De ontwikkelingen op het gebied van het automatisch scannen en analyseren van pollen gaan snel. Bij het ZAUM-instituut in het Duitse München loopt onder leiding van (de Nederlandse) onderzoeker Jeroen Buters (zie interview 2019), momenteel een groot onderzoek naar deze systemen. De verschillende apparaten zijn inmiddels aan hun tweede of derde generatie toe en worden steeds slimmer en beter.

Afbeelding: dak van het onderzoeksinstituut met de verschillende systemen (Bron: ZAUM) 

Hoe werkt automatisch tellen? 

Het verhaal begint uiteraard bij de bomen, grassen en kruiden die gedurende een bepaalde periode van het seizoen in bloei komen en pollen afgeven aan de lucht. Het gaat om een mix van pollen van verschillende soorten, die in verschillende mate hooikoortsklachten kunnen veroorzaken. De pollenconcentratie in de lucht wordt daarnaast zeer sterk beïnvloed door de weersomstandigheden zoals temperatuur, zoninstraling, wind, neerslag en luchtvochtigheid. Hoe gaat dit automatisch tellen in zijn werk? 


Stap 1: aanzuigen van lucht 

Alle systemen zuigen lucht aan met daarin de pollenmix. De flow (luchthoeveelheid lucht per tijdseenheid) is belangrijk om later de concentratie goed te kunnen bepalen. Dat luchtmonster moet een zo representatief mogelijk beeld geven van de lucht in de wijde omgeving. De juiste locatie kiezen is dan ook zeer belangrijk. Optimaal zijn daken vanaf zo’n 12 meter hoogte met rondom 360 graden vrije ruimte. Ook wil je niet te veel geconcentreerde bronnen dicht in de buurt hebben, zoals bijvoorbeeld een berkenbos (dat staat bijvoorbeeld veel rondom Schiphol) of een groot gebied met bloeiende grassen en kruiden.


Stap 2 Afbeelding maken

Er zijn grofweg twee manieren waarop het pollen in beeld gebracht kan worden. Je kunt, net als bij het klassieke Hirst systeem, het pollen aanzuigen en opvangen op een stuk tape met een plaklaag. Bij deze Hirst-methode wordt het pollen op deze tape door gespecialiseerde analisten overgezet op een microscoopglaasje en met behulp van een microscoop op naam gebracht (zie de video op hooikoortsradar.nl voor een uitleg van dit systeem). De Pollen Sense werkt op basis van deze methode. De Hund BA500 ook, maar gebruikt direct microscoopglaasjes met speciale coating in plaats van tape. 

Andere systemen proberen om het pollen direct in de luchtstroom te analyseren door er met een combinatie van allerlei soorten scanners, zoals UV en laser op te “schieten” (Flow cytometry). Dit levert geen “kleurenfoto” op, maar meer een soort reflectiepatroon of hologram. Ook op basis van deze patronen kunnen de verschillende soorten pollen geïdentificeerd worden. De Swisens Poleno, Yamatronics en WIBS gebruiken deze technologie.


Stap 3: Analyseren van de soorten 

Wat de systemen vervolgens met elkaar gemeen hebben is dat ze via automatische beeldherkenning proberen te bepalen om welk type pollen het gaat. De afbeeldingen worden online meteen naar een centrale server gestuurd en bijna real-time geanalyseerd. Deze techniek is vergelijkbaar met de manier waarop speciale apps bloemen, bomen, planten en zelfs vlinders kunnen herkennen op basis van foto’s. 

Dat is voor pollen overigens best een pittige uitdaging. Pollenkorrels zijn namelijk zeer zeer klein, kleiner dan een tiende deel van een millimeter. Daarnaast is maar een paar procent van alle deeltjes die er in de lucht zweven ook daadwerkelijk pollen afkomstig van bomen, grassen of kruiden. Het systeem moet dus ook goed de verschillen leren tussen pollen en bijvoorbeeld roetdeeltjes, fijnstof, mistdruppels en allerlei andere organische stofjes.  De verschillen tussen de verschillende soorten pollen kúnnen groot zijn.  Vergelijk bijvoorbeeld het pollen van Ambrosia, Grove den en Gras. Zowel qua vorm als afmeting verschillen ze behoorlijk waardoor herkenning relatief makkelijk is.

Andere soorten pollen lijken echter veel meer op elkaar, net tweelingen. Er zijn bijvoorbeeld zeer veel soorten grassen, van mais, riet, rogge tot de vossenstaart en de Gestreepte witbol. Het pollen van de verschillende grassoorten lijkt onderling enorm veel op elkaar. Het is, zelfs voor gespecialiseerde analisten, bijna niet te doen om de verschillende grassoorten te herkennen op basis van het pollen. Hoe meer “ervaring” de systemen opbouwen door veel beelden te verwerken, hoe beter de analyse klopt. Inmiddels zijn al miljoenen beelden geanalyseerd en ligt de nauwkeurigheid al behoorlijk hoog. Naast pollenkorrels kijken sommige systemen ook naar sporen van schimmels.


Stap 4: Tellen van de pollenkorrels 

Naast informatie over het soort pollen is ook de concentratie ervan voor hooikoortspatiënten van groot belang. Kan best dat er bij 10-20 pollen weinig mensen met klachten zijn en boven 50 een veel grotere groep last ervaart. Een soort drempelwaarde. Het gaat zeker niet alleen over pollen dat lokaal, in de directe omgeving, vrijkomt. Het pollen tijdens de recente piek (eind maart 2021) van met name Elzen was ook uit België, Frankrijk en Duitsland afkomstig. Windrichting en weersomstandigheden spelen hierbij een belangrijke rol. Pollen kan grote afstanden afleggen net als bijvoorbeeld woestijnzand.


Om te kunnen controleren hoe nauwkeurig de systemen werken staan er op het dak van het ZAUM ook verschillende Hirst systemen opgesteld waarvan het verzamelde pollen door analisten handmatig met een microscoop worden geteld.


Kaart: Locaties in Europa waar de verschillende automatische systemen staan. (bron: //www.zaum-online.de/


Autopollen 

Sinds 2018 loopt er een groot onderzoeksproject, Autopollen, onder de vlag van Eumetnet, een organisatie van meteo-instituten. Aan het Autopollen-project doen allerlei universiteiten en onderzoeksorganisaties mee uit verschillende landen: Slovenië, Tsjechië, Kroatië, Duitsland, Finland, Griekenland, Polen, Ierland, Luxemburg, Zwitserland, Oostenrijk, Turkije, Frankrijk, Servië, Oekraïne, Spanje, België, Litouwen, Zweden, Portugal, Letland en het Verenigd Koninkrijk. In 2022 wordt de eerste fase afgesloten en worden de resultaten gepresenteerd. 


De systemen die getest worden: 

1 x Hund BAA500 (//www.hund.de/en/instruments/pollen-monitor ). Systeem uit Duitsland. Momenteel kan het systeem 38 verschillende soorten pollen herkennen. Cyclus van 1 tot 3 uur. Werkt op basis van fixatie op microscoopglaasjes. 

1 x Pollen Sense (//www.pollensense.com/ ). Amerikaans systeem dat werkt op basis van fixatie op tape. 

2 x Swisens Poleno (//swisens.ch/en_uk/swisens-poleno/ ) Zwitsers systeem dat werkt op basis van analyseren direct in de luchtstroom. 

1 x Swisens Poleno Mars. (//swisens.ch/en_uk/mars/) Kleinere versie van de Poleno, werkt op basis van analyseren direct in de luchtstroom o.b.v. hologrammen. 

1 x Plair-E. (//www.plair.ch/). Zwitsers systeem op basis van laser spectroscopy.

1 x Yamatronics KH-3000 (//www.yamatronics.com/ ). Japans systeem dat veel gebruikt wordt om met name de Cederpollen te analyseren. 

4 x Hirst (manuele pollenvallen). Burkard (//burkard.co.uk/product/7-day-recording-volumetric-spore-trap/)

1 x WIBS, Wideband Integrated Bioaerosol Sensor. //www.dropletmeasurement.com/product/wideband-integrated-bioaerosol-sensor/

4 x Experimentele meters 


Interessante links: 

Portal voor onderzoekers om pollendata te kunnen analyseren: //pollenscience.eu/aktuell 

Website van het ZAUM-instituut:  //www.zaum-online.de/pollen/pollen-monitoring-map-of-the-world.html 

Database met afbeeldingen van automatische telsystemen: //validation.pollenscience.eu/cockpit?q=location%3DMunich

Volg het ZAUM op twitter: @ZAUMpollen 


De cartoons zijn gemaakt door Maarten Claassen

Grote proefopstelling pollentelsystemen in München

Je zou ook interesse kunnen hebben in