points and areas 

Page 31: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

31 / 49  

 Figure 3.2 ‐ A daily session (2012‐12‐03) measurements of CO in Google earth, with representation by points. The 

circular areas represent the base stations 

 Figure 3.3 – Zoomed area where one can see what was measured along that road with both representations, by 

points and areas. The next tables, ranging from Table 3.1 up to Table 3.7, are a numeric representation of the valid gas values, obtained during the bicycle trails, through the streets of Lisbon, and they are composed at is base by two columns, with time and gas value, but whenever the bicycle was near  the  fix  stations,  it  was  added  to  the  right  of  the  columns  an  adjacent  table  with information  about  the  comparisons  between  the  values  measured  by  the  station  with  the mean  values  obtained  by  our  sensors  in  that  specific  time.  This  adjacent  tables  shows  the averages of the values obtained by our sensors parked near the stations (shown in green), the average of all values (composed by the green + gray values) represented in gray and the values obtain  for  that hour by  the  fix  station. The grey values  in  the based columns were obtained during the approach to the stations (with movement). 

 

Page 32: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

32 / 49  

Beginning of the Table 3.1    Time  CO(ppm)  (2012‐05‐11) 15:23  5,27 

       15:24  5,11  Entrecampos  15:25  4,97  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 15:26  5,49  15:27  5,27  15:28  4,07    

1,97  0,39 

 15:29  3,79     15:30  3,24 

1,96 

 15:31  3,12  15:32  3,06  15:33  3,04  15:34  3,25  15:34  3,25  15:35  3,18  15:36  3,24  15:37  3,28  15:38  3,64  15:40  3,31  15:41  2,81  15:42  2,42  15:43  2,03  15:44  1,57  15:45  1,92  15:46  1,8  15:47  1,87  15:48  1,4  15:49  0,53  15:50  0,22  15:51  0  15:52  0  15:53  0  15:54  0,37  15:55  0,24  15:56  0,02  15:57  0,17     15:57  0,17     15:58  0,39 

1,32  1,41  Standard deviation (ppm) 15:59  0,44 

16:00  0,56        16:01  1,14        16:02  1,76        16:03  1,58        16:04  1,18        16:05  0,87        16:06  0,46        16:07  0,8        16:08  0,9        16:09  0,92        16:10  0,79        16:11  0,55 

            

        

16:12  0,65  Benfica  16:13  0,55  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 16:14  0,48  16:15  0,69  16:16  0,63    

1,33  0,37 

 16:17  0,65     16:18  1,63 

1,37 

 16:19  0,71  16:19  0,71  16:20  0,78  16:21  0,82  16:22  1,18  16:23  1,22  16:24  1,31  16:25  1,27  16:26  1,54  16:27  2,43  16:28  3,32  16:29  1,6  16:30  1,36  16:31  1,31  16:33  1,62  16:34  1,68  16:35  1,41  16:36  1,37  16:37  1,43  16:38  1,24  16:39  1,04  16:40  1,02  16:41  1,05  16:42  0,95  16:42  0,95  16:43  1,16  16:44  1,49  16:45  1,78  16:46  1,61  16:47  1,31     16:48  1,58     16:49  1,79 

0,52  0,52  Standard deviation (ppm) 16:50  1,1 

16:51  0,62        16:52  0,84        16:53  2,19        16:54  1,18        16:55  0,21        16:56  0,03        16:56  0,03        16:57  0,15        16:58  0,44        16:59  0        17:00  1,05        17:01  0,82        17:02  0,99        17:03  1,11        17:04 

          

1,23                  

Page 33: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

33 / 49  

17:05  1,27  Av. Liberdade  17:06  1,24  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 17:07  1,36  17:08  0,71  17:09  1,45    

1,18  0,47 

 17:10  1,52     17:11  1,2 

1,12 

 17:12  0,68  17:13  0,3  17:14  0  17:15  0,15  17:16  0,47  17:17  0,75  17:18  0,93  17:19  0,81  17:20  0,48  17:21  0,64  17:22  0,75  17:23  0,7  17:25  0,77  17:26  0,86  17:27  1,1  17:28  1,33  17:28  1,33  17:29  1,81  17:30  2,03  17:31  2,04  17:32  1,99  17:33  2,04  17:34  2,09  17:35  1,83  17:36  1,48  17:37  1,37  17:38  1,25  17:39  1,2  17:40  1,24  17:41  1,74     17:42  1,73     17:43  2,15 

0,60  0,59  Standard deviation (ppm) 17:44  2,81 

17:45  2,95        17:46  2,26        17:47  2,53        17:48  3,46        17:49  3,72        17:50  4,17        17:50  4,17        17:51  3,13        17:52  2,66        17:53  2,94        17:54  1,64        17:55  1,54        17:56  0,89        17:57  0,72        Table 3.1 ‐ End 

 

 

   

Page 34: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

34 / 49  

 Beginning of the Table 3.2  Time  CO(ppm)  (2012‐11‐13) 

11:02  0,8  Entrecampos  11:03  1,32  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 11:04  0,94  11:05  0,18  11:06  0    

0  0,30 

 11:07  0     11:08  0 

 11:09  0  11:10  0  11:11  0  11:11  0  11:12  0  11:13  0     11:14  0     11:15  0 

0  0  Standard deviation (ppm) 11:16  0 

11:17  0        11:19  0        11:20  0        11:21  0        11:22  0        11:23  0        11:24  0        11:25  0        11:26  0        11:27  0        11:28  0        11:29  0,14        11:30  0,61        11:31  0,96        11:32  0,4        11:33  0        11:34  0        11:35  0        11:36  0,37        11:37  0,62        11:38  0        11:39  0        11:40  0        11:41  0        11:42  0        11:43  0        11:44  0        11:45  0        11:46  0        11:47  0        11:48  0  AV. Liberdade 

 11:49  0  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 11:50  0  11:51  0  11:52  0    

0,05  0,30 

 11:53  0     11:54  0 

0,03   11:55  0  11:56  0,08  11:57  0,11     11:58  0,18     11:59  0,17 

0,05  0,07  Standard deviation (ppm) 12:00  0,16 

12:01  0,17        12:02  0,12        12:03  0,17        12:04  0,11        

12:05  0,06        12:06  0,3        12:07  1,06        12:08  0,91        12:09  0,9        12:11  0,72        12:12  0,73        12:12  0,73        12:13  1,42        12:14  1,07        12:15  0,82        12:16  0,92        12:17  1,2        12:18  1,02        12:19  0,66        12:20  1,15        12:21  1,39        12:22  1,67        12:23  1,94        12:24  1,95        12:25  1,62        12:26  1,26        12:27  0,91        12:28  0,2        12:29  0,77        12:30  0,79        12:31  0,91        12:32  0,35        12:33  0,57        12:34  1,34        12:35  1,67        12:36  1,96  Olivais 

 12:37  1,83  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 12:38  1,65  12:39  1,67  12:40  1,15    

0,28  0,24 

 12:41  0,5     12:42  0,41 

0,17  12:43  0,42  12:44  0  12:45  0  12:46  0  12:47  0     12:48  0     12:49  0,05 

0,23  0,39  Standard deviation (ppm) 12:50  0,06 

12:51  0        12:52  0,01        12:53  0        Table 3.2 ‐ End 

 

 

 

Page 35: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

35 / 49  

 Beginning of the Table 3.3 Time  CO(ppm)  (2012‐12‐03) 14:24  0,3 

       14:25  0,63        14:26  0,93        14:27  1,08        14:28  1,13        14:51  0  Entrecampos 

 14:52  0  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 14:53  0  14:54  0  14:55  0    

0,76  14:56  0     14:57  0 

0  14:58  0  14:59  0  15:00  0 

0,69  15:01  0  15:02  0     15:03  0     15:04  0 

0  0  Standard deviation (ppm) 15:05  0 

15:06  0        15:07  0        15:07  0        15:08  0        15:09  0        15:09  0        15:10  0        15:11  0        15:12  0        15:13  0        15:14  0        15:15  0        15:15  0        15:16  0        15:17  0        15:18  0        15:19  0        15:20  0        15:21  0        15:22  0        15:23  0        15:24  0        15:24  0        15:25  0        15:26  0        15:27  0        15:28  0        15:29  0        15:30  0        15:30  0        15:31  0        15:33  0        15:34  0        15:35  0        15:36  0        15:37  0        15:38  0        15:39  0        15:40  0        15:41  0        15:42 

   

0           

15:43  0,08  AV. Liberdade  15:44  0  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 15:45  0  15:46  0  15:47  0,08    

0,04  0,61 

 15:48  0,1     15:49  0,1 

0,03 

 15:50  0  15:51  0,02  15:52  0  15:52  0  15:53  0,04  15:54  0     15:55  0,04     15:56  0,22 

0,04  0,04  Standard deviation (ppm) 15:57  0,31 

15:58  0,34        15:59  0,12        16:00  0,12        16:01  0,91        16:01  0,91        16:02  1,17        16:03  1,24        16:04  1,2        16:05  1,33        16:06  1,13        16:07  0,88        16:07  0,88        16:08  0,38        16:09  0,17        16:10  0,62        16:11  0,02        16:12  0        16:13  0        16:13  0        16:14  0        16:15  0        16:16  0        16:17  0        16:18  0        16:19  0        16:19  0        16:20  0        16:21  0        16:21  0        16:22  0        16:23  0        16:25  0        16:26  0        16:27  0        16:28  0        16:28  0        16:29  0        16:30  0 

          

         

Page 36: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

36 / 49  

16:31  0  AV. Liberdade  16:32  0  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 16:33  0  16:34  0,12  16:35  0    

