DE19831317A1 - Mobile weather station; has casing enclosing central data logger coupled to climatic sensors, global positioning signal system and energy supply device - Google Patents
Mobile weather station; has casing enclosing central data logger coupled to climatic sensors, global positioning signal system and energy supply deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine tragbare Einrichtung zur Messung und Aufzeichnung von Daten, die für die klimatische Beurteilung insbesondere schwer zugänglicher Landschaften geeignet ist.The invention relates to a portable device for measuring and recording data, that are suitable for climatic assessment, especially of difficult to access landscapes is.
Im Rahmen der klimatischen Begutachtung ist es häufig erforderlich, Meßwerte entlang von Linien (z. B. Wegen) zu erfassen, die im Rahmen von Rastermessungen nicht von Meßfahrzeugen erreicht werden können. Dies kann beispielsweise im Innern von Tagebaulandschaften oder in stark gegliederten Wald- oder Berglandschaften der Fall sein. Darüber hinaus ist es im Rahmen baleoklimatischer und medizinmeteorologischer Untersuchungen verstärkt erforderlich, meteorologische und medizinische Meßdaten zeitgleich in unmittelbarer Nähe des Untersuchungsobjektes "Mensch" bzw. entlang seiner Hauptbewegungspfade zu erfassen. Zur Zeit ergeben sich solche Forderungen vor allem im Rahmen von Wärmebelastungsuntersuchungen in öffentlichen Verkehrsmitteln und bei der Ausweisung medizinisch sinnvoller Wanderrouten in der Umgebung von Heil- und Kurorten. Zukünftig sind weiterer Anwendungen aufgrund der stärkeren Beachtung der Auswirkungen von Ozon-, UV- und Blue-Light-Belastungen auf den Menschen denkbar.As part of the climatic assessment, it is often necessary to measure values along Detect lines (e.g. paths) that are not covered by grid measurements Measuring vehicles can be reached. This can happen, for example, inside Open-cast mining landscapes or in heavily structured forest or mountain landscapes. In addition, it is in the context of baleoclimatic and medical meteorological Investigations increasingly required, meteorological and medical measurement data at the same time in the immediate vicinity of the examination object "human" or along it Capture main movement paths. At the moment such demands arise mainly in As part of thermal stress tests in public transport and at Identification of medically useful hiking routes in the vicinity of health resorts and spas. In the future there will be further applications due to the greater attention to the effects of ozone, UV and blue light pollution on humans is conceivable.
Zur Weiterverarbeitung in heute verfügbaren Statistik- und GIS-Programmen ist eine saubere zeitliche und räumliche Zuordnung der Meßwerte unumgänglich. Neben einer genauen Erfassung der gewünschten Meßwerte muß das System in kurzer Zeit geänderten Aufgabenstellungen angepaßt werden können, erweiterungsfähig sein und aufgrund der Notwendigkeit seiner Mobilität durch ein geringes Eigengewicht leicht tragbar sein und sowie netzunabhängig betriebsfähig sein.For further processing in statistics and GIS programs available today is a clean one Temporal and spatial assignment of the measured values is essential. In addition to an exact The system must change the acquisition of the desired measured values in a short time Tasks can be adapted, expandable and due to the Necessity of its mobility due to its low weight to be easily portable and as well be operational independently of the network.
