Die Technik der privaten Wetterstation Standort Dillenburg-Eibach, Hauptstraße 11


Datenerfassung mit der ISS

Datenerfassung mit der ISS 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.



Anzeigestation Davis Vantage Pro2

Anzeigestation Davis Vantage Pro2 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.


Auflösung und Fehlergrenzen der Messsensorik:

 
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.



Standortkompromisse der Sensorpositionierung

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:


Standort der Wetterstation 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.



WeatherLink-Software

Weatherlink-Software - Bildschirmausdruck 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-Software

WsWin-Software - Bildschirmausdruck 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.



Eigener Wettersatellitenempfang

Quadrifilar-Helixantenne-1   Quadrifilar-Helixantenne-2



WXtoImg-Software - Bildschirmausdruck
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.



Information: Mantelwellenfilter
bei Quadrifilar-Helix-
Antenne

Wenn man eine symmetrische QFH-Antenne direkt an ein unsymmetrisches Kabel (koaxiales Kabel) anschließt, dann kommt es zur Ausbreitung von Mantelwellen. Der Antennenstrom fließt nicht nur symmetrisch in das Koaxialkabel hinein (also innen am Schirm) (Spannung zwischen Innenleiter und Außenleiter) (Gegentaktbetrieb) sondern auch noch außen am Schirm entlang (Spannung zwischen Schirm und Erde) (Gleichtaktbetrieb, Gleichtaktwelle, Mantelwelle). Die Mantelwellenenergie gelangt nicht in die Eingangsstufe des Empfängers. Daher ist diese unerwünscht. Die Mantelwelle wird verhindert, in dem man den Widerstand, den die Mantelwelle sieht, möglichst hochohmig gestaltet.

Bei der QFH-Antenne werden in der Literatur verschiedene Möglichkeiten zur Mantelwellenfilterung genannt:

Beim Choke-Balun werden ca. fünf Windungen des ableitenden Koaxialkabels möglichst weit oben um den Antennenträger gewickelt. Diese fünf Windungen wirken als Induktivität und setzen so dem abfließenden Mantelstrom einen hohen Blindwiderstand XL entgegen.

Beim Topfbalun transformiert sich eine am Ende kurzgeschlossene Lambda viertel Leitung zu einem hochohmigen Eingangswiderstand am Anfang des Topfs.

Beim Infinite Balun wird das ableitende Koaxialkabel durch eine der Helix-Schleifen durchgezogen. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass die Helix-Schleifen aus Rohrmaterial mit nicht zu engem Biegeradius bestehen oder, dass zur Ausbildung der Helix direkt ein koaxiales Kabel benutzt wird.
Die genaue Wirkungsweise des Infinite Balun ist dem Author dieses Textes noch unklar, da in der Literatur (Stichwort: Symmetrierschleife in Zinke Brunswig Lehrbuch der Hochfrequenztechnik) die durchgezogene Länge mit Lambda viertel angegeben wird. Im speziellen Fall der QFH-Antenne ist die durchgezogene Länge jedoch eine andere als Lambda viertel.



Wetter-Kamera

Wetter-Kamera - Beobachtungsstandort 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.



Wetter-PC

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.

Wetter-PC 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).


Wetter-PC 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.



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Letzte Änderung der Seitengestaltung am 22.06.2015