PT109124A - Sistema remoto de sensorização climático, monitorização, comunicação e arquivo, tempo real, de radiações solares - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DEFINE-SE COMO UM SISTEMA QUADRICULAR DE SENSORIZAÇÃO CLIMÁTICA, COMUNICAÇÕES/INFORMAÇÃO EM TEMPO REAL E ARQUIVO DA INCIDÊNCIA SOLAR, PELA GERAÇÃO DE QUADRÍCULAS DE, PREFERENCIALMENTE 20KM A 40KM DE LADO/900 KM2, 30KM DE LADO/900 KM2, A QUAL É OBTIDA PELA PROJEÇÃO DE UMA REDE VIRTUAL QUADRICULAR SOBRE A PLATAFORMA SIG (SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA) DO TERRITÓRIO, ORIENTADA A N/S-E/W. ADICIONALMENTE A PRESENTE INVENÇÃO É CONSTITUÍDA POR UM SERVIDOR, UNIDADES DE SENSORIZAÇÃO E COMUNICAÇÕES (DESCRITAS ABAIXO) E POR DISPOSITIVOS MÓVEIS. A COMUNICAÇÃO ENTRE ESTES DIVERSOS COMPONENTES É FEITA DA SEGUINTE FORMA, AS UNIDADES DE SENSORIZAÇÃO E COMUNICAÇÕES CAPTAM A INFORMAÇÃO DESEJADA DA RADIAÇÃO SOLAR E TRANSMITEM-NA PARA O SERVIDOR, O QUAL ESTÁ NUM QUALQUER LOCAL FIXO NO TERRENO, O SERVIDOR AO RECEBER A INFORMAÇÃO EMITE A MESMA PARA OS DISPOSITIVOS FÍSICOS, OS QUAIS A DISPONIBILIZAM AOS UTILIZADORES. ESTES DISPOSITIVOS PODEM SER NUM QUALQUER NÚMERO.

Description

DESCRIÇÃO "SISTEMA REMOTO DE SENSORIZAÇÃO CLIMÁTICO, MONITORIZAÇÃO, COMUNICAÇÃO E ARQUIVO, TEMPO REAL, DE RADIAÇÕES SOLARES"

Enquadramento da invenção

Existe uma relação causa/efeito, direta, exata e instantânea entre o aumento da incidência solar UV-B e a diminuição do espessamento ou a fragmentação da "camada de ozono" (filtrante e geoestacionária) . Estas variações são permanentes e na vertical de superficies territoriais de várias dimensões e são a consequência direta da libertação e concentração dos chamados gases motivadores do efeito de estufa e aquecimento global, com graves consequências nas alterações climáticas.

Atualmente e embora exista alguma (pouca) sensorização de superfície, são os sensores instalados em satélites que geram dados que, processados por softwares de análise algorítmica, definem os valores estimados que compõem um mapa virtual e global da incidência de radiações UV-B na superfície terrestre. No entanto a sensorização por satélite combinada com outros dados atmosféricos gera estimas com consideráveis margens de erro, tanto em valores instantâneos como em leituras e previsões dedicadas a pequenas áreas geográficas. A reduzida sensibilidade da sensorização por satélite configura quadrículas atmosféricas e territoriais de grandes dimensões (centenas de milhares de Km2), com capacidade limitadas apenas à deteção de grandes descontinuidades ou variações no espessamento da referida camada de ozono, cujas variações morfológicas de menores dimensões são constantes e permanentes, motivando incidências UV-B consideráveis (entre outras), em espaços geográficos de pequena dimensão. Por agora, esta é a informação da incidência UV-B disponibilizada ao Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA) e às congéneres europeias (fonte: Eurosun) ou seja apenas de grandes superficies territoriais, não podendo desta forma serem monitorizadas para este efeito superficies territoriais menores, como praias, cidades, superficies urbanas que tanto interesse suscitam para este fim, pois em muito poderia melhorar a qualidade habitacional e ocupacional destes espaços do território, uma vez que a incidência de raios UV pode afetar em muito a vida humana.

