Meteorologická stanice

Maršov u Úpice, okr. Trutnov, 500 m n.m.
Teplota vzduchu

- °C

- °C / 3 hod
Vlhkost vzduchu

- %

- % / 3 hod
Tlak vzduchu

- hPa

- hPa / 3 hod
Denní úhrn srážek

- mm

Roční: mm

O meteorologické stanici

Údaje o lokalitě

Poloha v rámci ČR: obec Maršov u Úpice, okres Trutnov, Královehradecký kraj
Souřadnice GPS: 50° 28' s. š., 15° 57' v. d
Nadmořská výška: 500 m n. m.

Instalace meteorologické stanice: 15. srpen 2010
Začátek datové řady: 1. listopad 2010

Orografické poměry:  Stanice se nachází v západní, vrchní části obce Maršov u Úpice na Trutnovsku. Od nejbližších staveb se nachází přibližně 20 m ve směru na SV. Ostatní směry jsou bez významné zástavby. Západně od stanice začíná ve vzdálenosti cca 60 m les smíšeného porostu, který může při západním proudění ovlivňovat přesné měření větru svými vzrostlými stromy a v zimním období u stanice zapadá Slunce dříve než v létě. Stanice se nachází v nadmořské výšce cca 500 m.n.m., přičemž ve vzdálenosti 1km ve směru přibližně JZ je nejvyšší vrchol v blízkém okolí stanice a to 582 m n. m. s názvem Kopna.

Stanice se skládá z celkem čtyř částí - integrované senzorové sestavy (ISS) měřící teplotu, vlhkost, sluneční a UV záření a srážky umístěné ve venkovním prostředí, anemometrem, vysílačem pro měření přízemní teploty, teploty a vlhkosti půdy a elektronické konzole umístěné uvnitř domu.

1) informace o venkovní jednotce ISS
  • Umístění: na plotové tyči 200 cm vysoké nad krátce sečeným trávníkem
  • Přenos dat: bezdrátový přenos dat do konzole na frekvenci 868 MHz
  • Frekvence měření: teplota 30 s, vlhkost 60 s, srážky 12 s, Sluneční záření 50 s, UV záření 60 s

  • Měřeno: teplota, vlhkost, srážky, sluneční záření
  • Výška teplotního a vlhkostního čidla nad povrchem: 200 cm
  • Stínění čidel: radiační a aspirační štít (aktivní ventilace, 24 hodinový provoz)
  • Osvětlení Sluncem: téměř po celý den (později odpoledne zapadá slunce za blízkým lesem)
  • Rozsah a rozlišení teploty: -40 až +65 °C, rozlišení: 0,1 °C, přesnost: 0.5 °C
  • Rozsah a rozlišení vlhkosti: 0 až 100%, rozlišení: 1 %, přesnost: 3 %
  • Rozsah a rozlišení Slunečního záření: 0 až 1800 W/m2, rozlišení: 1 W/m2, přesnost: 5 %
  • Rozsah a rozlišení UV záření: 0 až 16 index, rozlišení: 0.1 index, přesnost: 5 %

  • Výška horního okraje srážkoměru nad povrchem: 230 cm
  • Typ srážkoměru: elektronický vahadélkový, s vyhříváním spínaném automaticky podle detekovaných srážek a venkovní teploty s ochranou proti příliš vysoké teplotě uvnitř srážkoměru
  • Plocha srážkoměru: 214 cm2
  • Rozlišení srážkoměru: 0,2 mm
  • Výkon vyhřívání srážkoměru: 24 W

  • Sluneční záření: měřeno kalibrovanou fotodiodou firmy Davis
  • Umístění čidla: cca 25m od ISS nad střechou kulny propojené pomocí stíněného kabelu
2) bezdrátová konzola pro připojení anemometru
  • Umístění anemometru: na tyči nad štítem domu, cca 7m nad zemí
  • Přenos dat: bezdrátový přenos dat do konzole na frekvenci 868 MHz
  • Frekvence měření: vítr 2.5 s
  • Typ anemometru: miskový
3) bezdrátová konzola pro měření přízemní teploty, teploty a vlhkosti půdy
  • Umístění: tyč uprostřed zahrady
  • Přenos dat: bezdrátový přenos dat do konzole na frekvenci 868 MHz
  • Frekvence měření: teplota a vlhkost 60 s

  • Měřeno: přízemní teplota (5 cm), teplota půdy (10 a 50 cm), vlhkost půdy (10 a 50 cm), teplota bazénu
  • Rozsah a rozlišení teploty: -40 až +65 °C, rozlišení: 0,1 °C
  • Rozsah a rozlišení vlhkosti: 0 až 200 cbar, rozlišení: 1 cbar
4) konzole

Konzole neustále přijímá data od ISS a dalších vysílačů, ukládá je, zobrazuje a dále zpracovává. Součástí konzole je datalogger, který umožňuje dlouhodobý záznam dat. Datalogger je přes RS232 sběrnici propojen s mini-PC (RaspberryPi 4), ve kterém provádí software Meteobridge (s modifikacemi) dalši zpracování dat, upload dat na web a do MySQL databáze. V případě výpadku elektrické či internetové sítě konzole měří dál a po obnovení dodávek proudu se data z konzole načtou zpětně.