0,06  0,34 

 16:36  0,15     16:37  0,26 

0,09  16:38  0,1  16:39  0  16:40  0  16:41  0     16:41  0     16:42  0 

0,12  0,10  Standard deviation (ppm) 16:43  0 

16:44  0        16:45  0        16:46  0,13        16:47  0        16:48  0        16:49  0        16:50  0        16:51  0        16:52  0        16:53  0,14        16:54  0        16:54  0        16:55  0        16:56  0,03        16:57  0,04        16:58  0,17        16:59  0,36        17:00  0,48        17:01  0,34        17:02  0,34        17:03  0,48        17:04  0,32        Table 3.3 ‐ End 

 

 

 

   

Page 37: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

37 / 49  

Beginning of the Table 3.4 Time  CO(ppm)  (2012‐12‐11) 15:08  4,48 

       15:09  4,53        15:10  4,53        15:11  4,39        15:12  4,17        15:13  3,84        15:14  3,6        15:15  3,39        15:16  3,96        15:17  3,93        15:18  3,57        15:19  3,19        15:20  2,76        15:21  1,86        15:22  0,55        15:23  0        15:24  0        15:26  0        15:27  0        15:28  0        15:29  0        15:30  0  Entrecampos 

 15:31  0  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 15:32  0  15:33  0  15:34  0    

0  0,52 

 15:35  0     15:36  0 

0  15:37  0  15:38  0  15:39  0  15:40  0  15:41  0     15:42  0     15:43  0 

0  0  Standard deviation (ppm) 15:44  0 

15:45  0        15:46  0        15:47  0        15:48  0        15:49  0        15:50  0        15:51  0        15:52  0        15:53  0        15:54  0        15:55  0        15:56  0        15:57  0        15:58  0        15:59  0        16:00  0        16:01  0        16:02  0        16:03  0        16:04  0        16:05  0        16:06  0        16:07  0        16:08  0        16:09  0        16:10  0        16:11  0        16:12  0        

16:13  0,05        16:14  0        16:15  0        16:16  0,05        16:18  0  Av. Liberdade 

 16:19  0,07  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 16:20  0  16:21  0  16:22  0    

0  0,51 

 16:23  0     16:24  0 

0  16:25  0  16:26  0  16:27  0  16:28  0     16:29  0     16:30  0 

0  0  Standard deviation (ppm) 16:31  0 

16:32  0        16:33  0        16:34  0        16:35  0        16:36  0        16:37  0        16:38  0,1        16:39  0,33        16:40  0,26        16:41  0,49        16:42  1,01        16:43  0        16:44  0        16:45  0,1        16:46  0,17        16:47  0,29        16:48  0        16:49  0        16:50  0        16:51  0        16:52  0        16:53  0        16:54  0        16:55  0,05        16:56  0,31        16:57  0,48        16:58  0,21        16:59  0,08        17:00  0,1        17:01  0        17:02  0        17:03  0        17:04  0,04        17:05  0,23        17:06  0,97        17:07  0,16        17:08  0,27        17:10  0,39        17:11  0,58        17:12  0,56        17:13  0,63        17:14  0        17:15  0        17:16  0,04        17:17  0,04        Table 3.4 ‐ End 

   

Page 38: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

38 / 49  

Beginning of the Table 3.5 Time  CO(ppm)  (2012‐12‐18) 13:13  0 

       13:14  0        13:15  0        13:16  0        13:17  0        13:18  0        13:19  0        13:20  0  Entrecampos 

 13:21  0  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 13:22  0  13:23  0  13:24  0    

0  0,37 

 13:25  0     13:26  0 

0   13:27  0  13:28  0  13:29  0     13:30  0     13:31  0 

0  0  Standard deviation (ppm) 13:32  0 

13:33  0        13:34  0        13:35  0        13:36  0        13:37  0        13:39  0        13:40  0        13:41  0        13:42  0        13:43  0        13:44  0        13:45  0        13:46  0        13:47  0        13:48  0        13:49  0        13:50  0        13:51  0,71        13:52  0,56        13:53  0,26        13:54  0        13:55  0,19        13:56  0,36        13:57  0,01        13:58  0        13:59  0        14:00  0        14:01  0        14:02  0  Av. Liberdade 

 14:03  0,48  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 14:04  0,91  14:05  0,91  14:06  0,34    

0,33  0,19 

 14:07  0,42     14:08  0,71 

0,41   14:09  0,29  14:10  0,24  14:11  0,2     14:12  0,09     14:13  0,1 

0,26  0,20  Standard deviation (ppm) 14:14  0,18 

14:15  0,03        14:16  0        

14:17  0        14:18  0        14:19  0        14:20  0        14:21  0        14:22  0,19        14:23  0,37        14:24  0,35        14:25  0,7        14:26  0,59        14:27  0,41        14:28  0,12        14:29  0,43        14:31  0,2        14:32  0        14:33  0,35        14:34  0,39        14:35  0,26        14:36  0,14        14:37  0,27        14:38  0,96        14:39  0,3        14:40  0        14:41  0        14:42  0        14:43  0,41        14:44  1,01        14:45  0,51        14:46  0,28        14:47  0,12        14:48  0        14:49  0        14:50  0        14:51  0        14:52  0  Olivais 

 14:53  0  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 14:54  0  14:55  0,14  14:56  0,5    

