Kurzdarstellung des Projektkonsortiums, der Rollenverteilung und der Kompetenzen der Projektpartner
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IFF (Institut für Flugführung, TU Braunschweig)
Das Institut für Flugführung der TU Braunschweig hat langjährige Expertise bei der Entwicklung, dem Aufbau und dem Betrieb von Drohnen, sowie bei der Miniaturisierung von meteorologischer Sensorik für Drohnen und der Datenerfassung. Das IFF ist vertraut mit der Durchführung von meteorologischen Messkampagnen mit bemannten und unbemannten Flugsystemen für verschiedene Forschungsfelder und Fragestellungen, sowie der wissenschaftlichen Auswertung von meteorologischen Messungen. Das IFF koordiniert das Projekt MesSBAR und ist verantwortlich für die Schnittstelle zwischen Messgeräten und Flugsystem, den Betrieb der Systeme bei Messkampagnen, sowie das Datenmanagement (Aufzeichnung, Konvertierung, Qualitätskontrolle, Übermittlung in Datenbanken).
BASt (Bundesanstalt für Straßenwesen)
Die Bundesanstalt für Straßenwesen als Forschungseinrichtung des BMVI im Bereich Straßenverkehr beschäftigt sich u. a. mit der Messung von Luftschadstoffen an Verkehrswegen, um geeignete Maßnahmen entwickeln und/oder untersuchen zu können, durch die Schadstoffkonzentrationen an hoch belasteten Standorten reduziert werden können. Hierfür werden derzeit an zwei Messstandorten stationäre Container zur Erhebung von Luftschadstoffdaten betrieben. Neben diesen festen Standorten werden deutschlandweit immer wieder mehrjährige Messungen zu speziellen Fragestellungen an Verkehrswegen durchgeführt. Darüber hinaus verfügt die BASt über große Erfahrung mit Geräten zur Aufnahme von verkehrlichen Parametern. In dem geplanten Vorhaben werden insbesondere Test- und Vergleichsmessungen durchgeführt, anhand derer die für den Einsatz auf dem Multicopter ausgesuchte Sensorik den kontinuierlich messenden Geräten eines stationären Containers gegenübergestellt werden. Darüber hinaus werden die Intensivmesskampagnen geplant, organisiert und durchgeführt sowie unterstützende Arbeiten bei Auswahl und Optimierung der Sensorik und Testen der entwickelten Bodenstation und Kalibrierprozeduren geleistet. Die Auswertung der Messdaten und Bewertung der Messergebnisse wird mit allen Projektpartnern gemeinsam erfolgen.
FZJ (Forschungszentrum Jülich GmbH)
Das Institut für Energie- und Klimaforschung, IEK-8: Troposphäre des Forschungszentrum Jülich GmbH untersucht die physikalischen und chemischen Prozesse der Troposphäre, welche die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre wesentlich beeinflussen. Dazu gehören (1) die Freisetzung (Emission) von Spurenstoffen aus Bodenquellen, Verkehr und Industrie, (2) die chemische Umwandlung von Spurenstoffen in der Atmosphäre und (3) die Verteilung von Schadstoffen durch Transport. Die Abteilung ‚Reaktive Spurenstoffe‘ hat langjährige Erfahrungen in der Messung von Stickoxiden (NOx) und Ozon (O3) und hat die Expertise als WMO-Welkalibrierzentrum für NOx, sowie für Ozonsonden. Die Messverfahren wurden in vielen Feldmesskampagnen eingesetzt und die gewonnen Daten wissenschaftlich analysiert und publiziert. Zurzeit werden drohnenbasierte u.a. Messverfahren entwickelt, um den Einfluss von Hitzewellen auf die Schichtung der Atmosphäre und somit die Luftqualität zu untersuchen. Im Rahmen des Projekts sind durch das FZJ die Adaption und Verbesserung kommerziell verfügbarer Sensoren für NOx und O3 für den Einsatz auf einer Drohne geplant. Die Sensoren werden charakterisiert und mit geeigneten Standards sowie etablierten Geräten verglichen. Die Arbeitsgruppe "Inverse und regionale Modellierung" des IEK-8 hat dank personeller Verbindung mit dem Rheinischen Institut für Umweltforschung an der Universität zu Köln mehr als 25 Jahre Erfahrung bei der Entwicklung und Anwendung des Chemie-Transport-Modells EURAD-IM in zahlreichen internationalen Projekten und Initiativen. Im Rahmen des regionalen Teilprojektes des Copernicus atmosphärischen Monitoringservices (CAMS) stellt die Gruppe tägliche Vorhersagen und Analysen für die Atmosphärenchemie und Luftqualität auf europäischer Skala Entscheidungsträgern und der Öffentlichkeit zur Verfügung. Die Gruppe ist spezialisiert auf die chemische Datenassimilation bzgl. Anfangswert- und Emissionsfaktoroptimierung unter Verwendung unterschiedlichster Beobachtungsdaten. In dem geplanten Vorhaben werden daher die copterbasierten Messkampagnen durch luftchemische Vorhersagen zur Kampagnenplanung unterstützt, indem vorab der optimale Flugweg in Abhängigkeit des Drohnentyps und Messkonfiguration bestimmt wird. Im Anschluss zu den Messkampagnen sollen die beobachteten Szenarien unter folgenden Gesichtspunkten analysiert werden: Emissionsabschätzung besonders der lokalen Verursacher in Quellstärke und Schadstoffverteilung, sowie der quantifizierte Informationsgehalt der drohnenbasierten Messungen für die Verbesserung der Luftqualitätsvorhersage.