  • Umístění: stěna uvnitř domu
  • Přenos dat: pomocí sběrnice RS232
  • Zpracování dat: mini-PC RaspberryPi 4 se softwarem Meteobridge (s modifikacemi)

  • Měřeno: vnitřní teplota a vlhkost, tlak vzduchu
  • Rozsah a rozlišení tlaku vzduchu: 540 až 1100 hPa, rozlišení: 0,1 hPa, přesnost: 1.0 hPa
5) WeatherLink Live

Jako záložní variantou pro čtení a zpracování dat slouží speciální zařízení od firmy Davis Instruments jménem WeatherLink Live. Toto zařízení sice neobsahuje žádný display pro zobrazení měřených dat, obsahuje však LAN (Ethernet) konektor a taktéž WiFi modul, diky kterému je možné okamžitě číst měřená data programově díky strojově čitelným údajům (v JSON formátu).

  • Umístění: uvnitř domu
  • Přenos dat: přes IP rozhraní (Ethernet / WiFi)
  • Zpracování dat: mini-PC RaspberryPi 4 se softwarem Meteobridge (s modifikacemi)

  • Měřeno: vnitřní teplota a vlhkost, tlak vzduchu
  • Rozsah a rozlišení tlaku vzduchu: 540 až 1100 hPa, rozlišení: 0,1 hPa, přesnost: 1.0 hPa

Stanice se skládá celkem ze dvou částí - venkovní (čidla), vnitřní (mini-PC RaspberryPi 4). Venkovní část obsahuje množství digitálních teplotních čidel Dallas DS18B20 např. pro měření přízemní teploty a teploty půdy v 5, 10, 20, 50 a 100 cm, měření teploty ve 2m nad zemí (umístěné v profi radiačním štítu Metcover od firmy Meteoservis) a teploty uvnitř srážkoměru, čidla SHT35D a TMP117 připojené přes I2C sběrnici do modulu ESP32 měřící přesnou teplotu a vlhkost v poslední řadě taky kapacitní vyhřívaný snímač padajících srážek Vaisala DRD11A, který se stará o případné vytápění srážkoměru.

Vytápění srážkoměru je řízeno mini-PC na základě dat venkovní teploty, detekce srážek a teploty uvnitř srážkoměru. Pokud jsou detekovány srážky a teplota je menší než +1 °C je spuštěno vyhřívání srážkoměru do doby, než teplota uvnitř srážkoměru překročí stanovenou mez (+14 °C), aby se omezil odpar tuhých srážek.

1) venkovní část - měřící senzory, detekce srážek
  • Čidla: celkem 23ks Dallas DS18B20 (teploty), 1ks SHT35 (teplota a vlhkost vzduchu), 1ks TMP117 (teplota vzduchu), detektor srážek Vaisala DRD11A
  • Přenos dat: stíněným kabelem k mini-PC nebo WiFi přes ESP32
  • Frekvence měření: teplota + vlhkost 10 s, detekce srážek 5 s


2) vnitřní část - zpracování dat - mini-PC
  • Operační systém: Debian Linux
  • Čtení dat z 1-wire a I2C sběrnic: USB+RS-232, software: vlastní
  • Detekce srážek, vytápění srážkoměru: deska Quido 2-32 a 10-1 od firmy Papouch propojená IP rozhraním s mini-PC


3) vnitřní část - zpracování dat - ESP32
  • Operační systém: Arduino IDE
  • Mnoho senzorů (ať už teplotních nebo jiných) je provozováno na oblíbených microPC ESP32 s WiFi rozhraním,
    které díky množsvým I/O pinů umožňují provozování obrovského množství senzorů přes sběrnice I2C, SPI, 1-wire a další.

Detektor blesků Blitzortung je na stanici nainstalován od 23. 2. 2013 (ve starší verzi "GREEN", u kterého musel být zvlášť počítač, který zasílal naměřená data na zpracovatelský server) do 20.2.2014, kdy byl nahrazen novým typem detektoru "RED", který již nepotřebuje žádný další počítač a přes LAN rozhraní zasílá data přímo. Obě verze byly poskytnuty provozovatelem sítě jako stavebnice, kterou si musí každý dopájet sám.

Detektor měří radiový signál produkovaný bleskovými výboji v pásmu velmi nízkých frekvencích (3-30 kHz) a může být rušen celou řadou spotřebičů (robotické sekačky, staré televize, apod.), čas přijatého výboje je synchronizován pomocí GPS na nanosekundy.

18. 4. 2014 je k detektoru přidána ještě anténa detekující elektrickou složku elektromagnetického pole, kterou lze využít pro určení polarity bleskového výboje.

Detektor přijímá signály bleskových výbojů až ze vzdálenosti přesahující 16000 km

1) anténa přijímající magnetické pole + předzesilovač

2) anténa přijímající elektrické pole + zesilovač

3) zpracovatelský mikropočítač

1) Hydrologická stanice Fiedler-Magr H1 + tlaková sonda DRUCK RTX 1830

Hydrologickou stanicí je měřena výška hladiny povrchové vody v ručně kopané studni na zahradě domu. Jako tlakové čidlo je využita sonda DRUCK RTX 1830, které umožňuje měřit výšku vodní hladiny až 10 metrů. Studna je hluboká 4 metry.