0,36  0,21 

 14:57  0,85     14:58  0,12 

0,30 

 14:59  0,16  15:00  0,18  15:01  0,1  15:02  0,09  15:03  0,38  15:04  0,53  15:05  0,57  15:06  0,55  15:07  0,48  15:08  0,26  15:09  0,23     

0,19  0,23  Standard deviation (ppm)    

Table 3.5 ‐ End  

   

Page 39: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

39 / 49  

Beginning of the Table 3.6 Time  CO(ppm)  (2012‐12‐19) 12:29  2,1 

       12:30  2,15        12:31  2,16        12:32  2,13        12:33  2,13        12:34  2,14        12:35  2,1        12:36  2,03        12:37  1,91        12:38  1,78        12:39  0        12:40  0        12:41  0        12:42  0  Entrecampos 

 12:43  0  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 12:44  0  12:45  0  12:46  0    

0  0,41 

 12:47  0     12:48  0 

0  12:49  0  12:50  0  12:51  0  12:52  0     12:53  0     12:54  0 

0  0  Standard deviation (ppm) 12:55  0 

12:56  0        12:57  0        12:58  0        12:59  0        13:00  0        13:01  0        13:02  0        13:03  0        13:04  0,3        13:05  0        13:06  0        13:07  0        13:08  0        13:09  0        13:10  0        13:11  0,48        13:12  0,12        13:13  0        13:14  0        13:15  0,48        13:17  0,04        13:18  0        13:19  0        13:19  0        13:20  0        13:21  0        13:22  0,42        13:23  0,14        13:24  0,16        13:25  0,3        13:25  0,3        13:26  0,1        13:27  0,03        13:28  0,4 

          

13:29  0,95  AV Liberdade  13:30  0,77  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station CO (ppm) 

 13:31  0,36  13:31  0,36  13:32  0,39    

0,18  0,37 

 13:33  0,31     13:34  0,29 

0,19   13:35  0,14  13:36  0,15  13:37  0     13:38  0,01     13:39  0,03 

0,08  0,15  Standard deviation (ppm) 13:40  0,29 

13:41  0,42        13:42  0,17        13:43  0,03        13:44  0        13:45  0,2        13:46  0,09        13:47  0,1        13:48  0,07        13:49  0,27        13:50  0,2        13:50  0,2        13:51  0,53        13:52  0,89        13:53  0,6        13:54  0,25        13:55  0        13:56  0        13:56  0        13:57  0        13:58  0        13:59  0        14:00  0,12        14:01  0,68        14:02  0,51        14:02  0,51        14:03  0,33        14:04  0,41        14:05  0,09        14:06  0        14:07  0        14:09  0        14:10  0,58        14:11  0        14:12  0        14:13  0        14:14  0        14:15  0,43        14:16  0,1        14:17  0,07        14:18  0,3        14:19  0,26        14:20  0,32        14:21  0,78        14:22  0,73        14:23  0,74        14:24  0,89        14:25  0,58        14:26  1,42        14:27  0,74        14:28  0,57        Table 3.6 ‐ End 

   

Page 40: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

40 / 49  

Beginning of the Table 3.7 Time  NO2(ppm)  (2012‐05‐15) 18:09  0,125 

       18:10  0,139        18:11  0,128        18:12  0,13        18:13  0,15        18:14  0,125        18:15  0,131        18:16  0,126        18:17  0,126        18:18  0,139        18:19  0,132        18:20  0,131        18:21  0,15        18:22  0,166        18:23  0,256  Entrecampos 

 18:24  0,183  Average [Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station NO2 (ppm) 

 18:25  0,261  18:26  0,238  18:27  0,219    

0,147  0,033 

 18:28  0,206     18:29  0,18 

0,141 

 18:29  0,18  18:30  0,123  18:31  0,126  18:32  0,127  18:33  0,144  18:34  0,141  18:35  0,144  18:36  0,143  18:37  0,144  18:38  0,137  18:39  0,134  18:40  0,149  18:41  0,141  18:42  0,146  18:43  0,144  18:44  0,13  18:46  0,134  18:47  0,138  18:48  0,145  18:49  0,134  18:50  0,135  18:51  0,134  18:52  0,127  18:53  0,166     18:54  0,153     18:55  0,189 

0,014  0,023  Standard deviation (ppm) 18:56  0,166 

18:57  0,182        18:58  0,185        18:59  0,179        19:00  0,177        19:01  0,179        19:02  0,131        19:03  0,151        19:04  0,188        19:05  0,175        19:06  0,151        19:07  0,154 

           

19:08  0,163  Benfica  19:09  0,235  Average 

[Green] (ppm) 

Average [Total] (ppm) 

Station NO2 (ppm) 

 19:10  0,215  19:11  0,167  19:12  0,145    

0,142  0,044 

 19:13  0,154     19:14  0,173 

0,140 

 19:15  0,135  19:16  0,141  19:17  0,137  19:18  0,136  19:19  0,146  19:20  0,137  19:21  0,138  19:22  0,157  19:23  0,135  19:24  0,128  19:25  0,134  19:26  0,134  19:27  0,129  19:28  0,135  19:29  0,142  19:30  0,127  19:31  0,137  19:32  0,15  19:33  0,181     19:34  0,142     19:35  0,15 

0,011  0,013  Standard deviation (ppm) 19:36  0,156 

19:38  0,154        19:39  0,143        19:40  0,15        19:41  0,149        19:42  0,144        19:43  0,15        19:44  0,162        19:45  0,151        19:46  0,149        19:47  0,192        19:48  0,25        19:49  0,181        19:50  0,215        19:51  0,181        19:52  0,166        19:53  0,168        19:54  0,188        19:55  0,187        19:56  0,154        19:57  0,193        19:58  0,194        19:59  0,186        20:00  0,221        20:01  0,163        20:02  0,167        20:03  0,17        20:04  0,176        20:05  0,168        20:06  0,171        20:07  0,167        20:08  0,189        20:09  0,169        20:10  0,188        Table 3.7 ‐ End 

 

Page 41: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

41 / 49  

3.4. Results of the field trials for the sensors acquired in 2013 As had been previously explained  in chapter 2.3, the sensors were placed near Entrecampos station in the same place without any king of movement and repeated later on, but this time with the M4/CO_4 and M5/NO2_4 inside the water and dust enclosure in which the results for both scenarios were as follows: 

 Graph 3.17 ‐ Measurements of CO near Entrecampos Station over one hour (2013‐07‐19) 

 

 Graph 3.18 ‐ Measurements of CO near Entrecampos Station over one hour (2013‐08‐23) 

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

17:52 18:00 18:07 18:14 18:21 18:28 18:36 18:43 18:50 18:57

ppm 

Measurements of CO near Entrecampos Station (M4/CO_4 without water and dust proof enclosure) 

M2/CO_2(ppm) M4/CO_4(ppm) Média M2 CO 2(ppm)

Média M4 CO 4(ppm) CO Entrecampos (ppm)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

16:55 17:02 17:09 17:16 17:24 17:31 17:38 17:45 17:52 18:00

ppm 

Measurements of CO near Entrecampos Station (M4/CO_4 inside the water and dust proof enclosure) 

M2/CO_3(ppm) M4/CO_4(ppm) with enclosureAverage: M2/CO_3(ppm) Average: M4/CO_4(ppm) with enclosureCO Entrecampos (PPM)

Page 42: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

42 / 49  

 

 Graph 3.19 ‐ Measurements of NO2 near Entrecampos Station over one hour (2013‐07‐19) 

 

 Graph 3.20 ‐ Measurements of NO2 near Entrecampos Station over one hour (2013‐08‐23) 

 

3.5. The data obtained from the public and private organizations To obtain  the  taxis  emissions was  necessary  to  extrapolate  based  on  the  experience  of  the entities that provided the data, this is because the technical data of each taxi were incomplete, and many taxis did not exhibited the values of their emissions in their “Single Car Document”, 

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

17:52 18:00 18:07 18:14 18:21 18:28 18:36 18:43 18:50 18:57

ppm 

Measurements of NO2 near Entrecampos Station (M5/NO2_4 without water and dust proof enclosure) 

Média M3 NO2 2(ppm) Média M5 NO2 4(ppm) NO2 Entrecampos (PPM)

M3 NO2 2(ppm) M5 NO2 4(ppm)

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

16:48 17:02 17:16 17:31 17:45 18:00 18:14

ppm 

Measurements of NO2 near Entrecampos Station (M5/NO_4 inside the water and dust proof enclosure) 

M3/NO2_2(ppm) M5/NO2_4(ppm) with enclosure

Average: M3/NO2_2(ppm) Average: M5/NO2_4(ppm) with enclosure

NO2 Entrecampos (PPM)

Page 43: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

43 / 49  

and as  it can been seen  in Table 3.8  from the total of 3439 taxis, only 24,6% had CO values, 28,8% had particles values and 42,8% had CO2 values. In Table 3.8 this values are shown as the “validated counts”.  From these values  it was obtained  the averages  for each one and  it was also obtained the maximum value for each as well. So, on the assumption that the maximum values obtained were the highest possible values  that a  taxi  could have,  it was extrapolated two values, a lowest and highest. The lowest was calculated assuming that the “not validated” data also followed the average. The highest was calculated assuming that the “not validated” data were all equal to maximum value. 

The majority of the “not validated” data were composed by oldest cars, and that’s why their averages were taken as a maximum in the extrapolation of the highest value. 

