Die Datenerfassung erfolgt mit einer Wetterstation Davis Vantage Pro2. Die Außeneinheit ISS (Integrierte-Sensor-Einheit) ist mit einer direkten Kabelverbindung mit der Anzeigeeinheit (Station) verbunden. Die Zwischenspeicherung der Daten erfolgt mit dem Datenlogger Davis WeatherLink IP. Dieser ist in die Station eingebaut.
Achtung:
Die Aufstellung der Sensoren entspricht nicht den Vorgaben des Deutschen Wetterdienstes (DWD).
Die Messergebnisse haben daher keinen offiziellen Charakter, sie sind nicht vergleichbar mit den
offiziellen Messwerten des DWD oder mit anderen sonstigen Wettermessstationsdaten. Die hier
veröffentlichten Wettermesswerte stellen lediglich eine unter individuellen Bedingungen gewonnene
lokale Wetterinformation dar.
Vom System erfaßt werden Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck, Regenmenge und Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Im Zeitabstand von ca. 2,5 Sekunden werden die Daten, wie z.B. die Windgeschwindigkeit von der ISS zur Station übertragen. In der Station werden diese Daten auf ein Zeitintervall von 15 Minuten plus Minima- und Maximaverwaltung, reduziert. Die so auf das 15-Minutenintervall reduzierten Daten werden im Datenlogger zwischengespeichert und dann an das Programm WeatherLink im Wetter-PC übertragen.
Messgröße | Auflösung | Fehlergrenzen (Herstellerangabe) |
Bemerkung |
Temperatur (Thermometer) |
0,1 °C | ± 0,5 °C (absolut) | Die Davis Integrierte-Sensoreinheit wird ohne aktive Belüftung betrieben. Die Fehlergrenzen bei direkter Sonneneinstrahlung sind daher höher, als die der reinen Sensorik. Für das passive Schutzgehäuse wird vom Hersteller eine Fehlergrenze von + 2 °C bei Sonnenschein und Sonnenhöchststand angegeben. |
Luftfeuchtigkeit (Hygrometer) |
1 % | ± 3 % (absolut) (bei F=0..90%) bzw. ± 4 % (absolut) (bei F>90%) |
- - - |
Luftdruck (Barometer) |
0,1 hPa | ± 1 hPa (absolut) | Die barometrischen Luftdruckmesswerte sind standardisiert auf den Meeresspiegel (Höhe von 0m) gerechnet. |
Windgeschwindigkeit (Anemometer) |
1 km/Std. | ± 5 % (vom Meßwert) |
Das Anemometer ist mit den großen Schalen bestückt. Der Meßbereich beträgt damit 3 bis 241 km/Std.. |
Windrichtung | 1 ° | ± 7° (absolut) | Die Messstation befindet sich in einer Talrinne welche von Westen nach Osten verläuft. Daraus ergeben sich die Schwerpunktwindrichtungen Westen und Osten. |
Regenmenge | 0,2mm | ± 4 % (vom Messwert) ± 0,2 mm |
1mm entspricht 1 Liter/Quadratmeter. Die Regenmenge wird mit einem Wippenmesssystem gemessen und ist
dadurch auf das Wippenvolumen von 4,22ml (entspricht 0,2mm Niederschlag) quantisiert. Vergleichsmessungen über viele Monate mit einem Auffangregenmesser nach Prof. Hellmannn haben gezeigt, dass der Messfehler des Davis Vantage Pro2-Regenmesssystems stark abhängig ist von der Regenrate. Bei Starkregen misst das Davis System eine zu geringe Regenmenge. Je nach monatlichem Starkregenanteil erreichen die Fehlergrenzen der monatlichen Regenmenge bis zu ±6%. Die Starkregenproblematik stellt die Hauptfehlerquelle des Davis Vantage Pro2 Regenmesssystems dar. |
Eine ausführliche Ausarbeitung zu dieser Thematik ist in folgendem Dokument zu finden:
Kompromiss bei der Positionswahl der Wettersensoren
der privaten Wetterstation am Standort
Dillenburg-Eibach Hauptstrasse 11
Hier die Zusammenfassung dieses Dokumentes:
Zusammenfassung:
Wettermessgrößen, wie Temperatur, Luftfeuchte, Regenmenge, Windrichtung und Windgeschwindigkeit sind
sehr individuelle Messgrößen, die in hohem Maße standortabhängig sind.