  • Umístění: ručně kopaná studna na zahradě z dob dávno minulých
  • Přenos dat: přes RS232 rozhraní
  • Zpracování dat: mini-PC RaspberryPi Zero W s vlastním softwarem
  • Frekvence měření: výška hladiny a teplota každých 5 minut

  • Měřeno: výška vodní hladiny ve studni a teplota vody
  • Rozsah a rozlišení: 0 - 10 metrů, rozlišení: 1mm, přesnost: 99,9%

1) ESP32 + Plantower PMS5003 + BME280

Senzor PMS5003 pracuje rozptylem laserového světla na suspendované částice prachu. Vysoce citlivý fotodetektor umožňuje detekci částic o velikosti 0,3 µm (např. Cigaretový kouř) - u velikostí> = 0,5 µm vykazuje senzor účinnost detekce 98%. Tento senzor částic detekuje částice různých velikostí (PM1, PM2,5, PM10). Částice detekuje ze zdrojů jako je kouř, prach, pyl, kovové a organické částice a další. Senzor je přizpůsoben pro práci v teplotách od -20 ° C do 50 ° C, proto jej po vhodné ochraně proti přístupu vlhkosti lze použít i venku. Zařízení se vyznačuje vysokou přesností (50% v případě prachu 0,3 μm a až 98% v případě prachu 0,5 μm a větších). Zároveň se měří senzorem Bosch BME280 teplota, vlhkost a tlak vzduchu uvnitř krabičky se senzorem.

  • Umístění: severní venkovní stěna domu
  • Přenos dat: přes WiFi
  • Zpracování dat: mini-PC ESP32 s vlastním softwarem
  • Frekvence měření: polétavý prach každé 2 minuty

  • Měřeno: počet prachových částic
  • Rozsah a rozlišení: 0.3 - 10 µm, citlivost: 98%

v současné době nefunkční

1) ESP32 + DFRobot SEN0337

Laserový senzor založený na měřicí technologii ToF (Time of Flight). Detekuje objekty v rozsahu od 0,01 m do 5 m s přesností na 1,5 cm . Rozlišení měření je 1 mm. V tomto případě senzor umístěný v krabičce připevněný k sloupku plotu míří kolmo k zemi a měří vzdálenost mezi ním a zemí. Se vzrůstajícím množstvím sněhové pokrývky se snižuje vzdálenost mezi ním a zemí a je možné vypočítat výšku sněhu. Vlnová délka laseru je 940 nm. V případě silného Slunečního záření není laser dostatečně silný na měření vzdálenosti a měření je pak mimo provoz.

  • Umístění: zahrada u Davis venkovní jednotky
  • Přenos dat: přes WiFi
  • Zpracování dat: mini-PC ESP32 s vlastním softwarem
  • Frekvence měření: 30 vteřin

  • Měřeno: vzdálenost mezi pevně umístěným bodem a zemí - výška sněhové pokrývky
  • Rozsah a rozlišení: 0.01 - 5 metrů, přesnost: 1.5 cm, rozlišení: 1 mm

1) ESP32 + Vaisala PWD22

Senzory Vaisala PWD22 využívají k měření meteorologického optického dosahu (MOR) osvědčený princip měření přímého rozptylu. Osvědčené principy měření Vaisala PWD22 určují typ srážek přesným odhadem obsahu vody ve srážkách pomocí kapacitního zařízení (senzorový prvek Vaisala RAINCAP®) a kombinací těchto informací s optickým dopředným rozptylem a měřením teploty.

  • Umístění: zahrada
  • Přenos dat: přes RS232
  • Zpracování dat: mini-PC ESP32 s vlastním softwarem
  • Frekvence měření: 15 vteřin

  • Měřeno: dohlednost, stav počasí, typ srážek
  • Rozsah a rozlišení dohlednosti: 10 - 20000 metrů, přesnost: ±10 %
  • Citlivost detekce srážek: 0.05 mm/h
  • Typy detekovaných srážek: 7 různých typů srážek (déšť, mrznoucí déšť, mrholení, mrznoucí mrholení, smíšený déšť/sníh, sníh, ledové krupky).

1) ESP32 + Vaisala CT25K ceilometr

Vaisala CT25K je v praxi osvědčený a oblíbený laserový ceilometr pro měření výšky oblačnosti a vertikální viditelnosti. Využívá technologii pulzní diodové laserové detekce a měření vzdálenosti (LIDAR) k detekci mraků, srážek a dalších překážek vidění.

  • Umístění: zahrada
  • Přenos dat: přes RS232
  • Zpracování dat: mini-PC ESP32 s vlastním softwarem
  • Frekvence měření: 15 vteřin

  • Měřeno: výška základny oblačností + zpětný rozptyl atmosféry
  • Rozsah a rozlišení dohlednosti: 0 - 7500 metrů, přesnost: ±2 %, rozlišení: 10 metrů