Foram estes factos que motivaram a desenvolver a presente invenção, um sistema dedicado, organizado e de dimensão territorial, de sensorização, monitorização, comunicações em tempo real e arquivo das radiações solares, dados da incidência solar à superfície (ground level), a iniciar-se na gama de frequências UV-B, mas eventualmente extensível a outras frequências da luz solar, numa rede de superfície e de pormenor regional.

Breve descrição da invenção A presente invenção define-se como um sistema quadricular de sensorização climática, comunicações/informação em tempo real e arquivo da incidência solar, a iniciar-se na radiação UV-B à superfície (ground levei) mas não restrito a esta radiação, pela geração de quadrículas de pequenas dimensões, obtidas pela projeção de uma rede virtual quadricular sobre a plataforma SIG (Sistema de Informação Geográfica) do território, orientada a N/S-E/W. No local no terreno correspondente ao centro de cada quadrícula virtual será instalado um equipamento de pequenas dimensões e de baixo consumo energético, a que foi dada a denominação de USC -Unidades de Sensorização e Comunicações, em funcionamento uma hora após o nascer do sol e desligam-se uma hora antes do pôr-do-sol, 365 dias por ano, pois as radiações solares elevadas, particularmente as UV-B, não são um exclusivo da Primavera e do Verão. A presente invenção inclui na sua constituição uma plataforma para monitorização atmosférica e ambiental, a nível, que apresenta as seguintes informações e potencialidades, não sendo estas restritas a tipo de radiação solar indicado: • cadastro da incidência UV-B a configurar um mapa, permanente e em tempo real da morfologia da camada do Ozono, capacitando, quadrícula a quadrícula (30x30 Km) , uma análise evolutiva e comportamental da libertação e da concentração dos gases motivadores do efeito de estufa e simultaneamente estudo comportamental da luz solar por interferência dos vários tipos de nebulosidades atmosféricas; • agregação da corrosão em metais, não metais, ligas e soldaduras e da fragmentação molecular em tintas, vernizes, revestimentos, telas, borrachas, plásticos e polímeros, uma vez que as atuais incidências UV-B estão pôr em causa as soluções encontradas há 30 anos para filtrar ou bloquear estas radiações; • cadastro da incidência UV-B para apoio à decisão empresarial e à monitorização, no âmbito das biotecnologias florestal e agroalimentar. Avaliação da sensibilidade, do crescimento e da qualidade das espécies florestais e agroalimentares em função das respostas genéticas de adaptação às atuais incidências UV-B; • análise de efeitos e eventuais consequências, em ecossistemas nucleares, da mudança de rotinas em inúmeras espécies de aves, cetáceos e abelhas, entre outras; • na área da apicultura, a avaliação quantitativa e qualitativa do mel em função da adoção de novas rotinas de auto preservação e das respostas genéticas de adaptação; • mapeamento permanente e em tempo real, das variações morfológicas da camada do ozono sobre o território; • monitorização em tempo real, tanto da geração de gases poluidores como a sua dissipação atmosférica a partir da derivação de redundâncias consolidadas da relação entre as componentes gasosas + densidade/concentração e a filtragem ou bloqueamento das incidências UV-B. Também esta aplicação irá dar origem a um cadastro que configurará históricos da evolução da poluição nessa região, cuja implementação é pouco onerosa e simples, na instalação; uma USC no centro da área a monitorizar e 4 USC a 5 Kms da periferia (N-S/E-W) dessa área irão gerar conteúdos UV-B, que pela proximidade entre as USC deveriam ser iguais. Será essa diferença que corresponderá ao nivel de poluição nesse território; • monitorização da poluição e da interferência das nuvens; • análise e quantificação dos efeitos das atuais radiações UV-B, no crescimento e desenvolvimento de espécies florestais e agroalimentares; • cadastro da incidência UV-B a configurar um mapa da morfologia da camada do Ozono, permanente e em tempo real, capacitando também, quadrícula a quadrícula (30x30 Km), uma análise evolutiva e comportamental da libertação e da concentração dos gases motivadores do efeito de estufa; • cadastro da incidência UV-B, como uma nova ferramenta de apoio à decisão e à monitorização, no âmbito das biotecnologias florestal e agroalimentar. Avaliação da qualidade das espécies agroalimentares em função das respostas genéticas de adaptação às atuais incidências UV-B; • análise da sensibilidade de espécies vegetais, onde se incluem as de consumo alimentar, permitindo a qualquer empresa ou empresário agrícola poder escolher a quadrícula mais adequada à produção da espécie pretendida, ou em sentido contrário, qual a espécie que mais se adequa aos terrenos que possui em determinada quadrícula. Cruzando esta informação com as características do solo, altitude e histórico meteorológico, serão determinadas as quadrículas de excelência para a produção de determinadas espécies ou eleitas as espécies adequadas para a produção em determinada quadrícula.

Em particular, considera-se que, se num sentido as definições estimadas por satélite, com detalhe territorial reduzido, configuram a estima de valores da incidência UV-B na superfície, também e em sentido inverso, a sensorização UV-B de superfície (ground levei) e numa quadrícula reduzida da presente invenção, configura as variações morfológicas da camada do ozono, em tempo real e numa quadrícula correspondente à do território, traduzindo-se no mapeamento permanente e permitindo a elaboração de um cadastro territorial e dos inerentes relatórios evolutivos, em quaisquer intervalos temporais definidos. Esta potencialidade é conseguida através da análise ao cruzamento e à comparação de dados/satélite (espessamento, constituição química, concentração/densidade, etc) com os dados quadriculares da incidência UV-B, à superfície, definidos pela presente invenção. Desta forma a geração de algoritmos com premissas sólidas e margens de erro reduzidas irá traduzir-se numa aproximação a redundâncias consolidadas. A presente invenção pode ainda ser aplicada na monitorização da poluição em espaços territoriais muito inferiores ao das quadrículas, como cidades ou zonas industriais. Neste caso, de sentido inverso, serão os conteúdos UV-B comparados que irão quantificar as variações e descontinuidades da poluição, a atuar como um filtro.

Acrescenta-se que a presente invenção pode ainda definir a utilização das USC's - Unidades de Sensorização e Comunicações para navios, com rotas a serem escolhidas pela conveniência da sensorização a operacionalizar. Ao longo da navegação e através de uma sequência pré-definida e geo- localizada, a USC arquiva os dados sensorizados e, automaticamente, transmiti-os para um servidor assim que entre numa zona com rede GSM. 0 conhecimento dos comportamentos da atmosfera sobre os oceanos reveste-se de uma importância nuclear, tanto pelo conhecimento mapeado e evolutivo da camada do ozono, como para a procura de eventuais soluções que possam motivar a atenuação dos efeitos climáticos.

Pode ainda, à semelhança do supracitado, utilizar as USC's - Unidades de Sensorização e Comunicações para aviões, com rotas a serem escolhidas pela conveniência da sensorização a operacionalizar. Ao longo dos voos e através de uma sequência pré-definida e geo-localizada, a USC arquiva os dados sensorizados e, automaticamente, transmiti-os para um servidor assim que entre numa zona com rede GSM. 0 conhecimento dos comportamentos da atmosfera em diferentes altitudes, reveste-se de uma importância nuclear, tanto pelo conhecimento mapeado e evolutivo da camada do ozono, como para a procura de eventuais soluções que possam motivar o conhecimento prévio e a atenuação dos efeitos climáticos.

Descrição detalhada da invenção A presente invenção define-se como um sistema quadricular de sensorização climática, comunicações/informação em tempo real e arquivo da incidência solar, a iniciar-se na radiação UV-B à superfície (ground levei), pela geração de quadrículas de, preferencialmente 20Km a 40Km de lado/900 Km2, 30Km de lado/900 Km2, a qual é obtida pela projeção de uma rede virtual quadricular sobre a plataforma SIG (Sistema de Informação Geográfica) do território, orientada a N/S-E/W. Por exemplo para Portugal será composta uma rede de 118 quadrículas no Continente e de 14 nos arquipélagos dos Açores (11) e da Madeira (7).

