Wolkensensor und neuronale Netze
Ein Projekt zu Erkundung der Möglichkeiten neuronaler Netze. Mit wenigen Helligkeitssensoren wird der Deckungsgrad der Bewölkung gemessen.
Das Ziel des Projekts ist, die Programmierung und den Einsatz von künstlichen neuronalen Netzen zu erkunden. Im Versuchsaufbau werden mehrere Sensoren (Helligkeit, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit) an einen Einplatinencomputer angeschlossen. Messwerte werden in regelmässigen Abständen in einer Datenbank gespeichert. Ein neuronales Netz berechnet den Deckungsgrad der Bewölkung.
- Sensorphalanx
- Helligkeitssensoren (LDR) messen verschiedene Lichtparameter des Himmels. In einer Aufbaustufe werden auch Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchte gemessen.
- Datenaquisition
- In z.B fünfminütigem Abstand werden die Sensoren abgefragt, und die Messwerte an die Datenbank geschickt.
- Datenbank / Frontend
- Aktuelle Messwerte werde ausgelesen und in einem Dashboard angezeigt. In einer Histogrammdarstellung wird ein zeitlicher Verlauf dargestellt.
Für die Berechnung der Bewölkung werden mehrere Helligkeitswerte und andere Parameter erfasst:
- Direktes und diffuses Licht
- Ein LDR-Sensor ist nach unten auf eine halbkugelförmige Reflexionsfläche gerichtet. Direktes Sonnenlicht, als auch diffuses Umgebungslicht des Himmels werden von der matten Oberfläche reflektiert.
- Diffuses Licht
- Ein Sensor ist ins Zenit ausgerichtet. Durch Positionierung in einer Röhre wird der Messwinkel begrenzt, direktes Sonnenlicht fällt niemals auf diesen Sensor.
- Blaus Licht
- Im Messwinkel begrenzt, und mit einer Farbfolie versehen messen zwei Sensoren jeweils den Rot- und Blauanteil des diffusen Lichts.
- Tageszeit
- Die Wolkendeckung bildet sich zu verschiedenen Uhzeiten u.U. in verschiedenen Farb und Helligkeitskombinationen ab.
- (Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchte)
- Die vorherrschende Wolkenart wird möglicherweise stark durch diese Parameter bestimmt. Die Sensoren werden in einer weiteren Ausbaustufe hinzugefügt.
Als Zielparameter sollen berechnet werden:
- Wolkendeckung
- Der Grad der Bewölkung, bei Cirrus die Abschwächung des Sonnenlichts durch die Wolken, bei Cumulus der Anteil an Bedeckung der Himmelsfläche.
- Bewölkungsart
- Das Spektrum von Cumulus- bis Cirrusbewölkung wird berechnet.
- Regenwahrscheinlichkeit
- Möglicherweise kann eine Aussage über zukünftige Regenfälle abgeschätzt werden.