Im Stand der Technik ist dazu in der DE-OS 41 14 293 ein Gerät beschrieben worden, mit dem Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beschleunigungskräfte, wie Stöße, Vibrationen und dgl., aufgezeichnet werden können, die in einer auswählbaren, zeitweise unzugänglichen Umgebung auftreten. Das in der DE-OS 41 14 293 beschriebene Gerät ist zwar tragbar gestaltet, kann jedoch nur zu einer punktuellen stationären und autarken Messung unter Ausschluß einer manuellen Bedienung eingesetzt werden. Darüber hinaus ist keine Raumkoordination gewährleistet. Von der Messung werden lediglich jeweils drei definierte Größen erfaßt, wobei der Einsatz eines PC erforderlich ist. In the prior art, a device has been described in DE-OS 41 14 293 with the temperature, humidity, acceleration forces such as shocks, vibrations and the like, can be recorded in a selectable, temporarily inaccessible Environment. The device described in DE-OS 41 14 293 is portable designed, but can only be used for a selective stationary and self-sufficient measurement Manual operation can be excluded. Beyond that there is none Room coordination guaranteed. Only three of the measurements are defined Sizes recorded, the use of a PC is required.
Im DE-Gebrauchsmuster 296 00 606 ist eine tragbare Einrichtung zum Erkennen von Gefahren beschrieben, die über Schaltungen zum Empfang elektromagnetischer Wellen in Verbindung mit einem akustischen Signalgeber im wesentlichen lediglich als Gewittermelder anwendbar und als mobile Wetterstation ungeeignet ist.In DE utility model 296 00 606 is a portable device for recognizing Described hazards that occur via circuits for receiving electromagnetic waves Connection with an acoustic signal generator essentially only as a thunderstorm applicable and unsuitable as a mobile weather station.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine tragbare mobile Einrichtung zur ständigen stationären und nicht stationären Messung und Aufzeichnung von meteorologischen Daten aller Art in für die klimatische Beurteilung mittels üblicher Meßfahrzeuge schwer zugänglicher Landschaften zu entwickeln.The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art avoid and a portable mobile device for permanent stationary and not stationary measurement and recording of all kinds of meteorological data for the climatic assessment using conventional measuring vehicles to difficult to access landscapes develop.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen zentralen Datenlogger mit mehreren dem Anwendungsfall entsprechenden Sensoren gelöst. Dies können sowohl meteorologische Meßwertgeber zur Erfassung der klimatischen Umgebungsbedingungen allgemein, spezielle meteorologische (z. B. UV-Licht) oder lufthygienische (z. B. Feinstaub oder Ozon) bzw. auch medizinische oder physiologische (z. B. Hauttemperaturen, Körpertemperaturen, Puls, Blutdruck etc.) sein. Zur Gewährleistung einer sauberen räumlichen Zuordnung der Meßwerte ist das System mit einem GPS-System ausgestattet, welches die horizontalen Koordinaten in hinreichender Genauigkeit liefert. In stärker orographisch gegliederten Gelände mit charakteristischen Höhenunterschieden kann das GPS mit einer luftdruckabhängigen Erfassung der Höhe über NN kombiniert werden. Der Datenlogger übernimmt dabei die Verarbeitung der Ausgangssignale zu physikalischen Größen, die Übernahme und Aufbereitung der Raumkoordinaten und die zeitliche Zuordnung bzw. Speicherung der gewonnenen Datensätze. Im Datenlogger sind auch erste Verarbeitungen der Meßwerte möglich. Dem Träger des Meßsystems bzw. Probanten ist es dabei möglich, eigenes subjektives Empfinden, wie zum Beispiel Schwitzen, Kältestreß, Blenden etc., zu dokumentieren.According to the invention, the task is performed by a central data logger with several Use case corresponding sensors solved. This can be both meteorological Transducers for recording the climatic ambient conditions in general, special meteorological (e.g. UV light) or air hygiene (e.g. fine dust or ozone) respectively medical or physiological (e.g. skin temperature, body temperature, pulse, Blood pressure etc.). To ensure a clean spatial allocation of the measured values the system is equipped with a GPS system, which stores the horizontal coordinates in provides sufficient accuracy. In more orographically structured areas with characteristic differences in altitude can be determined by the GPS with an air pressure dependent Detection of altitude above sea level can be combined. The data logger does this Processing the output signals into physical quantities, the takeover and Preparation of the room coordinates and the temporal assignment or storage of the obtained records. The first processing of the measured values is also in the data logger possible. The carrier of the measuring system or test subject is able to make his own subjective sensation, such as sweating, cold stress, dazzling, etc. document.
Ein PC ist zur Meßwerterfassung selbst nicht erforderlich. Er dient lediglich der Programmierung der Messung im Vorfeld und der Datensicherung im Nachgang. Der Datenlogger und die Sensoren werden durch einen Akku mit Spannung versorgt, welcher wie auch der Logger in einem festen, wetterbeständigen Gehäuse in einem Rucksack mit Tragegestell untergebracht ist. Das Tragegestell selbst dient der Aufnahme der erforderlichen Sensoren, welche unter besonderer Berücksichtigung der Umgebungserfordernisse an diesem angebracht werden. Auf diese Weise wird der Einfluß des Menschen, beispielsweise als Wärmeemittent oder als Staubemittent beim Laufen über unbefestigte Wege, bei der Wahl des Anbringungsortes berücksichtigt. Erforderliche medizinische Sensoren müssen vor Beginn der Messungen am Probanden auf geeignete und bekannte Art und Weise befestigt werden und sind mittels Steckverbinder mit dem Datenlogger zu verbinden.A PC itself is not required to record the measured values. It only serves the Programming of the measurement in advance and data backup afterwards. The Data logger and the sensors are powered by a battery, which how also the logger in a solid, weatherproof housing in a backpack Carrying rack is housed. The carrying frame itself serves to hold the necessary Sensors that take special account of the environmental requirements be attached. In this way the influence of man, for example as Heat emitter or as dust emitter when walking on unpaved roads, when choosing the Location. Required medical sensors must be started the measurements are attached to the test subject in a suitable and known manner and are to be connected to the data logger using connectors.
Die in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen mobilen Wetterstation eingesetzten Sensoren und Zubehörteile sind dabei so ausgewählt, daß sie sowohl der mechanischen Belastung während der Meßvorgänge standhalten als auch Witterungseinflüssen wie Regen und Sonnenschein ausgesetzt werden können, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit kommt. Die Erfassung der subjektiven Wahrnehmungen kann beispielsweise mittels einer Reihe von Miniaturtastern erfolgen, die an einem Armband am Handgelenk des Probanten befestigt sind. Genauso denkbar ist jedoch auch der Einsatz eines kleinen umhängbaren Tableaus.The sensors used in the mobile weather station proposed according to the invention and accessories are selected so that they both the mechanical load withstand during the measuring process as well as weather influences such as rain and Sunshine can be exposed without affecting the Measuring accuracy comes. The detection of subjective perceptions can, for example by means of a series of miniature buttons on a bracelet on the wrist of the Subject are attached. However, the use of a small one is equally conceivable portable tableaus.
Gegenüber dem Stand der Technik ist die vorgeschlagene Wetterstation eine mobile Einrichtung für Messungen "unterwegs" mit bewußter Einbeziehung des Menschen in das Meßprogramm durch die Möglichkeit der Messung an der Person selbst. Darüber hinaus sind Messungen meteorologischer, lufthygienischer und medizinischer Parameter in einem System möglich. Gegenüber dem Stand der Technik ist dazu ein PC nicht erforderlich.Compared to the prior art, the proposed weather station is a mobile one Device for measurements "on the go" with the conscious involvement of people in the Measuring program through the possibility of measuring the person himself. Beyond that Measurements of meteorological, air hygiene and medical parameters in one system possible. Compared to the prior art, a PC is not required for this.
Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäß vorgeschlagene mobile Wetterstation in Form eines Meßrucksackes.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The associated Drawing shows an inventive proposed mobile weather station in the form of a Measuring backpack.