Der Deutsche Wetterdienst hat versucht diese massive Standortabhängigkeit zu reduzieren indem strenge
Vorgaben für die Aufstellung der Sensorik beschrieben werden.
Die private Wetterstation Dillenburg-Eibach Hauptstraße 11 entspricht bei keiner gemessenen
Wetterkenngröße diesen Vorgaben. Die individuelle topographische Lage des zur Verfügung stehenden
Geländes erforderten hier massive Kompromisse. Auch spielen Aspekte, wie Diebstahl- und Vandalenschutz eine Rolle.
Der Betreiber der Messstation ist jedoch der Meinung, dass die Messergebnisse innerhalb gewisser Fehlergrenzen
durchaus brauchbar erscheinen. So wurde z.B. die Regenmenge, welche einer der wichtigsten Wetterkenngrößen
darstellt, durch Parallelmessung mit zwei sehr unterschiedlichen Messsystemen (Messprinzip und Standort) abgesichert.
Dennoch stellen die mit der privaten Wetterstation Dillenburg-Eibach Hauptstraße 11 gewonnenen Messwerte
lediglich eine unter individuellen Bedingungen gewonnene lokale Wetterinformation dar, wie dies
vermutlich letzten Endes bei jeder Wettermessstation der Fall ist.
Das Auslesen der Daten aus dem Datenlogger und das Speichern der Daten auf dem Wetter-PC übernimmt die Davis Software WeatherLink. Diese generiert auch einen Teil der automatisch erzeugten Web-Seiten. WeatherLink übernimmt auch den zeitgesteuerten Upload der Daten zum Internetprovider.
WsWin ist eine Software von Werner Krenn zur Verwaltung von Wetterdaten. WsWin hat eine hohe Funktionalität und berechnet vielfältige Wetterkenngrößen. Hier wird WsWin zunächst nur für Spezialfunktionen eingesetzt (z.B. für das Minidisplay und die Sonne- und Mondseite). WsWin übernimmt die Meßdaten von WeatherLink über die Dateiüberwachung. Die durch WsWin erzeugten Webseiten werden dann von Weatherlink durch zeitgesteuerten Upload der Daten zum Internetprovider übertragen.
Empfangen werden die Wettersatelliten NOAA15 und NOAA19. Es handelt sich hierbei um
Wettersatelliten der Wetter- und Ozeanographie-Behörde der Vereinigten Staaten von Amerika (National
Oceanic and Atmospheric Administration, abgekürzt NOAA).
Die aktuellen Statusdaten dieser Satelliten sind auf
der offiziellen Statusseite der NOAA einsehbar.
Zusätzliche Informationen zum NOAA-Satellitenprogramm, im Besonderen zum letzten Satelliten der TIROS
Mission (NOAA-19), sind im
NOAA-N Prime Informational Booklet zu finden.
Diese polumlaufenden Satelliten umkreisen
die Erde in einer Höhe von ca. 800km und benötigen für eine Umkreisung etwa 100 Minuten. Die genannten
Satelliten senden unter anderem auf einem frei empfangbaren Kanal im 137MHz-Band ein
APT-Signal
(APT=Automatic Picture Transmission) aus. Übertragen werden zwei Bilder, eines im fernen Infrarotbereich
aufgenommenes Bild und eines im nahen Infrarot bis sichtbaren Bereich aufgenommenes Bild.
Die Bildauflösung beträgt ca. 4km.
