SMOG Project

The SMOG project has as its main objective the development of a comprehensive service for monitoring pollutant and greenhouse gases generated by human activity, with the aim of providing accurate and timely information to public administrations, legislators, and certification companies. This service seeks to ensure that emissions remain within acceptable limits for public health and the quality of urban and natural environments, as well as to minimize the effects of climate change. Nitrogen dioxide (NO₂) is established as the main indicator, with its monitoring and dispersion in urban and industrial areas being used as a relevant case study for the development and verification of the technological functionalities of the service.

To achieve an increase in spatial sampling, the project is based on the development of mobile devices equipped with low-cost sensors, preferably electrochemical for gases and optical particle counters (OPC) for PM, which can be integrated into vehicles. A critical aspect is the calibration and validation of these mobile sensors. This will be carried out using a mass spectrometry system at the CTTC-UPC laboratory, complemented by data from high-precision fixed stations (such as the Terrassa station), thus ensuring the reliability of the readings. These precise measurements are essential for the subsequent validation of gas dispersion models.

Another technological pillar is the development of dispersion models. The feasibility of including satellite images, such as those obtained from missions like Sentinel-5P (TROPOMI) and future micro-satellite constellations (Open Constellation), is being investigated to obtain pollution data. In parallel, gas dispersion models are being developed based on computational fluid dynamics and mass transfer (CFD/HT) techniques, using high-performance computing (HPC) and the CTTC’s TermoFluids library, to simulate contaminant diffusion with high precision. These advanced models will be used to calibrate artificial intelligence (AI)-based prediction models from Lobelia, which aim to provide high-resolution, low-latency urban air quality mapping.

Finally, the project foresees the development of a Data Management and Interoperability System to integrate and manage heterogeneous data (satellite images, fixed and mobile sensors), with the goal of facilitating access to information and generating high value-added services. The success of the project, measured by indicators such as a reduction in uncertainty in gas prediction (NO₂ RMSE from 13 to 9 µg/m³) and an improvement in satellite temporal resolution (from 1 day to 3 hours), will enable the creation of new business models, better adaptation to and mitigation of climate change, and the generation of jobs and new investments.

El projecte SMOG té com a objectiu principal desenvolupar un servei integral per a la monitorització de gasos contaminants i d’efecte hivernacle generats per l'activitat humana, amb la finalitat de proporcionar informació precisa i a temps a les administracions públiques, legisladors i empreses certificadores. Aquest servei busca assegurar que les emissions es mantinguin dins els límits acceptables per la salut pública i la qualitat dels entorns urbans i naturals, així com minimitzar els efectes del canvi climàtic. El diòxid de nitrogen (NO2) s’estableix com l'indicador principal, utilitzant-se la seva monitorització i dispersió en zones urbanes i industrials com a cas d’ús rellevant per al desenvolupament i la verificació de les funcionalitats tecnològiques del servei.

Per aconseguir un increment del mostreig espacial, el projecte es basa en el desenvolupament de dispositius mòbils equipats amb sensors de baix cost, preferentment electroquímics per a gasos i basats en comptadors de partícules òptiques (OPC) per a PM, que es puguin integrar en vehicles. Un aspecte crític és el calibratge i validació d’aquests sensors mòbils. Aquesta es durà a terme mitjançant un sistema d'espectrometria de masses al laboratori del CTTC-UPC, complementada amb dades d’estacions fixes d’alta precisió (com l’estació de Terrassa), garantint així la fiabilitat de les lectures. Aquestes mesures precises són essencials per a la validació posterior dels models de dispersió de gasos.

Un altre pilar tecnològic és el desenvolupament de models de dispersió. S'investiga la viabilitat d’incloure imatges de satèl·lit, com les obtingudes de missions com Sentinel-5p (TROPOMI) i futures constel·lacions de satèl·lits (Open Constellation), per a obtenir dades de contaminació. En paral·lel, es desenvolupen models de dispersió de gasos basats en tècniques de dinàmica de fluids computacional i transferència de massa (CFD/HT), utilitzant computació d’alta potència (HPC) i la llibreria TermoFluids del CTTC, per a simular amb alta precisió la difusió de contaminants. Aquests models avançats s’utilitzaran per al calibratge dels models de predicció basats en intel·ligència artificial (IA) de Lobelia, que busquen oferir una cartografia de qualitat de l’aire urbana amb alta resolució i baixa latència.

Finalment, el projecte preveu el desenvolupament d'un Sistema de gestió i interoperabilitat de dades per a integrar i gestionar dades heterogènies (imatges per satèl·lit, sensors fixes i mòbils), amb l'objectiu de facilitar l'accés a la informació i generar serveis d’alt valor afegit. L’èxit del projecte, mesurat per indicadors com una reducció de la incertesa en la predicció de gasos (RMSE de 13 a 9 µg/m3 de NO2) i una millora en la resolució temporal dels satèl·lits (d’1 dia a 3 hores), permetrà la generació de nous models de negoci, una millor adaptació i mitigació del canvi climàtic, i la generació de llocs de treball i noves inversions.