Conférence NOVATECH 2023 - Vue détaillée

Les caméras spectrales sont-elles le futur de la surveillance de la pollution dans les réseaux d’assainissements?

Auteurs: Pierre Lechevallier, Guenter Gruber, Vojtech Bares, Salvador Peña-Haro, Christoph Schimmer, Daniela Böckmann, Jörg Rieckermann

Résumé court: L'imagerie hyper-spectrale (IHS) est une technique qui a le potentiel d'être utilisée pour mesurer demanière non intrusive la pollution des eaux usées dans les systèmes d'assainissement urbains. L'undes avantages de l'IHS est sa capacité à mesurer des données de réflectance détaillées sur unesurface, ce qui permet d'utiliser simultanément des méthodes d'analyse spatiale et spectrale.Cependant, il y a encore relativement peu de recherches dans ce domaine. Pour évaluer l'efficacité del'IHS pour mesurer la pollution des eaux usées, nous avons mené une expérience de laboratoire avec144 échantillons. En utilisant un modèle de régression des moindres carrés (PLS), il est possibled’estimer avec une précision de 10% environ sept indicateurs de pollution courants (COD, turbidité,DOC, TN, PO4-P, SO4-S, NH4-N). De plus, en utilisant des méthodes spécifiques à l'IHS, comme lasélection de pixels et de longueurs d'onde, nous avons mesuré une amélioration de la performance dumodèle de 50% par rapport à un modèle de référence, ce qui montre la supériorité de l'IHS par rapportà d'autres dispositifs spectraux. Pour pallier aux limitations de cette première expérience et obtenir desrésultats plus généraux, nous prévoyons maintenant d'installer un système IHS au-dessus d'un canalouvert afin de collecter des mesures de réflectance des eaux usées réelles sur une période plus longue.

Summary: Hyperspectral imaging (HSI) technology has the potential to be used for contactless monitoring ofwastewater pollution in urban drainage systems, but there has been relatively little research in this area.One advantage of HSI is its capacity to measure detailed reflectance data over a surface, which allowsfor the simultaneous use of spatial and spectral analysis. In a proof-of-concept laboratory experiment,we tested HSI's effectiveness in measuring wastewater pollution using 144 samples and found that itcould estimate seven common pollution indicators (COD, turbidity, DOC, TN, PO4-P, SO4-S, NH4-N)with an error rate of around 10%. The use of HSI-specific methods such as pixel and wavelengthselection improved the model's performance by up to 50% compared to a simple baseline model,demonstrating the superiority of HSI over other spectral devices. To address the limitations of this initialexperiment and produce more reliable results, we plan to install an HSI system over an open flume tocollect reflectance measurements of real wastewater for an extended period of time. Our researchsuggests that HSI is very interesting for monitoring wastewater pollution in urban areas.