Das Bildsignal wird zunächst amplitudenmoduliert auf einen 2,4kHz Träger aufgebracht, der dann wiederum
mittels Frequenzmodulation auf die Hochfrequenz aufmoduliert wird. Abgestrahlt wird das Hochfrequenzsignal
rechtszirkular polarisiert.
Die Wetterstation Dillenburg-Eibach Hauptstraße 11 empfängt das Signal mit dem Wettersatellitenempfänger
R2FX von Holger Eckardt.
Dieser wird von zwei Quadrifilar-Helixantennen gespeist. Beide Antennen sind unter
Dach montiert und ca. 10m weit voneinander entfernt. Beide Antennen wurden selbst gebaut. Berechnet wurden
die Antennenmaße mit dem QFH-Rechner von Jon Coppens.
Zur Eliminierung von Mantelwellen wird bei QFH-Antenne-1 ein Mantelwellenfilter eingesetzt
(siehe auch Infokasten unten).
Hierzu werden fünf Windungen des ableitenden Koaxialkabels (RG58) möglichst weit oben um den
Antennenträger (40mm Abwasserrohr) gewickelt. Bei QFH-Antenne-2 wird hingegen ein Lambda-Viertel-Topfbalun
zur Mantelwellenbeseitigung eingesetzt. Hierbei ist der Verkürzungsfaktor des PVC-isolierten RG58 im
8mm Kupferrohr zu berücksichtigen. Dieser wurde mittels Netzwerkanalysator bestimmt und beträgt bei
bedea-RG58 ca. Vk=0,67. Dieser ermittelte Verkürzungsfaktor ist nicht zu verwechseln mit
dem Vk des Kabels selbst, welcher bei bedea-RG58 Vk=0,66 beträgt. Die Zahlenwerte sind zwar nahezu
identisch, es handelt sich jedoch um zwei vollkommen unterschiedliche Dinge.
Für 137,5MHz ergibt sich mit bedea-RG58 im 8mm Kupferrohr mit oben genanntem Verkürzungsfaktor
somit eine Topfbalunlänge von 0,365m.
Der Empfänger R2FX verwendet jeweils die Antenne, welches das stärkste Signal liefert.
Der Audio-Ausgang des R2FX ist mit dem Mikrophon-Eingang des Wetter-PC verbunden.
Die Dekodierung und Aufbereitung des APT-Signales im PC übernimmt die Software
WXtoImg-Professional.
Zur Aufbereitung des APT-Signales gehören unter anderem die Landkartenüberlagerung, die Einfärbung
und die Kombination beider übertragenen Bilder (nahes- und fernes Infrarotbild). Außerdem generiert
WXtoImg die dynamisch erzeugte Internetseite und übernimmt den Upload der Daten zum Internetprovider.
Seit August 2014 ist eine Wetter-Kamera in Betrieb, die alle fünf Minuten ein aktuelles
Bild der momentanen Wettersituation liefert. Der regelmäßige Upload des Bildes wird von
der Kamera-Firmware selbst übernommen.
Eingesetzt wird eine MOBOTIX Allround Mono MX-M25-Sec-D38 Kamera welche mit einem
Weitwinkel L38-Objektiv bestückt ist. Das L38-Objektiv hat einen horrizontalen Öffnungswinkel
von 55°.
Die Kamera blickt in nord-östlicher Richtung vom Wetterstationsstandort aus. Die vertikale
Bildausrichtung ist bewußt so gewählt, dass auf etwa dreivirtel der Bildfläche Himmel dargestellt
wird. Dadurch kann die aktuelle Wettersituation bestmöglich abgebildet werden.
Eine Synology DiskStation DS218+ übernimmt die Erstellung, Speicherung und die Bereitstellung der Zeitrafferfilme.
Die DS218+ ist mit zwei SSDs bestückt. Dadurch beträgt die Leistungsaufnahme im Normalbetrieb (Leerlaufbetrieb)
nur ca. 8W (Messwert mit ELV EM800).