Finally, based on information from Antral (10),  it was assumed that the average for each taxi were 310km/day, which allow it to take conclusions:  Total count (Taxicab): 3439

Validated counts CO (g/km ou

g/kWh)

Particles - diesel engine (g/km or

g/kWh) CO2 (g/km)

Count (numeric) 845 989 1472 Count (% of total) 24,6% 28,8% 42,8% Count (Not Validated) 75,4% 71,2% 57,2% Diesel Engine count (numeric) 3408

Diesel Engine count (% of total) 99,1%

Statistical values from the validated counts

CO (g/km ou g/kWh)

Particles - diesel engine (g/km or

g/kWh) CO2 (g/km)

Average 0,178 0,015 159,7

Standard deviation 0,142 0,029 27,0

Maximum reported 0,844 0,757 248,0

Extrapolations for all taxicabs (daily)

1 taxicab

CO (kg/day) Particles - diesel engine (kg/day) CO2 (kg/day) Range

Average of km/day (source: ANTRAL)

based on the average to all 189,29 15,35 170269,49 Lowest

310

based on the average and maximum 725,20 572,12 224103,65 Highest

Extrapolations for all taxicabs (year)

Days in 1 Year

CO

(tons/year) Particles - diesel

engine (tons/year) CO2

(tons/year) Range

365

based on the average to all 69,09 5,60 62148,36 Lowest

based on the average and maximum 264,70 208,82 81797,83 Highest

Table 3.8 – Estimated range values for emissions of pollutants gases by the taxis in Lisbon   

Concerning  the  buses,  the  data  retrieved  from  Carris  (13)  “annual  sustainability  report”  is shown below in Table 3.9. 

NOx (tons/year) 

CO (tons/year) 

CO2 (tons/year) 

Particles (tons/year) 

Unburned hydrocarbon (tons/year) 

371,67  42,47  50378,87  6,17  14,52 Table 3.9 – Emissions of pollutants gases by Carris buses during the year 2011 

Page 44: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

44 / 49  

4. Discussion of the results and conclusions Before  starting  the  discussion  of  the  results,  it  would  be  better  to  realize  what  kind  of requirements would be expected to be obtained from the sensors in order to get this project moving. 

1) Consistency in measurements: It is expected that, for the same amount of gas, the sensor measures the same value. 

2) Measurements within the expected: For values that are expected to be obtain daily in the field (see Table 4.1), the sensor must be able to measure  it and at the same time have a maximum in its range that can withstand occasional high concentrations without thereby damaging the sensor. 

           AV. Da Liberdade Station 

Legal Limits 

 

  Annual Averages  Maximum Obtained During The Year 

 CO (ppm)  NO2 (ppm) 

 Year  CO (ppm)  NO2 (ppm)  CO (ppm)  NO2 (ppm) 

Levels  min  max  min  max  

2010  0,33  0,035  2,29  0,223 

Bad  8,11    0,213    

2009  0,37  0,034  3,41  0,341 

Weak  6,89  8,11  0,133  0,212 

 2008  0,39  0,034  4,42  0,241 

Average  5,68  6,89  0,074  0,132 

 2007  0,44  0,040  3,39  0,266 

Good  4,06  5,68  0,053  0,074 

 2006  0,46  0,037  4,13  0,413 

Excellent  0,00  4,05  0,000  0,053 

 2005  0,51  0,034  4,69  0,218 

           2004  0,51  0,034  4,20  0,251 

           2003  0,53  0,037  5,05  0,230 

           2002  0,60  0,033  6,09  0,185 

           2001  0,68  0,029  5,34  0,270 

Table 4.1 ‐ Values for the legal limits in Portugal (left); The maximums and annual averages obtained in one of the stations of Lisbon in the last 10 years (1) (right) 

3) Suitable  sensor  response:  The  time  response  of  the  sensor  must  be  such  that,  while moving through the streets of Lisbon, as to be able to measure the concentration of gas in a  specific  region  before  leaving  that  region.  In  other  words,  try  to  create  a  map  of measurements  with  more  resolution,  or,  at  least  try  to  ascertain  a  road  to  road measurement. And also, the sensor must be insensible to movement itself. 

Thus, the conclusions regarding the performance of the sensors will be a comparison between the obtained results and the requirements presented before. 

In  terms of consistency,  I can only present conclusions  regarding  the M1 with CO_1/NO2_1, this  is because  it was  impossible  to  schedule, until  the  time of  this  report,  the  same kind of tests  made  for  M1  with  CO_1/NO2_1  described  in  point  2  of  chapter  2.2.  So,  taking  into account  the Graph 3.3, Graph 3.4 and Graph 3.5,  it  is possible  to see that  the consistency  is confirmed  for CO_1 above 2ppm and  for NO2_1 above 0,5ppm. Below  these values  it  is not certain,  but  if  one  looks  at  all  the  graphs  in  chapter  3.1  with  measurements  below  those values, it seems like that the sensors exhibit more random results. 

This  inability  to  measure  below  2ppm  for  CO_1  and  0,5ppm  for  NO2_1  is  a  real  problem, because  if one  looks  to the Table 4.1, the annual averages are all below this values  for each one  of  them,  making  them  only  able  to  measure  the  expected  maximums  that  may  occur during a day. 

Page 45: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

45 / 49  

Therefor the requirement that refer to the ability to obtain measurements within the expected is compromised. And the same happens to the new CO and NO2 sensors as it can be seen in all the results. 

