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UAV大氣剖面觀測系統

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專案動機 – 霧林的重要性

潮濕、涼爽、陰暗,是大部分人進入山地霧林的第一印象,山地霧林多半位於熱帶或亞熱帶臨海的山地區域,其特徵是每天週期性雲霧、以及充滿附生植物的森林樹冠層,由海岸來的潮濕空氣在沿著山地爬升之後,由於溫度下降,而形成濃厚雲霧帶。

霧林的獨特由於其水文特性 – 攔截雨霧,進而提升森林的涵水能力,但同時缺點也是因為倚賴霧水的水份供給,因此分布面積十分狹窄,此外由於山地霧林的獨特性,所以特有種比率非常高,許多物種只能生存在這樣的環境之中,在近年來氣候變遷下,有可能使雲霧帶生成高度上升,進而造成現有霧林帶乾旱的現象,最後使霧林帶的植物與特有種面臨威脅。

目前服務於國立臺灣大學實驗林管理處的賴彥任先生,以溪頭地區為例子,溪頭是著名的森林遊樂景點,因此長年有相當多的遊客照訪,到去年已經超過200萬的遊客,這還不包括去妖怪村等周遭景點但沒有進去溪頭自然園區的遊客數。也因此,我們也開始關注這麼多的遊客是否可能造成氣候與生態衝擊。

在南投溪頭發現了近幾年霧發生率快速減少的情況,因而提出UAV大氣剖面觀測的計劃,想藉由觀測雲霧的結構與時空分佈,進而分析雲霧的成因與導致雲霧快速減少的原因。

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霧的觀測

霧通常採用能見度觀測,若能見度低於1KM則稱為起霧,我們也利用縮時攝影來觀測,但夜間是個問題。雲霧發生率通常有小時或日的統計,也就是若該觀測小時或日若有能見度低於1KM,則視為霧時或霧日,我們將霧日/365得上述的比例。

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觀測方法

1.安裝地點

由於溪頭是個峽谷的地形,道路也是沿著峽谷而上至溪頭,因此目前認為沿著路旁的國小放置裝置,計劃在雲林國小、初鄉國小、鹿谷國小、廣興國小、鳳凰國小、文昌國小、內湖國小、和雅國小、溪頭辦公室、溪頭天文台共10個點設置,主要是考量他們有電有網路。

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在固定的觀測點,系統會在沒有 Wifi AP 時自動記錄,等 Wifi 出現時,會自動連上線,將資料傳出來。所以只要定期走到設備旁邊,就可以將資料上傳到 server。U3

無人機天空感測,飛行過程中記錄資料,回來的時候就上傳,目前飛天感測感測是每五秒感測一次。

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感測點安裝完成之後,可以用比對觀測資料的方式,觀察雲霧形成的時間差。

2. 機構裝置

在原本的LASS觀測系統上進行改裝,需要將PM2.5感測器與濕度感測器(SHT31)放在標準的通風筒觀測。為能長期觀測設備會加入電瓶來長期供電,並加入Watchdog功能當系統有異常時執行重開機的能力。

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農業感測計畫Sensors for Farm

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緣起

LASS 是套環境感測器系統,經過社群的努力已整合感測設備、網路通訊連線與雲端資料庫,為追求其他突破,除了系統功能上的增強,也積極尋求其他相關領域的應用需求,突破目前LASS系統架構僅是應用在PM2.5空汙監控之上,此農業感測計劃便是將LASS環境感測的理念應用於農業之上。

大家都知道,農業是看天吃飯,這個『天』包括陽光、空氣、水,所以日照、溫、濕度、雨量土壤酸鹼度,這氣候氣象因素都會影響植物生長,而我們的農友可以透過獲得這些資訊,來創造適合生長的環境,以得到更好的收穫與農作品質。

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計劃的實踐

  • 計劃的目標
  1. 產銷履歷氣候資料:加入當地農場的氣候資料到產銷履歷,目前市面上的產銷履歷提供有生產者與生產地的相關訊息,但這些資料對於消費者只能說是個保障,當出問題時利於追蹤到生產者,而不是一個選擇的依據,消費者在意的是這項商品是在什麼樣的情況下生產出來的,因此有加入氣候資料到產銷履歷的想法,由我們的機構收集數據整合於雲端系統(以彌補農場到鄰近氣象站的距離出產生的數值誤差)。
  2. 環境監控與預報:系統非常適合應用於溫室,以提供科學數據創造出作物良好的生長環境,而變因較多的戶外則是採專注於收集雨量資訊的策略,雨量常隨地理環境不同就有很大區別,氣象局預報的範圍還是太大,對於小區域性的農友不夠精確,山的一邊下雨,翻過山又是晴空萬里,因此可利用雨量數據做為土石流,淹水預警系統。
  • 應用區域:菜園、水田、魚菜共生
  • 系統功能概述:將農田的感測值用 LoRa 傳回來,在網頁或是 App 中顯示出來,並開放資料給大家取得。可以有效長期觀察農田的感測值變化,以及減少所需要的巡田次數

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機構 – Weather Box

設計概念

  • 攜帶提箱式:Weather Box設計成提箱式讓使用者方便攜帶,可以便於記錄不同地區菜園的微氣候,並且附註在生產履歷上提供消費者參考。

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  • 腳架可移動式:爲了快速架設風力、雨量感測器設計的移動型架構。

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  • 百葉箱:百葉箱適合加上太陽能板、電瓶及網路,持續提供一定方圓公里內的氣候資訊。