Zur Entstehung eines Zeitrafferfilmes werden im ersten Schritt Einzelbilder gesammelt. Alle zehn Sekunden holt ein Linux-Shell-Script ein aktuelles Bild von der Wetterkamera und speichert dies in einem dafür vorgesehenen Verzeichnis. Auf diese Weise entsteht in 16 Stunden eine Bildersammlung von 5760 Einzelbildern. Am Ende des Tages erzeugt ein zweites Linux-Shell-Script mit Hilfe des Programmes ffmpeg aus der Bildersammlung den Zeitrafferfilm. Bei 5760 Bildern ergibt sich bei einer Filmbildrate von 25 Bildern pro Sekunde eine Filmlänge von etwa vier Minuten. Vier Minuten Film stellen also einen Zeitraum von ca. 16 Stunden dar. Die Zeitrafferfilme werden auf zwei verschiedene Bitraten hin komprimiert. So stehen Filme in guter Qualität, mit 2 MBit/s für schnelle Internetanbindungen, und Filme in etwas schlechterer Qualität, mit 600 kBit/s für entsprechend langsame Internetverbindungen zu Verfügung.
Der Wetter-PC führt die oben genannten Softwarepakete Weatherlink, WsWin und WXtoImg aus.
Dieser PC speichert auch alle Wetterdaten. Die dynamisch erzeugten Internetseiten werden zeitgesteuert
zum Internetprovider hochgeladen.
Zwischen März 2009 und Dezember 2012 wurde als Wetter-PC ein NetTop Asus Eee Box B202 eingesetzt. Bei diesem PC wird ein Intel Atom N270-Prozessor mit Intel Chipsatz 945GSE verwendet. Diese meist in Mini-Notebooks eingesetzte Prozessor-Chipsatz-Kombination hat eine sehr geringe Leistungsaufnahme. Die Leistungsaufnahme der Asus Eee Box B202 beträgt im Normalbetrieb (Leerlaufbetrieb) ca. 14W (Messwert mit ELV EM800).
Ende Dezember 2012 wurde die Asus Eee Box B202 durch einen Fujitsu ESPRIMO Q510 ersetzt. Der Q510 wurde vom Hersteller auf eine niedrige Leistungsaufnahme hin optimiert. Im Normalbetrieb (Leerlaufbetrieb) verbraucht der ESPRIMO Q510 ca. 10W (Messwert mit ELV EM800), und liegt damit noch unter der vorher eingesetzten Asus Eee Box B202 mit Atom N270-Prozessor. Im Q510 wird eine Intel Core i3-2120T CPU verwendet, die gegenüber dem Atom N270 erhebliche Leistungsreserven bietet, wenn diese benötigt werden.
Im Februar 2020 wurde der Fujitsu ESPRIMO Q510 durch einen Q558 des gleichen Herstellers ersetzt.
Der Q558 kann in unterschiedlichen Konfigurationen individuell zusammengestellt werden.
Hier ist der Q558 mit einem i5-9400T-Prozessor und einer 512GB M.2 SSD bestückt.
Des weiteren besitzt der Q558 eine RS232-Schnittstelle. Mit dessen Hilfe kann der Wettersatellitenempfänger
R2FX direkt, ohne externen USB/RS232-Umsetzer, betrieben werden.
Das sehr energieeffiziente Netzteil trägt zusammen mit den anderen energieeffizienten Komponenten
zu einem, für diese Leistungsklasse, sehr niedrigen Energieverbrauch bei.
Da die Leistungsaufnahme im Leerlaufbetrieb sehr stark schwankt, wurde die mittlere Leistungsaufnahme
über eine Woche Dauerbetrieb gemessen. Die mittlere Leistungsaufnahme beträgt, im individuellen
Anwendungsfall als Wetterrechner, nur ca. 5W (ermittelt mit ELV EM800).
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