Leichtwerk AG ist ein Luftfahrt-Entwicklungsbetrieb mit eigenem Prototypenbau. Sie betreibt Entwicklung, Test und Zulassung von Flugzeugen sowie unbemannten Flugsystemen und Leichtbaukonstruktionen. Die neu gegründete Leichtwerk-Tochter Leichtwerk Research GmbH (LWX) ermöglicht die Erforschung und Verwertung neuer Technologien. Dazu gehört die Entwicklung hochautomatisierter, modularer Quadrocopter für den sicheren, flexiblen und einfachen Betrieb. LWX wird die Flugsysteme für die spezielle Mission auslegen und entwickeln. Die Anforderungen bezüglich der wissenschaftlichen Nutzlast, vor allem das Missionsprofil, sowie das Gewicht und die Abmaße der Sensoren machen einen optimierten Leichtbau und eine hocheffiziente Auslegung des Flugsystems notwendig. Da der Betrieb gleichzeitig an mehreren Orten durch geschultes Personal der Projektpartner erfolgen soll, ist ein weiterer Fokus im Projekt die Entwicklung eines entsprechend sicheren Betriebskonzeptes und einer aufgabenbasierten Bodenkontrollstation. Diese Bodenstation soll das Bedienpersonal durch Assistenzsysteme so unterstützen, dass Fehlbedienung vermieden und die Durchführung der Messflüge vereinfacht wird. Durch die regelmäßige Durchführung und Auswertung von Messkampagnen sollen sowohl das Betriebskonzept als auch die Bodenstation stetig weiterentwickelt und optimiert werden.
PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt)
Die PTB ist das nationale Metrologieinstitut Deutschlands und als solches für die Definition, die Realisierung und Weitergabe der Einheiten verantwortlich. Die PTB ist eine Ressortforschungseinrichtung des BMWi und führt Forschungsprojekte in den Bereichen Grundlagen der Metrologie, Metrologie für die Industrie und Metrologie für die Gesellschaft durch. Die metrologische Rückführung von Messergebnissen aus diesen Bereichen auf das SI-Einheitensystem und die damit einhergehende Messunsicherheitsbetrachtung sind Kernthemen der PTB. Am geplanten Vorhaben beteiligen sich zwei Arbeitsgruppen des PTB-Fachbereiches „Analystische Chemie in der Gasphase“ mit Expertisen im Bereich der Gasanalytik, bzw. der Partikeldiagnostik. Dabei konzentrieren sich die Arbeiten im Projekt vornehmlich auf die metrologische Rückführung von NO2- und Rußmessergebnissen und damit auf die metrologische Charakterisierung und Kopplung der entsprechenden Sensoren an die jeweiligen metrologischen Standards (Normale). Aufgebaut werden soll sowohl ein Labormesstand zur metrologischen Charakterisierung von NOx-Sensoren und deren Rückführung auf NO2-Standards als auch die Charakterisierung eines mobilen Transfer-Standards für Rußmessungen. Geplant sind die Bewertung der Projektmessergebnisse hinsichtlich deren metrologischer Rückführung und die Applikation des mobilen Ruß-Transferstandards als Referenz.
TROPOS (Leibniz-Institut für Troposphärenforschung)
Das Leibniz-Institut für Troposphärenforschung ist im Projekt für die Auswahl der Feinstaub- und Ruß-Sensoren, sowie die Gerätemodifizierung und Qualitätssicherung gegenüber Standards und etablierten Geräten zuständig. Das TROPOS wird sich ebenfalls mit seiner langjährigen Erfahrung in der Messung von Feinstaub in städtischen Gebieten bei der Auswertung der Messdaten einbringen Als WMO-Weltkalibrierzentrum für physikalische Aerosolmessungen erfüllt das TROPOS die idealen Voraussetzungen um sicherzustellen, dass die im Projekt gewonnenen Daten qualitätsgesichert der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Weiterhin hat das TROPOS langjährige Erfahrung in der Geräteentwicklung und –miniaturisierung sowie Anwendung von Partikelmesstechnik auf verschiedensten fliegenden Plattformen. Im Projekt wird sich das TROPOS daher neben Auswahl und Kalibrierung der Partikelsensoren auch an den Messungen und Auswertungen beteiligen. Die Messungen werden mit denen von Referenzgeräten verglichen. Die gewonnenen Daten werden öffentlich zur Verfügung gestellt aber auch wissenschaftlich ausgewertet und publiziert.
Das Umweltbundesamt, eine nachgeordnete Behörde des BMU, erstellt u. a. das nationale Inventar der Emissionen von Luftschadstoffen für die internationale Berichterstattung, berät das BMU zu Fragen der Luftreinhaltung, stellt die Messdaten von Luftschadstoffen aus den Bundesländern zur Berichterstattung an die europäische Kommission zusammen, betreibt ein nationales Referenzlabor für Messungen zur Beurteilung der Luftqualität und eine bundesweites Luft-Messnetz an Hintergrundstationen. Es ist zudem federführend für die Bekanntgabe bzw. Veröffentlichung von für gesetzliche Überwachungszwecke geeignete Messgeräte für die Emissionen und Immissionen von Luftschadstoffen zuständig. In dem Verbundprojekt stellt das UBA raum-zeitlich aufgelöste Emissionsdaten aus dem nationalen Emissionsinventar bereit. Die Ergebnisse des Vorhabens dienen dazu, die Algorithmen zur Erstellung dieser Verteilung aus den nationalen Summen zu verfeinern. Weiterhin stellt es seine Expertise aus dem eigenen Messnetz und dem nationalen Referenzlabor zur Verfügung und bindet die im Vorhaben gewonnenen Daten in die eigene Datenstruktur ein, die der Information der Öffentlichkeit dienen.