Adicionalmente a presente invenção é constituída por um servidor, Unidades de Sensorização e Comunicações (descritas abaixo) e por dispositivos móveis. A comunicação entre estes diversos componentes é feita da seguinte forma; as Unidades de Sensorização e Comunicações captam a informação desejada da radiação solar e transmitem-na para o servidor, o qual está num qualquer local fixo no terreno, esta comunicação pode ser realizada via wireless ou outra. 0 servidor ao receber a informação emite a mesma para os dispositivos físicos, os quais a disponibilizam aos utilizadores. Estes dispositivos podem ser num qualquer número.

No local real, no terreno, correspondente ao centro de cada quadrícula virtual será instalado um equipamento de pequenas dimensões (por exemplo 0.20 x0.20 x 0.20m) e de baixo consumo energético, a que foi dada a denominação de USC - Unidades de Sensorização e

Comunicações. As USC entram em funcionamento uma hora após o nascer do sol e desligam-se uma hora antes do pôr-do-sol, 365 dias por ano, pois as radiações solares elevadas, particularmente as UV-B, não são um exclusivo da Primavera e do Verão.

As USC podem ser instaladas em alternativa em locais móveis, como veículos motorizados, barcos, aviões, etc.. Neste caso a comunicação dá-se apenas entre a USC e o servidor, ficando a informação arquivada neste para futura análise e tratamento para fins variados.

Cada USC integra os seguintes componentes: • sensor de incidência da luz solar, inicialmente UV-B, equipado com corretor de cossenos que maximiza a sensorização independentemente da inclinação da incidência solar, uma vez que permite medir as radiações próximas do horizonte, no nascer e pôr do sol. Este sensor agrega um software, reporta a um controlador e tem certificação europeia; • computador ou controlador (de gestão operacional) com software integrado, que recebe as leituras contínuas do sensor de incidência da luz solar, inicialmente UV-B e numa sequência definida ou remotamente comandada, transfere os conteúdos para um módulo GSM de comunicação de dados, em simultâneo com alarmes e reports de funcionamento. 0 comando remoto de todas as configurações operacionais é permanente e parametrizável quadricula a quadricula e nas intermitências funcionais ou temporais definidas; • módulo GSM de comunicação de dados o qual é responsável pela comunicação ao servidor dos dados recebidos do controlador, em intervalos definidos. Em sentido contrário, recebe comunicações do comando remoto de parâmetros operacionais, que transmite ao controlador; • célula fotoelétrica (inclui software) conectada ao computador ou controlador (de gestão operacional) , a qual deteta as variações súbitas da intensidade da luz solar com a passagem de nuvens, gerando um atraso que evita as comunicações inerentes ao período de redução e reposição dos valores de incidência. Esta aplicação reduz significativamente os custos operacionais das comunicações e de energia; • bateria (iões de litium) de "backup", com controlador e alarme, com capacidade para cinco dias de funcionamento autónomo do equipamento em caso de avaria ou falhas energéticas. Esta dirige alarmes e relatórios operacionais ao servidor, através do módulo de comunicações GSM.

Conforme referido, estes equipamentos serão instalados em locais correspondentes ao centro de cada quadricula virtual, ou o mais próximo possível, por exemplo em edifícios públicos como Câmaras Municipais, Juntas de Freguesia ou em Quartéis de Bombeiros Voluntários. Como contrapartida nestas parcerias a formalizar, será atribuído um código de acesso/utilizador à plataforma da presente invenção, por exemplo via web.

Embora remotamente programáveis, as USC comunicam, em modo de rotina, apenas quando o valor da incidência muda (exceto no período de interferência de nuvens). Para que tal seja possível, e apenas no caso emque as USC estão instaladas em local fixo, ou seja no local no terreno correspondente ao centro virtual da quadrícula, existem disponíveis dispositivos físicos no terreno, de informação pública que estão no espaço territorial correspondente a cada quadrícula virtual receberão e exibirão o mesmo valor da incidência UV-B (inicialmente) , tanto em zonas urbanas como não urbanas.

Todos os dispositivos físicos de informação pública da incidência UV-B alojam no interior uma URD -Unidade de Recepção Dados, constituída por uma placa de comunicação GSM acoplada a um controlador que comanda o painel eletromecânico ou electrónico de informação/exibição de dois dígitos (de 1 a 11, que é o valor máximo da incidência UV-B). Em simultâneo e no que refere aos dispositivos físicos, este controlador (+software) receberá da Associação Bandeira Azul Europeia (ABAE), por GSM/Dados, informações referentes à qualidade da água e da areia da praia, que projetará em dois visores luminosos embutidos nos referidos dispositivos físicos. 0 suporte energético será garantido por painéis solares integrados nos placards de informação pública. Não existe qualquer limite para URD'S a instalar no espaço territorial correspondente a cada quadrícula virtual. À semelhança da USC, também as URD estarão equipadas com uma bateria de backup (iões de litium), de forma a suportarem o funcionamento das componentes electrónicas pelo período de 5 dias, em situações de falha ou incapacidade energética do painel solar ou por nebulosidade persistente.

Importa referir que é necessária a instalação destes dispositivos físicos, adiante designados de placares de informação estáticos.

Estes placares, são estáticos e apresentam componentes eletrónicos de comunicação, gestão e energia (URD - Unidade de Receção e Gestão de dados) , são sustentados por estrutura de fixação ao solo, integram um painel solar, um painel luminoso eletromecânico que disponibiliza a informação recebida pelo servidor ou por leds e aloja no interior uma estrutura de reforço em aço inox, todas as componentes eletrónicas de gestão, comunicações e energia e uma bateria de backup. Pode apresentar um sensor de impacto para detecção de vandalismo ou roubo. A estrutura de fixação ao solo é preferencialmente um tubo de aço, em que os componentes são instalados no seu interior embebidos em óleo de pH neutro para que, no caso de serem instalados junto à costa, não sejam destruídos pelo salitre e água.

Nestes placares estão incluídos espaços de informação Instituto de Socorros a Naúfragos (ISN) e ABAE e integrada informação eletrónica/luminosa, como por exemplo da qualidade da água de banhos e do areal, remotamente operada pela ABAE de acordo com análises quinzenais, ou mesmo informação eletrónica das Marés.

Como forma preferencial de realização dos dispositivos físicos podem ser placares em forma de pranchas de surf -longboard com quatro metros de altura x um metro de largura, em fibra de vidro.

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Sistema remoto de sensorização climático, monitorização, comunicação e arquivo, tempo real, de radiações solares caracterizado por ser constituído por: a) rede virtual quadricular, em que cada quadricula tem 20Km a 40Km de lado/900 Km2, orientada a N/S-E/W, sobre a plataforma SIG; b) pelo menos um servidor; c) pelo menos uma unidades de sensorização e comunicações, por quadrícula, constituída por: i. sensor de incidência da luz solar, equipado com corretor de cossenos; ii. computador ou controlador com software integrado; iii. módulo GSM de comunicação de dados; iv. célula fotoelétrica conectada ao computador ou controlador; v. bateria com controlador e alarme; d) pelo menos um dispositivo físico de informação que integra uma placa de comunicação GSM acoplada a um controlador que comanda um painel eletromecânico ou electrónico de informação/exibição de dois dígitos; bateria; painel solar, um painel luminoso eletromecânico.
2. 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por cada quadricula ter 30Km de lado/900 Km2.
3. 3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as unidades de sensorização e comunicações serem instaladas no local no terreno correspondente ao centro da quadricula da rede virtual quadricular.
4. 4. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as unidades de sensorização e comunicações serem instaladas em alternativa em locais móveis.
5. 5. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o dispositivo fisico apresentar um sensor de impacto.
6. 6. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por o dispositivo fisico apresentar uma estrutura de fixação ao solo em aço.
7. 7. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por a estrutura de fixação ao solo ser um tubo de aço com óleo de pH neutro no seu interior.
8. 8. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por os dispositivos físicos serem pranchas de surf -longboard com quatro metros de altura, um metro de largura, em fibra de vidro.
9. 9. Sistema de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por as baterias das unidades de sensorização e comunicações e dos dispositivos físicos serem de iões de litium.