The use of the GIS tools in the analysis of air quality on the selected University campus in Poland

In our article the ordinary kriging interpolation method was used for a spatial presentation of PM2.5 concentrations. The data used in the research was obtained from the unique PM_2.5 measuring system, based on low-cost optical sensors for PM_2.5 concentration measurements, working on Wroclaw University of Science and Technology campus area. The data from this system was used as an input for the interpolations that were made for three different days characterized by the highest measured values of PM_2.5 – 20.01.2019, 17.02.2019 and 30.03.2019. For each of the selected days, variants with the maximum and minimum PM_2.5 values recorded on a given measurement day were presented. In the analyses performed, the ordinary kriging technique and cross-validation, was used as the interpolation and the validation method, respectively. Parameters determining the quality of performed interpolation were Mean Error, Mean Standardized Error, Root Mean Square Error, and Average Standard Error. As the main indicator of quality of interpolation RMSE parameter was used. Analysis of that parameter shows that the higher variability of the data used for interpolation affects its quality. The Root Mean Square Error parameter reached 0.64, 0.94 and 1.71 for the lowest concentrations variants characterized by low spatial variability, and 6.53, 7.51, 11.28 for the highest one, which were characterized by high spatial variability. The obtained results of the research with the use of GIS tools shows that the ordinary kriging method allowed for the correct spatial presentation of the PM_2.5 concentration variability in areas not covered by the measurement system.

W artykule przedstawiono wyniki analiz przestrzennych zmienności stężeń pyłu PM_2.5 uzyskanych z pomiarów przeprowadzonych przy zastosowaniu systemu nisko kosztowych czujników zlokalizowanych na terenie kampusu Politechniki Wrocławskiej dla scenariuszy trzech dni w okresie zimowym charakteryzujących się wartościami podwyższonych stężeń PM_2.5 na badanym obszarze – 20/01/2019, 17/02/2019 i 30/03/2019. Dla każdego z wybranych dni przedstawiono warianty z odnotowanymi maksymalnymi oraz minimalnymi wartościami stężeń PM_2.5 zanotowanych w danym dniu pomiarowym. W przeprowadzonych analizach jako metodę interpolacji wykorzystano technikę krigingu zwykłego, a jako metodę walidacji walidację krzyżową. Parametrami określającymi poprawność wykonanej interpolacji były Mean Error, Mean Standardized Error, Root Mean Square Error oraz Average Standard Error. Z przeprowadzonych badań i analiz wynika, iż większa zmienność danych użytych do interpolacji wpływa na jej jakość oraz iż dla wariantów obliczeniowych, w których analizowane były stężenia minimalne w danym dniu pomiarowym uzyskano mniejsze wartości błędów interpolacji. Parametr Root Mean Square Error będący głównym wskaźnikiem jakości wykonanych interpolacji dla stężeń najniższych osiągnął wartość równe 0.64, 0.94 oraz 17.71, w przypadku najwyższych – 6.53, 7.51, 11.28. Metoda krigingu zwykłego umożliwiła na jakościowo poprawną przestrzenną prezentację zmienności stężeń pyłów PM_2.5.