Vývoj autonomní stanice pro měření mikroklimatu

Botanický ústav AV ČR, v. v. i., spolu s Českým vysokým učením technickým v Praze (Fakulta stavební, Katedra hydromeliorací a krajinného inženýrství) byli spoluřešiteli projektu: Vývoj a kalibrace modulární autonomní stanice pro měření vlhkostních a teplotních podmínek v rozsáhlých bodových polích (TAČR TA01021283, 2011-2013), jehož hlavním příjemcem byla soukromá firma TOMST s.r.o. (www.tomst.com).

Cílem projektu bylo vyvinout cenově dostupné autonomní zařízení pro měření půdní vlhkosti a teploty (půdní i vzdušné), které umožní kontinuální záznam měření v řádově vyšší podrobnosti než doposud používané systémy a to při zachování stejné přesnosti měření. Podrobný monitoring půdní vlhkosti umožní operativně reagovat na extrémní hydrologické události a snížit jejich negativní účinky na majetek i zdraví obyvatel. Podrobné informace o stavu půdní vlhkosti dále umožní optimální využívání vodních zdrojů pro zavlažování a omezení jejich plýtváním, zasolení půd či naopak předcházení škod způsobených nedostatkem vláhy, což přispěje jak ochraně ekosystému na jedné straně tak omezí škody na majetku na straně druhé. Na základě prostorově podrobných měření mohou být zpřesněny predikční modely chování ekosystému jak při stávajících podmínkách, tak při klimatické změně. Např. mohou být zpřesněny predikce výskytu ohrožených druhů, nebo naopak šíření druhů invazních s negativním vlivem na druhovou rozmanitost. Na základě přesnějších predikcí pak budou přijata vhodná opatření. Indikace změny klimatických podmínek a prostorově podrobnější predikce jejich vývoje umožní lépe vyhodnotit jejich dopady na ekosystémy a přijmout efektivnější a včasnější opatření např. k záchraně ohrožených druhů, či úpravy lidských aktivit ohrožených klimatickými změnami.

cidloStanice TMS3 instalovaná v extrémním vysokohorském prostředí (Ladakh, SZ Indie mezi pohořími Himálaj a Karákoram) viewtms_dataviewSnímek úvodní obrazovky grafického rozhraní software ViewTMS cidlo2První konstrukční verze stanice TMS1 instalovaná na hraně pískovcových skalních věží, NP České Švýcarsko

Oddělení GIS a DPZ Botanického ústavu se podílelo především na testování vývojových verzí při konkrétních terénních studiích a konzultacích technického řešení stanice TMS. Bylo zvoleno konstrukční řešení, které svým tvarem a rozmístěním senzorů připomíná malé rostliny. Při vertikální instalaci stanice je v místech kořenového systému (5-8 cm) pod půdním povrchem snímána půdní vlhkost a teplota. Další teplotní čidla jsou umístěna a) na povrchu půdy, kde se nejčastěji nacházejí přezimující orgány víceletých rostlin a b) 15 cm nad zemí, tedy v zóně, ve které se nejčastěji vyskytují větší části juvenilních rostlin včetně semenáčků stromů, které jsou nejvíce náchylné na teplotní extrémy.

Pro teplotní čidla byly použity standardní sensory firmy Maxim integrated, typ DS7505U+ (http://www.maximintegrated.com/datasheet/index.mvp/id/5730), s rozlišením snímání teploty 0,0625 °C a deklarovanou přesností ± 0.5 °C. Pro měření půdní vlhkosti bylo využito vlastní patentované řešení firmy TOMST s.r.o. na bázi měření časového zpoždění smyčky (TDT). Kalibrace vlhkostního čidla byla hlavním úkolem týmu z Katedry hydromeliorací a krajinného inženýrství ČVUT. Kalibrační křivky je možné stáhnout zde (http://storm.fsv.cvut.cz/123456.php?id=4projekty-ke-stazeni), nebo přímo z webu firmy TOMST (http://tomst.com/tms). Stanice obsahuje paměť pro záznam cca 500 tis. záznamů. Data tedy při běžném provozu není nutné mazat a stanice zároveň slouží jako záloha dat. Integrované baterie zajistí provoz minimálně na 5 let měření při hustotě záznamu každých 15 minut. Stanice v současné době komunikuje s PC (Windows) pomocí kabelu a USB rozhraní. Je plánováno uvedení bezdrátového přenosu.

Na podporu práce s velkým množstvím záznamů z více instalovaných stanic byl v BÚ AV ČR vyvinut software ViewTMS, který umožňuje:

  • jednoduchou vizualizaci dat ze stanic přímým načtením souborů vytvořených při stažení dat ze stanice,
  • editaci dat (odstranění chybných záznamů, náhradu chybějících, detekce kontinuity záznamu),
  • sumarizaci dat v podobě denních, týdenních či měsíčních průměrů, minim, maxim, nebo výpočet sumy efektivních teplot při volitelném základu.

Software je volně dostupný ke stažení: