Assessment of the commuters’ daily exposure to traffic-related air pollutants

February 6, 2026

A exposição à poluição atmosférica é uma importante preocupação, particularmente no microambiente dos transportes, onde as concentrações são geralmente elevadas. Esta tese avalia a exposição dos cidadãos a Matéria Particulada (MP) em áreas urbanas, integrando métodos convencionais de monitorização da Qualidade do Ar (QA) com Sensores de Baixo Custo (SBC). As Estações de Monitorização de Referência (EMR) geralmente não possuem uma resolução satisfatória e incorporar SBC aumenta a cobertura e a resolução dos dados, permitindo uma avaliação mais representativa da exposição individual. Uma avaliação da exposição de utilizadores de transportes em Lisboa demonstrou que fatores como modo de transporte, rota, e condições de ventilação influenciam os níveis de MP. Os utilizadores do metro apresentaram a maior exposição, com concentrações médias de 37.8 ± 20.8 µg m⁻³ para PM2.5 e 84.1 ± 34.0 µg m⁻³ para PM10, enquanto os autocarros registaram as concentrações mais baixas (28.4 ± 5.3 µg m⁻³ para PM2.5 e 39.6 ± 0.3 µg m⁻³ para PM10). Verificou-se ainda que estimativas baseadas em EMR subestimam a exposição pessoal em 1.1 a 3.4 vezes. Para ultrapassar estas limitações, foi desenvolvido um sistema móvel de SBC para avaliação em tempo real de PM. Após controlo de qualidade, a utilização de redes neuronais foram o método de calibração com melhor (correlação de Pearson = 0.94). Resultados do sistema móvel revelaram um padrão temporal bimodal de PM2.5, com concentrações mais elevadas nas horas de ponta da manhã (9.3 ± 2.2 µg m⁻³) e da tarde (8.9 ± 2.1 µg m⁻³) do que ao meio-dia (7.0 ± 2.1 µg m⁻³). Variáveis relacionadas com o tráfego explicaram a maior parte da variabilidade das concentrações (97.2%), enquanto variáveis de planeamento urbano tiveram menor contribuição (2.8%). Estes resultados contribuem para uma avaliação precisa da exposição, resultando num planeamento urbano e políticas públicas mais informados. Exposure to air pollution remains a major environmental and health concern, particularly within commuting microenvironments, where pollutant concentrations are usually elevated. This thesis evaluates the commuters’ exposure to Particulate Matter (PM) in urban areas by integrating conventional Air Quality (AQ) monitoring techniques with emerging Low-Cost Sensors (LCSs). Traditional Reference Monitoring Stations (RMSs), which usually lack the resolution required to capture localized pollution levels. Incorporating LCSs into the assessment framework enhances data coverage enabling a more representative understanding of individual exposure. A detailed assessment of commuter exposure in Lisbon demonstrated that factors such as the mode of transport, route characteristics, proximity to traffic emissions, and ventilation conditions influenced PM levels. For instance, metro users experienced the highest exposure, with average concentrations of 37.8 ± 20.8 µg m⁻³ for PM2.5 and 84.1 ± 34.0 µg m⁻³ for PM10, while buses recorded the lowest mean concentrations for both PM2.5 (28.4 ± 5.3 µg m⁻³) and PM10 (39.6 ± 0.3 µg m⁻³). Results also showed that RMS based estimates underestimated personal exposure by a factor of 1.1 to 3.4. To address the limitations of conventional approaches, this thesis developed a mobile LCSbased sensing system for real-time urban PM monitoring. After quality control and calibration, an artificial neural network model achieved strong agreement with reference measurements (Pearson correlation = 0.94). Deployment in seven vehicles revealed a bimodal temporal pattern in PM2.5, with higher concentrations during morning (9.3 ± 2.2 µg m⁻³) and evening (8.9 ± 2.1 µg m⁻³) rush hours than at midday (7.0 ± 2.1 µg m⁻³). Traffic-related variables were the main drivers of PM2.5 (97.2%), while urban planning variables had a smaller contribution (2.8%). These findings support more accurate exposure assessment and betterinformed urban planning and policy.

Authors in the community:

• 

  C

  Carolina Gonçalves Correia

  ist178296

Supervisors of this institution:

• 

  S

  Susana Marta Lopes Almeida

  ist25472

• 

  P

  Patrícia De Carvalho Baptista

  ist151313

101670044

Doutoramento em Engenharia do Ambiente

environmental-engineering - Environmental engineering

Keywords

• Urban Air Quality
• Particulate Matter
• Commuting
• Low-Cost Sensors
• Exposure
• Qualidade do Ar Urbano
• Matéria Particulada
• Movimentos Pendulares
• Sensores de Baixo Custo
• Exposição

eng - English

Instituto Superior Técnico

Financing entity

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Title of the project, award or grant: Assessment of the commuters’ daily exposure to traffic related air pollutants

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Funding Stream: PhD fellowship

Identifier for the funding entity: https://doi.org/10.13039/501100001871

Type of identifier of the funding entity: Crossref Funder

Number for the project, award or grant: UI/BD/150996/2021

Financing entity

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Title of the project, award or grant: iMPact - Investigation of road traffic as a source of microplastics in the environment

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Identifier for the funding entity: https://doi.org/10.13039/501100001871

Type of identifier of the funding entity: Crossref Funder

Number for the project, award or grant: 2022.03600.PTDC

Financing entity

Programa Operacional Regional de Lisboa

Title of the project, award or grant: ExpoLis .: Avaliação da exposição humana à poluição atmosférica para alterar o modo de deslocação da população nas cidades

Funding Stream: Portugal 2020

Number for the project, award or grant: LISBOA-01-0145-FEDER-032088