Looking at the Graph 3.9 and Graph 3.10, one can see that the shape of the graph is identical, so the sensors respond  in the exact same way, but with a delay relative  to one another and also with a difference in amplitude. Although, the delay could be explained by whether or not the  sensor  is  close  to  the entrance of  the  gas  in  the box,  the amplitude, on  the other hand can´t be explained by this. In fact, if one looks at the Graph 3.19 and Graph 3.20 it is possible to see that the sensor with the biggest amplitude (M5/NO2_4) maintains this result in the field trials (Graph 3.19 and Graph 3.20), therefor it is a characteristic of the sensor on its own, and nothing to do with the position occupied inside the box. 

This difficulty of the sensors CO_1 and NO2_1 to measure the lower values can be seen in all the results presented in chapter 3.3. And, as expected, all the days represented in the results had  values  within  the  annual  averages.  Accordingly  to  what  was  been  observed  in  the laboratory it was been reflected in the field trials as well. Looking at the results it look like that the CO presents us with some random results for time to time. The factor “random values” can easily be seen in the values obtained for the standard deviations in the CO sensors. The new CO sensors failed to correct this problem of “random values” as it can be seen in Graph 3.17 and Graph 3.18. Although the NO2 sensors appears to be more consistent, the truth is that the results on the field shows that for the same value the NO2 sensors measure different things as it can be seen in Graph 3.19 and Graph 3.20, showing once more that the values obtain below 0.5 ppm re not to trust. 

The  “random  values”  can  be  a  problem  even  for  values  above  these  critical  lines,  because when  disturbed,  the  sensor  exhibit  spikes  in  their measurements which  exceeds  sometimes their critical  lines, thus making impossible to distinguish what is a real measurement from an instability spike. This can be seen in both type of sensor (CO and NO2, old and new). 

These  instability  spikes, which were  first  seen  in  Graph  3.2,  generated  some  doubts, which were made available to Aeroqual (3), but until this date have not been answered. An attempt was made  to  replicate  these  peaks  by  applying motion  to  the  sensors,  as  it  can  be  seen  in Graph 3.4 and Graph 3.5, and it was possible to replicate some of that instability, although on smaller scale. It was also proposed by Aeroqual (3) a repetition of the motion test for the CO, but this time using the procedure explain in point 4 of the chapter 2.2, but the result remained the same, with a slight improvement as it can be seen in Graph 3.8. 

One  possible  explanation  for  these  spikes,  may  have  to  do  with  the  increase  of  air  flow normally associated with movements, that’s why the slight improvement with the box (less air flow inside the box when movement were applied to the box). 

This air flow could explain the not so good results for the new sensors in the bag (Graph 3.11 up  to  Graph  3.14  ).  This  is  because,  at  the  time  of  the  tests,  in  order  to  accelerate  all  the process (due to a time limit), the bag was periodically deflated to thereby renew faster the gas inside  the bag. A good example of  this  can be  seen  in Graph 3.14,  the  results  shown at  the right  were  obtain  with  no  deflation  action,  but  I  can’t  get  an  explanation  for  the  different results obtained for the same concentration of gas injected. 

The enclosure acquired from Aeroqual (3), shown in Figure 2.4, did not mitigate the dynamic effect that the air flow could produce in our sensors, and this can be seen when comparing the Graph 3.17 with Graph 3.18, and Graph 3.19 with Graph 3.20. 

The last requirement (time response) was tested by comparing our sensors with other sensors, and as it can be seen in Graph 3.4, Graph 3.6 and Graph 3.7, the time response is identical to the  other  sensors.  Both  sensors  (CO_1  and  NO2_1)  had  the  same  response  as  the  other 

Page 46: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

46 / 49  

sensors in Graph 3.4, Graph 3.7. On the other hand, the bad results shown in Graph 3.6 may be due to fact that the bag, where our sensor was, has undergone some deflation action. 

The attempt to directly  inject gas  into our sensors (Figure 2.7), did not present the expected results, that would be a faster detection of the gas, instead, the results suggest disturbances in the measurements and the inability of the internal fan of the sensor to pull the gas in (Graph 3.15 and Graph 3.16). 

One of the things that should be refer, before ending this chapter, is the sensors warm up, that may be another problem, this  is because when the sensors are turn on after a power break, they must be warmed up to burn any contaminants. When this appends the sensors take up to 10 min to become fully operational. 

5. Unfinished tasks Due to the  fact that the  funds ended  in August 2013, some tasks were not  finish.  In  fact we were stuck inside the first task, which was the development and integration of a set of sensors. As it had been shown in the previous chapter, the first 3 sensors acquired, presented us with some serious problems during the  laboratory tests, that were confirm in the filed trails. New tests were required to try to understand these problems, since they were not  in accordance with the characteristics submitted by the manufacturer upon purchase of the product (Table 2.1).  

New and upgraded sensors should fix these problems but we encounter some new problems in all the process of upgrading, the company had some bugs in there firmware/software that took its time to resolve and when we receive the new and upgraded sensors, we were already very close to August 2013. 

The new sensors came with a new protocol, that until the end of August 2013, it was not given to us. 

This  and  other  processes  took  us  a  lot  of  time,  and  force  us  to  cancel  tasks,  but  to  better understand all this; a table was created (Table 5.1): 

2012 

April  May  June  July  August  September 

Theory  Lab tests    Lab tests 

Vacatio

ns 

 

  Field Trials    Aeroqual    Aeroqual 

  Code    Code  Com 

  Networking    Networking 

2012  2013 

October  November  December  January  February  March 

Com  Field Trials   

vacatio

ns          Rep    Networking 

  Aeroqual          Aeroqual              Com     

Code  Code    Aeroqual 

2013 

April  May  June  July  August   

Networking                  Lab tests    Field trials 

Rep   Aeroqual      Aeroqual 

    Com      Com          Com 

Table 5.1 – Timeline chart 

Page 47: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

47 / 49  

Label Theory  Become familiar with the material and the project; read datasheets and user manuals; other readings 

Lab tests  Creating protocols; schedules; get material; previous tests; lab tests; data processing, networking 

Field trials  Testing routes; Testing material; CO and NO2 trials; data processing 

Code  Learn  Matlab;  create  a  script  to  create  kml  files  (google  earth)  from  the  data  obtain  in  the  field;  data processing 

Networking  Search  for  public  and  private  organizations,  Establish  contacts,  Meetings,  prepare  presentations,  data processing 

Aeroqual  Bureaucracy; Aeroqual troubleshooting ; Aeroqual materials. 

Com  Learn;  Communication  protocol  between  Aeroqual  sensors  and  GSM/GPS  module;  Learn  Linux;  Linux problems; special organization; Planning the prototype container 

Rep  Official Reports 

 

So, the tasks that were initiated but not finished were: 

1) Comunication  protocol  between  Aeroqual  (3)  sensors  and  GSM/GPS  module  from “Round  Solutions”  (4): Using  Eclipse  a  small  program was  created  in  C  to  communicate with Aeroqual S505 monitor. This program was able to communicate with S505, however with  the  upgrade  of  the  new  sensors,  the  communication  protocol  changed,  and  until August 2013 Aeroqual had not yet manage to give us the new protocol. 

2) The creation of a protective case: This protective case should contain both CO and NO2 sensors, GSM/GPS module and Wi‐fi, and provide a protection from the weather but allow at the same time gas exchanges with the exterior. An  initial sketch was made with some solutions (), but it was put on hold, because of the not so good results with the sensors and the uncertainty that surrounds the communications and the protocol, but also because the protective case needs to evolve to an isolated box with some fans in other to mimic the lab results obtained inside the sealed box, were the most stable results were obtained. 

 Figure 5.1 – Prototype for a portable station. The green top has to be made of plastic to not interfere with 

communications. The Com devices are attached to the top as a solution to Com interferences. 

Page 48: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

48 / 49  

6. Possible interested party and his expectations From the meetings with the City Hall, they ended up interested in the project. At the time, the City  Hall  was  taking  measures  to  restrict  the  movement  of  cars  in  some  roads  in  Lisbon because of high rates of pollution. And they saw  in this project  the possibility to have a  tool that would allow them to measure street to street at a daily basis, and with that make better decisions of with streets to maintain or restrict traffic. And what they expect to get from the portable stations as a final product is: 

1) The results obtain from our sensor should be in line with the ones get from the air quality stations in Lisbon or better (more resolution). 

2) A good time response, in order to get values of a street and not from a group of streets. 

3) A database easy to access and the ability to show those values on the map. 

4) Competitive price and low maintenance. 

 

 

 

Page 49: 0123)4567&81 9:;?1@9AB@C1 1users.isr.ist.utl.pt/~jpg/proj/urbisnet/pubs/techrep/... · 2013-11-24 · 5 / 49 2.1. Description of the acquired sensors and their components

49 / 49  

7. References 1. QualAr. [Online] 09 de 2013. http://www.qualar.org/. 

2. ISQ. [Online] 09 2013. http://www.isq.pt/homepage.aspx. 

3. Aeroqual. [Online] 09 de 2013. http://www.aeroqual.com/. 

4. Round Solutions. [Online] 09 de 2013. http://www.roundsolutions.com/. 

5. Gray Wolf. [Online] 09 de 2013. http://www.wolfsense.com/. 

6. GasAlert Microclip. [Online] 09 de 2013. http://www.gasalertmicroclipxt.com/. 

7. Horiba. [Online] 09 de 2013. http://www.horiba.com/. 

8. Garmin. [Online] 09 de 2013. http://www.garmin.com/. 

9. Oliveira, Rafael. [Online] 06 de 2013. http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/34694‐kml‐toolbox‐v2‐7. 

10. Antral. [Online] 09 de 2013. http://www.antral.pt/. 

11. CML. [Online] 09 de 2013. http://www.cm‐lisboa.pt/. 

12. IMTT. [Online] 09 de 2013. http://www.imtt.pt/. 

13. Carris. [Online] 09 de 2013. http://www.carris.pt/.