Der Meßrucksack besteht aus einer zentralen Datenlogger 3 zur Datenerfassung, einem Satelliten-Ortungssystem (GPS) 4 sowie einer Reihe meteorologischer 5 bis 7 und medizin physiologischer Sensoren 8 und 9, welche z. T. an einem Ausleger 2 am Meßrucksack, teilweise im Gehäuse 1 selbst bzw. am Körper des Trägers (Probanten) angebracht sind. Die elektrische Verbindung erfolgt über Anschlußkabel, die teilweise fest verdrahtet und teilweise steckbar ausgelegt sind. Die elektrische Versorgung erfolgt mittels eines Akku 12, der am Gehäuse 1 befestigt ist und mittels separatem Ladegerät geladen werden kann. The measuring backpack consists of a central data logger 3 for data acquisition, a satellite positioning system (GPS) 4 and a number of meteorological 5 to 7 and medicine physiological sensors 8 and 9 , which z. T. on a boom 2 on the measuring backpack, partially in the housing 1 itself or on the body of the wearer (test subjects) are attached. The electrical connection is made using connection cables, some of which are hard-wired and some of which are pluggable. The electrical supply takes place by means of a rechargeable battery 12 which is attached to the housing 1 and can be charged by means of a separate charger.
Die horizontale Standorterfassung erfolgt mittels GPS 4, die vertikale unter Anwendung der barometrischen Höhenformel aus den mittels Luftdrucksensor 13 gemessenen Daten. Vor Beginn einer Messung ist dazu eine Korrekturgröße in den Datenlogger 3 einzugeben. Die Zeitzuordnung ergibt sich aus der Systemzeit des Datenloggers 3, welche zusammen mit den Raumkoordinaten und den Meßwerten in den Datensätzen abgelegt wird. Auf der optionalen Anzeige 15 des Datenloggers 3 können die Werte der einzelnen Meßstellen angezeigt und Systemparameter (Abfrageintervall, Mittelungszeit, Systemzeit etc.) eingestellt werden. Datenlogger 3, einige Sensoren, das GPS 4 sowie die Akku-Versorgung sind im Wetterschutzgehäuse 1 untergebracht. Die meteorologischen Sensoren für Strahlung 7, Strömung 6 sowie Temperatur und Feuchte 5 sind an dem am Gehäuse angebrachten Ausleger 2 befestigt. Der Lufttemperatur-/Feuchtesensor 5 ist zum Schutz vor Strahlung und Regen in einer Schutzhütte analog der Baumbachschen Kugelhütte untergebracht. Als Strömungs- bzw. Windsensor 6 kann sowohl ein kleines Schalenanemometer als auch ein Hitzdraht- bzw. ein Hitzkugelanemometer eingesetzt werde. Zur Erfassung der Strahlung dient ein kleines Pyranometer 7. Das Gehäuse selbst kann in beliebigen Tragegestellen bzw. Rucksäcken untergebracht werden.The horizontal location is recorded using GPS 4 , the vertical using the barometric height formula from the data measured using air pressure sensor 13 . Before starting a measurement, a correction variable must be entered into the data logger 3 . The time allocation results from the system time of the data logger 3 , which is stored in the data records together with the spatial coordinates and the measured values. On the optional display 15 of the data logger 3 , the values of the individual measuring points can be displayed and system parameters (polling interval, averaging time, system time etc.) can be set. Data logger 3 , some sensors, the GPS 4 and the battery supply are housed in the weather protection housing 1 . The meteorological sensors for radiation 7 , flow 6 and temperature and humidity 5 are attached to the bracket 2 attached to the housing. The air temperature / humidity sensor 5 is housed in a shelter analogous to the Baumbach ball hut for protection against radiation and rain. Both a small shell anemometer and a hot wire or a hot ball anemometer can be used as the flow or wind sensor 6 . A small pyranometer 7 is used to detect the radiation. The housing itself can be accommodated in any carrying frame or backpack.
