Meteo Tracker

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LA STAZIONE METEO CHE VIAGGIA CON TE

La Sezione Meteo dell’Osservatorio Polifunzionale del Chianti collabora come betatester nell’auitare i progettisti a sviluppare e testare tale progetto che noi riteniamo utile ed importante, con il quale realizzeremo dei progetti scientifici e di ricerca per la nostra Regione.

Meteo Tracker è un prodotto di IoTopon srl, una startup innovativa focalizzata sull’Internet of Things con particolare attenzione alla raccolta e gestione dei dati meteo e ambientali, attraverso dispositivi per l’acquisizione di dati mobili connessi a piattaforme sw completamente integrate. IoTopon offre anche servizi di consulenza IoT, HW e antenna. Un sistema a basso costo e ad alta precisione per l’acquisizione mobile e il monitoraggio dei dati meteorologici, potenzialmente trasformando qualsiasi veicolo in una stazione meteorologica in viaggio. Meteo Tracker è costituito da un multisensore da installare esternamente su un veicolo, un mobile APP e una piattaforma WEB ed esegue l’acquisizione di dati meteorologici spazialemente continui, affrontando la grave limitazione della rete standard di stazioni meteorologiche fisse, il cui sotto campionamento spaziale non consente la caratterizzazione meteorologica e climatica ad alta risoluzione ancora più richiesta.

Progetto e sue Finalità:

Quanti gradi ci sono?

Ci sarà freddo dove stiamo andando?

Quale è stata la località più fredda stanotte?

Basta un rapido sguardo al web, o allo screensaver del nostro smartphone, per avere una (apparente) risposta. 

Ma è davvero quello il valore che ci aspetta fuori casa o nella località dove ci stiamo recando? Ed è realmente quello il luogo dove si è registrata la temperatura più bassa?

No, o perlomeno non è affatto detto che sia così. 

Vediamo perché.

I dati che provengono dalla rete di stazioni fisse sono generalmente accurati e affidabili. Un po’ meno quelli che leggiamo sullo screensaver dello smartphone, spesso frutto di interpolazioni con le quali si cerca di supplire all’assenza di stazioni meteo in una data località.

Ma non è questo il punto.

Perché per quanto il dato di temperatura possa essere accurato e garantito, in certe situazioni meteorologiche tutt’altro che infrequenti il dato proveniente da una stazione fissa non potrà mai fornire una corretta rappresentazione della distribuzione termica nell’area geografica che ad essa fa riferimento.

Per un motivo ben noto agli esperti di meteorologia: la temperatura dell’aria ha spesso una variabilità spaziale molto marcata e il dato misurato in un punto può essere assai diverso da quello che si misurerebbe anche a poche centinaia, talvolta decine di metri di distanza. 

Alcuni dati 

Tra due punti di uno stesso borgo distanti 400 m abbiamo misurato oltre 10° C di differenza, passando da temperature ben sopra lo zero a valori abbondantemente negativi. Diventa così complicato dire quale fosse la temperatura ad Hauzenberg (Germania) la notte tra il 1° e il 2 gennaio 2020.  La risposta più corretta: tutti i valori compresi fra +4.9° C e -5.3° C. 

Scendendo di latitudine e cambiando stagione, altri dati di notevole interesse.

La notte del 7 luglio 2019 in un tratto costiero di circa 20 Km della Sardegna sud-orientale abbiamo rilevato un’altalena termica compresa tra 32.8° C e 22.1° C, che trovava il suo apice, in termini di rateo di variazione spaziale, in località Geremeas, dove è stato misurata una differenza di 8.5° C in 400 m di percorso (da 30.6° C a  22.1° C).

Tante altre, e ognuna con le sue peculiarità, sono le sessioni di acquisizione mobile che dimostrano come l’estrema variabilità spaziale del dato di temperatura non rappresenti affatto un’anomalia, bensì una condizione tipica in situazioni meteorologiche tutt’altro che infrequenti.

