The use of low-cost sensors in conjunction with high-precision instrumentation for air pollution monitoring has shown promising results in recent years. One of the main challenges for these sensors has been the quality of their data, which is why the main efforts have focused on calibrating the sensors using machine learning techniques to improve the data quality. However, there is one aspect that has been overlooked, that is, these sensors are mounted on nodes that may have energy consumption restrictions if they are battery-powered. In this paper, we show the usual sensor data gathering process and we study the existing trade-offs between the sampling of such sensors, the quality of the sensor calibration, and the power consumption involved. To this end, we conduct experiments on prototype nodes measuring tropospheric ozone, nitrogen dioxide, and nitrogen monoxide at high frequency. The results show that the sensor sampling strategy directly affects the quality of the air pollution estimation and that each type of sensor may require different sampling strategies. In addition, duty cycles of 0.1 can be achieved when the sensors have response times in the order of two minutes, and duty cycles between 0.01 and 0.02 can be achieved when the sensor response times are negligible, calibrating with hourly reference values and maintaining a quality of calibrated data similar to when the node is connected to an uninterruptible power supply.


翻译:近年来,利用低成本传感器和高精度仪器来进行空气污染监测,取得了可喜的成果。这些传感器面临的主要挑战之一是数据质量,因此,主要工作的重点是利用机器学习技术校准传感器,以提高数据质量。然而,有一个被忽略的方面,即这些传感器安装在节点上,如果是电池驱动的,则可能具有能源消耗限制。在本文中,我们展示通常的传感器数据收集过程,并研究此类传感器取样、传感器校准质量和所涉电力消耗之间的现有权衡。为此,我们主要工作的重点是利用机器学习技术校准传感器,以提高数据质量。结果显示,传感器取样战略直接影响空气污染估计的质量,每种传感器可能需要不同的取样战略。此外,当传感器有两分钟的响应时间,而且当传感器的响应时间为0.01至0.02之间,当传感器的响应时间与每小时的校准数据相近时,可以维持0.01至0.02之间的义务周期。当传感器与每小时的校准数据不精确,当传感器的校准与每小时的校准数据不相连接时,可以达到0.1。

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