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機構零件

相關報導

科技農夫陳幸延──農田裡的開源自造者

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空氣盒子

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空氣盒子背景介紹

空氣盒子計劃是LASS核心概念的延伸,由華碩雲端、瑞昱半導體與中研院資訊所合作,發展一套簡易安裝的空氣品質監控設備,對於缺乏軟硬開發能力的人,提供一個監測PM2.5、溫度與濕度的管道,目前已提供300個空氣盒子給市民與學校,再將環境資訊上傳至雲端平台進行彙整,開放給研究機構分析汙染來源以及Makers進行創新加值應用,真正落實民眾參與、共同提升城市生活品質。

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空氣盒子特色

  • 簡易安裝:簡單幾個步驟即可安裝完成,EdiGreen AirBox
  • 支援手機APP:用戶可以透過手機下載APP,即可在手機觀看即時空汙監測數據。
  • 視覺化的網頁數據顯示:空氣盒子

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規格

大小尺寸 148.4mm(W) x 111.5mm(H) x 45mm(D)
Wifi IEEE 802.11b/g/n
溫度感測範圍 0~60°C, Accuracy: ± 1 °C
濕度感測範圍 0~100%RH, Accuracy: ± 5% RH
PM2.5 量測範圍 minimum 0.3μm
PM2.5 計量效率 50%@0.3um, 98%@>=0.5 um
供電方式 Micro USB power port x 1 DC 5V
參考文件 快速安裝手冊 ,   FAQ

相關報導

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LASS Field Try

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計劃緣起

LASS 團隊在建立許多測試硬體之後,發現為求更進一步發展,需要更大規模的實驗與更多的數據,才能達到真正對環境感測的測試與驗證,確認相關的系統設計的成熟度,因此發展出Field try可以讓廣大Maker可以加入環境感測的行列。

 

實踐方法

將配有PM2.5感測器與溫濕度感測器的Field try配置到各個環境,透過無限或是有線實體網路走MQTT protocol將sensor量測的數值上傳MQTT server,最後可依據不同方法如FTP或是存取ThingSpeak IOT cloud將資料連結到不同的applcation(如網頁:Realtime PM2.5 map)

 

計劃成果

1. Device ID: FT1_001

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2. Device ID: FT1_005

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參加辦法

 

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室內環控系統 IASS(Indoor Aware Sensing System)

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專案介紹

雖說IASS也是一個LASS其中的專案,但不同的是IASS專注於室內環境感測,利用相同架構但不同的應用,LASS目標為量測整個大環境的數據,並將依照不同的地點的數據進行整合達到資料共享,而IASS則是收集某一室內的環境參數,監測室內是否合適人類居住或是室內是否存在危險性。

IASS分成三種版本,依據不同空間分類:

1.  辦公室專用感測裝置:一個好的工作效率需要良好的工作環境,因此此版本著重於量測二氧化碳與PM2.5濃度、溫溼度和光照,以提供良好工作環境的調整基準。

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2.  居家安全專用感測裝置:雖說家裡是最舒適的環境,但往往因為過於舒適而忽略居住的安全性,而此版本則提供一氧化碳濃度與瓦斯天然氣濃度量測,提供居住的安全簡訊。

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3.  機房專用感測裝置:機房因為存放許多重要資料所以通常被公司視為非常重要的區域,這版本提供危害機房設備潛在因素的感測,像是漏水監測與可燃性氣體感測,提供公司安全維護的方法。

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IASS特色

  • 任何人皆能DIY感測裝置:不需要程式設計或相關電子工程知識,每個人皆能DIY自己的環控系統。
  • 支援多種感測功能:目前支援12種環境感應功能:溫度,溼度,漏水,噪音,一氧化碳,天然氣, PM2.5, PM10, PM100, 二氧化碳,環境光照度,可依自身需求決定要加裝的感應器。
  • 不需要撰寫程式:提供現成的Arduino程式可直接使用,分為sensor與device兩種,使用者可依需求選擇不同的sensors程式搭配成device。
  • 提供預設搭配好的感測裝置:除了使用者可自行搭配決定感測器種類外,亦提供預設數種
  • 接上網路後會自動上傳ThingSpeak以提供遠端瀏覽觀看(需自行註冊ThingSpeak帳號並於程式中放入API KEY)
  • 支援上傳指定 server:除上傳ThingSpeak之外,亦可選擇將資料傳送到指定的server來接收。(使用GET)

相關資源

IASS github

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LASS4U 專案

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專案背景

LASS硬體發展從一開始的FieldTry到空氣盒子,可以了解到硬體的規格與完整度的提升,而LASS4U則是繼承前面兩者的優點繼續法展下去,並且加入觸控螢幕讓使用者在不用開啟網頁或是手機app,便可得知即時資訊,此外有鑑於近年來溫室效應加劇,其中又以二氧化碳更是影響巨大,因此LASS社群出現了加入二氧化碳感測的想法。

 

LASS4U功能與特色

  • 公益開源專案
  • 可感測 CO2, Temperature, Humidity, PM2.5, (PM1, PM10)
  • 完支援 LASS 感測器網路架構
  • 全彩螢幕顯示目前感測值與歷史圖表
  • 與周圍 LASS 感測站,歷史感測值比較
  • 開放支援雲端運算與資料分析,更容易做加值應用

 

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硬體資料

開發版:REALTEK AMEBA

LASS4U Module:感測元件 – PMS3003(G3)/SenseAir S8 CO2/Sensiron SHT31 溫濕度)

 

LASS4U公益贊助名單

物聯網晶片:瑞昱半導體

製造服務:邁特電子

雲端運算:Ling-Jyh Chen

硬體設計:Seng Yong Lan

通路服務:iCShopping

媒體協力:MakerPro

軟體開發:肉多多植物科技農場 – 阿海(MingWei Cheng)