Oltre alle condizioni di inversione termica, che in molte aree geografiche sono quelle prevalenti nel semestre freddo e non solo, anche le brezze, le interferenze tra complessi montuosi e venti sostenuti (stau/fohn), profili altimetrici particolari, natura del suolo, effetto “isola di calore” urbana e altri fattori territoriali-ambientali di origine antropica possono dare origine a sbalzi termici spaziali molto accentuati.

Situazioni in cui da un lato si manifesta in tutta la sua rilevanza il limite intrinseco della rete di stazioni fisse, la cui portata informativa risulta, in questi casi, fortemente depotenziata; dall’altro emerge il potenziale, e l’utilità, delle misure in mobilità, una fonte di conoscenza meteo poco esplorata che assume un notevole valore sia contingente (il dato di quel momento e in quel punto) che statistico (la caratterizzazione climatica ad altissima risoluzione spaziale).

Una modalità di esplorazione meteo, quella mobile, che lo sviluppo tecnologico – dalla connettività globale ai progressi nella sensoristica – consente oggi di effettuare perseguendo il paradigma vehicle as a station: il mezzo di trasporto che diventa una stazione mobile grazie a dispositivi low-cost.

Ma è necessario che il sistema di misura, per poter esser adoperato in mobilità, soddisfi requisiti ben precisi e niente affatto scontati.

Rapidità di misura ed elevata risoluzione spaziale del campionamento.
Sono due dei requisiti fondamentali che una stazione meteo deve possedere per poter  esser utilizzata in mobilità, senza i quali non è possibile rilevare correttamente le rapide variazioni termiche che si incontrano in mobilità.

Lo illustra molto bene una sessione effettuata il 19 ottobre scorso, dove l’alta densità spaziale delle acquisizioni e la velocità di misura di MeteoTracker hanno consentito di acquisire dati che confermano quanto l’area dei Colli Albani (Lazio) sia tra le più termicamente movimentate d’Italia e di identificare con elevata precisione il confine orografico tra l’ambito freddo sottoposto a forte inversione termica (temperatura minima di 1.3 °C e formazione di nubi prossime al suolo, come documentato dalle MeteoPhoto scattate nel corso della sessione) e quello ben più mite immediatamente contiguo (temperatura massima di 13.9 °C).
La visualizzazione su mappa e su grafico della sessione evidenzia come bastino poche decine di metri per avere variazioni di diversi gradi centigradi e come, nel breve volgere di circa 2 km, la differenza di temperatura arrivi a ben 12.3 °C .


In simili contesti termici, molto più frequenti di quanto comunemente si pensi, un sistema di misura non sufficientemente veloce riporterebbe dati del tutto sganciati con la realtà, in quanto il sistema non farebbe in tempo, durante il transito, ad allineare il dato misurato a quello vero. E se il dato vero cambia rapidamente ciò significa mancare l’obiettivo stesso della misura.

Per es., il termometro dell’auto in simili contesti riduce le vere variazioni anche di 5 volte, ossia anziché i 10 °C di reale variazione ne riporterà 2 (come da noi verificato nel corso di questa sessione).
La velocità di misura, quando si parla di temperatura dell’aria, dipende dall’inerzia termica del sistema [sensore + supporto] e dalla ventilazione a cui i sensori sono sottoposti (maggiore è la ventilazione, più rapidamente il sensore si allinea alla temperatura dell’aria).

MeteoTracker può vantare un’elevata velocità di misura perché i due sensori di temperatura (il sistema è differenziale dual-sensor), grazie al sistema brevettato RECS (Radiation Error Correction System), non devono essere racchiusi all’interno di uno schermo solare, il quale oltre che la radiazione ridurrebbe notevolmente anche la ventilazione.

Inoltre, la scheda elettronica in cui sono montati i sensori è stata progettata per essere particolarmente sottile (meno di 1 mm) e dunque con ridotta inerzia termica.