Auf medizinisch-physiologischer Seite sind sowohl Hauttemperatur- 8 als auch Hautleitfähig keitsmessungen, aber auch Puls- und Blutdruckmessungen 9 anschließbar, soweit sie über eine elektrische Meßwertausgabe (Analog- oder Digitalsignal) verfügen. Im Rahmen von speziellen Untersuchungen ist auch die Bestimmung der Konzentration lungengängiger Staube mittels eines Feinstaubsensors 11 in die Meßapparatur integrierbar.On the medical-physiological side, both skin temperature 8 and skin conductivity measurements, but also pulse and blood pressure measurements 9 can be connected, provided that they have an electrical measured value output (analog or digital signal). In the context of special investigations, the determination of the concentration of respirable dust can also be integrated into the measuring apparatus by means of a fine dust sensor 11 .
Zur Meßvorbereitung ist der Datenlogger 3 und das GPS 4 in Betrieb zu nehmen, die aktuelle Höhe einzugeben, die Meßapparatur im Rucksack zu verstauen, der Ausleger 2 mit den meteorologischen Sensoren in Meßstellung zu bringen und es sind die medizinisch physiologischen Sensoren am Probanten anzubringen. Während der Messung können Beobachtungen mittels Schalter 10 an die zentrale Datenerfassung weitergegeben werden. So können sowohl thermisches Empfinden (Wärmebelastung, Kältestreß) als auch Bewegungszustände (z. B. Zustand Halt/Warten) aufgezeichnet werden. Zur Ermittlung des zurückgelegten Weges dient ein im Gehäuse 1 integrierter Schrittzähler (Pedometer) 14. Nach Abschluß der Messungen können die Datensätze mittels PCMCIA-Karte oder direkt auf einem Laptop-PC gesichert und angezeigt werden. Entsprechende Schnittstellen sind am Datenlogger 3 bzw. am Gehäuse 1 vorhanden. To prepare for the measurement, the data logger 3 and the GPS 4 have to be put into operation, the current height has to be entered, the measuring equipment has to be stowed in the backpack, the extension arm 2 has to be brought into the measuring position with the meteorological sensors and the medical physiological sensors have to be attached to the test subject. During the measurement, observations can be forwarded to the central data acquisition by means of switch 10 . In this way, both thermal sensation (heat load, cold stress) and movement states (e.g. state of hold / wait) can be recorded. A pedometer 14 integrated in the housing 1 is used to determine the distance covered. After completing the measurements, the data sets can be saved and displayed using a PCMCIA card or directly on a laptop PC. Corresponding interfaces are available on the data logger 3 or on the housing 1 .
Der erfindungsgemäße Klimameßrucksack wurde im Rahmen von Begehungen von Wanderwegen in Kurgebieten zur Ausweisung medizinisch sinnvoller Wege im Rahmen der sogenannten Terrainklimatologie erfolgreich getestet und hat sich in vollem Umfang bewährt. The climate measuring backpack according to the invention was carried out on site by Hiking trails in spa areas to identify medically sensible routes within the scope of the So-called terrain climatology successfully tested and has proven itself in full.
11
Gehäuse
casing
22nd
Ausleger
boom
33rd
zentraler Datenlogger
central data logger
44th
Satelliten-Ortungssystem
Satellite positioning system
55
meteorologischer Sensor für Temperatur und Feuchte
meteorological sensor for temperature and humidity
66
meteorologischer Sensor für Strömung
meteorological sensor for flow
77
meteorologischer Sensor für Strahlung
meteorological sensor for radiation
88th
medizinisch-physiologischer Sensor für Hauttemperatur
medical-physiological sensor for skin temperature
99
medizinisch-physiologischer Sensor für Puls- und Blutdruck
medical-physiological sensor for pulse and blood pressure
1010th
Empfindungsschalter
Sensation switch
1111
Feinstaubsensor
Particulate matter sensor
1212th
Akku
battery pack
1313
Luftdrucksensor
Air pressure sensor
1414
Schrittzähler
Pedometer
1515
optionale Anzeige
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