Da qui una rapidità di misura che ci ha consentito di rilevare variazioni di temperatura anche di 10.2 °C in soli 34 secondi (400 m di distanza percorsi a 40 km/h).

Vettori applicativi del sistema Meteo Tracker:

Il Meteo Tracker può essere usato sia con :

  • Autoveicoli
  • Biciclette
  • Motociclette
  • Ultraleggeri, parapendii, piccoli aerei
  • Su piccole imbarcazioni sprovviste di stazione meteo
  • A piedi da escursionisti o appassionati di camminate

Il sistema Meteo Tracker info Multisensore:

  • DATI MISURATI – Temperatura, umidità, pressione (altitudine).
  • DIMENSIONI – 35 mm x 75 mm x 75 mm
  • PESO – 40 gr
  • ACCURATEZZA:

• Temperatura +/- 0.5°C
• Umidità +/- 3%
• Pressione +/- 1 hPa
• Altitudine +/- 10 m
• Radiazione Solare

Sistema (brevettato) per una misurazione accurata della temperatura (+/- 0,5°C) anche in condizioni di esposizione solare.

  • TEMPO DI RISPOSTA (MISURA DI TEMPERATURA) -Tempo di assestamento di 30 s per una variazione di temperatura dell’aria da 7°C a 0°C a una velocità di 3 m/s.
  • CONNETTIVITÀ – Connessione BLE.
  • BATTERIA – 300 + ore di autonomia, batteria ricaricabile a polimeri di litio da 200mAh, tempo di ricarica 3 ore con connettore USB.
  • SISTEMA DI FISSAGGIO – Magnetico.

Sensore ben esposto all’aria per un’elevata velocità di misura ma anche adeguatamente schermato per avere rilevazioni accurate sotto il sole.
Se però il sensore è ben schermato, cala drasticamente anche la ventilazione e con essa la velocità di misura, perdendo così la capacità di rilevare le brusche variazioni di temperature che si incontrano in mobilità.
Viceversa, se il sensore è ben esposto all’aria sarà la schermatura, e con essa l’accuratezza, ad esser sacrificata.

  • È questo il conflitto di requisiti che rende assai complicato effettuare valide misure in mobilità della temperatura dell’aria. Il multi-sensore MeteoTracker lo risolve con un sistema brevettato in cui la radiazione solare non viene contrastata ma gestita, eliminando così la necessità di schermare il sensore e lasciando dunque campo aperto a una piena ventilazione del sensore di temperatura.
  • Facciamo un passo indietro.
  • La grandezza fisica è la stessa – la temperatura dell’aria – ma quando si passa da misure da fermo (stazioni fisse) a misure in mobilità la sua natura cambia sensibilmente: non più un parametro che varia lentamente nel tempo bensì una grandezza che in pochi secondi può subire oscillazioni anche di 10° C.
    La rapidità di misura (la velocità nel rilevare un cambiamento nella grandezza misurata) è dunque un requisito fondamentale per non incorrere in dati di scarsa qualità, se non totalmente errati.
  • Una sessione da noi effettuata il gennaio scorso lo dimostra: mentre MeteoTracker rilevava 10.2° C di variazione (da +4.9°C a – 5.3° C) in 400 m di strada (tempo di percorrenza 37 secondi), il termometro dell’auto registrava soltanto 2° C di variazione. Un errore di 8° C.
  • Ma, come abbiamo detto, conciliare un’elevata velocità di risposta e misure accurate anche sotto il sole è un rebus di difficile soluzione con l’approccio tradizionale.
    Una buona struttura schermante, infatti, oltre a essere poco compatibile per un utilizzo su veicolo, deve avere una conformazione tale per cui anche il flusso d’aria che investe il sensore di temperatura racchiuso al suo interno cala drasticamente. E con esso la velocità di misura (maggiore è il flusso d’aria che investe il sensore minore sarà il tempo impiegato dal sensore per allinearsi alla temperatura dell’aria).
  • “An ideal radiation shield would block all solar radiation; however, this is currently impossible because openings are necessary to allow airflow through the shield”. [American Journal of Meteorology http://journals.ametsoc.org/doi/full/10.1175/1520-0426%282001%29018%3C0851%3ATEOTAM%3E2.0.CO%3B2]
  • Nelle misure statiche, il problema è di scarso rilievo perché la temperatura dell’aria, come dicevamo in apertura, cambia molto lentamente rispetto al contesto mobile (abbiamo visto: anche 10° C in soli 34 secondi) e la lentezza del sistema non introduce errori rilevanti. Quello che serve, in questo caso, è un buon schermo solare.
  • In mobilità, invece, la convivenza dei due requisiti diventa dirimente.
  • MeteoTracker risponde a questa problematica con un sistema brevettato “differenziale dual-sensor”  (Radiation Error Correction System, RECS) in cui due sensori identici vengano investiti dalla radiazione solare con un’intensità diversa opportunamente calibrata.
    La differenza di temperatura che i due sensori riportano (maggiore quando il sole è forte, minore quando il sole è debole) diviene così un parametro che consente di determinare e correggere l’errore dovuto alla radiazione solare.
    In questo modo, il dato riportato da MeteoTracker mantiene un’elevata accuratezza anche a bassissima velocità (quando la ventilazione è molto debole e il problema della radiazione si fa particolarmente sentire).
    Inoltre, poiché non sono necessarie schermature, si mantiene un’elevata esposizione dei sensori al flusso d’aria e dunque l’indispensabile velocità di misura.
    Con il sistema RECS si risolve anche un terzo problema che emergerebbe nelle misure effettuate con l’approccio classico, ossia il fatto che in presenza di irraggiamento solare la temperatura riportata dal sistema di misura aumenterebbe al calare della velocità e, viceversa, diminuirebbe quando si accelera:
  • minore velocità = minore ventilazione → maggiore l’errore dovuto al sole
  • Col sistema brevettato di MeteoTracker si instaura una contro-reazione per cui al diminuire della velocità aumenta la differenza nei valori di temperatura riportati dai due sensori e dunque si incrementa anche il fattore correttivo, che riallinea il valore misurato al dato corretto.

Il sistema Meteo Tracker info App mobile:

  • DATI ACQUISITI:

• Temperatura.
• Umidità.
• Inversione termica.
• Pressione.
• Altitudine e velocità.
Geotaggati e inviati in tempo reale sul cloud.

  • MODALITÀ DI VISUALIZZAZIONE:

• Su mappa, grafico e in formato numerico.
• Correlazione tra grafici e mappa.
• Riquadri in tempo reale interscambiabili.

  • CARATTERISTICHE:

• Acquisizione fotografie con sovraimpresso tag con dati meteo del momento dello scatto.
• Distanza fra le acquisizioni regolabile dall’utente.
• Sincronizzazione automatica con il cloud dei dati raccolti offline.
• Indicazione percentuale del livello di carica della batteria.
• Strumenti avanzati di visualizzazione (grafici, mappa, correlazione tra mappe grafici, statistiche).

  • SOCIAL

• Condivisione delle sessioni in tempo reale e in archivio.

Il sistema MeteoTracker info Web app:

  • DATI VISUALIZZATI

• Temperatura.
• Umidità.
• Inversione termica.
• Pressione.
• Altitudine.
• Velocità.

  • MODALITÀ DI VISUALIZZAZIONE:

• Su mappa, grafico e in formato numerico, in tempo reale e archivio.
• Su Street View in tempo reale.
• Correlazione tra grafici e mappa.

  • CARATTERISTICHE:

• Ricerca dei dati per sessione o per area geografica su mappa.
• Filtri di ricerca per località di arrivo e di partenza, range di temperatura e altri filtri avanzati.
• Mappa e grafici visivamente correlati.
• Scala cromatica su mappa regolabile.
• Archivio personale.
• Dati globali della community.

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