57
Preizkusno obratovanje geomagnetnega observatorija Sinji vrh
Rudi Č op, Damir Deželjin
1
Povzetek
Pri preizkusnem obratovanju geomagnetnega observatorija Sinji vrh je bilo na zač etku največ č asa
posveč enega magnetometrom, nato pa daljinskemu prenosu merilnih podatkov in njihovi grafič ni
predstavitvi. Sprotno spremljanje sprememb zemeljskega magnetnega polja na observatoriju je
omogoč ilo postopno odkrivanje njihovih izvorov in poveč evanje zanesljivosti delovanja tako
merilnega sistema kot tudi telemetrije. Preizkusno obratovanje observatorija bo zaključ eno z
organizacijo rednih absolutnih meritev in s postavitvijo vzporednega merilnega sistema za
variabilne meritve (zaradi stalnega nadzora meritev) in vzporednega sistema za telemetrijo (zaradi
poveč ane zanesljivosti prenosa merilnih podatkov). Podatke bo potrebno shranjevati na dveh
popolnoma loč enih strežnikih.
Preizkusno obratovanje
Gradnja geomagnetnega observatorija Sinji vrh pod Sinjim vrhom nad Ajdovšč ino (v
nadaljevanju observatorij) se je zaradi formalnih razlogov že na zač etku razdelila v dve
fazi. Njegovo preizkusno obratovanje se je lahko zač elo potem, ko je bil dokonč an prvi del
prve faze: ko je bil zgrajen instalacijski kolektor od zač etnega do glavnega jaška s
povezavo do jaška ob baraki za meritve in ko je bila postavljena baraka za meritve skupaj z
zač asnim mestom za senzor variometra. Ta gradbena in instalacijska dela so bila
zaključ ena decembra 2010 s podpisom dokumenta o zač asnem priklopu observatorija na
javno nizkonapetostno mrežo.
V obdobju pred zač etkom in med samo gradnjo observatorija je bilo potrebno poiskati
primerno mesto za postavitev observatorija, izdelati in predelati idejne zasnove in gradbene
nač rte ter pridobiti dovoljenja za ureditev dostopne poti. Po izbiri izvajalcev del in po
zaključ ku prvega dela prve faze gradnje observatorija pa se je nadaljevalo urejanje razmerij
s sosedi na Gori. Na samem observatoriju smo postopoma izboljševali delovanje
posameznih sestavnih delov in dopolnjevali merilni sistem in njegovo telemetrijo.
Sistematič no se je poveč evala zanesljivost delovanja tako merilnih instrumentov kot tudi
ostalih naprav za prenos, shranjevanje in obdelavo merilnih rezultatov (Slika 1). Zač etek
gradbenih del drugega dela prve faze se je zavlekel vse do sredine avgusta 2011. Glede na
ugodne vremenske razmere je bila več ina gradbenih del skupaj s polaganjem energetskih
kablov konč ana še v decembru istega leta.
Nad glavnim jaškom je bila za naprave za zajemanje in prenos merilnih podatkov
zgrajena loč ena baraka za telemetrijo, zato da se je zmanjšal njen vpliv na magnetometre.
Poleg glavnega jaška in jaška pri baraki za meritve sta bila izdelana dodatna loč ena jaška
za akumulatorski bateriji. Zaradi galvanske loč itve posameznih delov merilnega sistema so
se merilni podatki iz barake za meritve do barake za telemetrijo zač eli prenašati preko
optič nih vlaken. Merilni rezultati so se zač eli dodatno obdelovati tako, da se izloč ajo
rezultati nepravilnih meritev (Č op et al., 2011). Zaradi zagotovitve energetske avtonomije
observatorija se vsi merilni instrumenti in celotna telemetrija na observatoriju napajajo iz
1
Visokošolsko središč e Sežana, Laboratorij za geomagnetizem in aeronomijo, Kraška ulica 2, 6210 Sežana
58
enosmernega omrežja napetosti 12 V. Zato je bil na to napajalno napetost dodatno predelan
tudi triosni magnetometer fluxgate, model FGE verzije K.
Slika1: Meritve spremembe vrednosti zemeljskega magnetnega polja F(t) [nT] v zadnjih
treh dneh pred zač etkom geomagnetne nevihte 9. septembra 2011
Geomagnetne lastnosti področ ja, kjer je sedaj zgrajen observatorij, je potrebno še enkrat
preveriti. S primerjalno meritvijo se bo potrdila pravilnost izbire kraja za observatorij ter
primernost izbranih merilnih instrumentov. Pred zaključ kom vseh del na drugem delu
gradnje observatorija od glavnega jaška do novih merilnic v vrtač i na parceli štev. 310/1
k.o. Kovk (Slika 2) je poleg tega potrebno še enkrat preveriti obstoječ i sistem napajanja,
izmeriti upornost ozemljil, potencialne razlike posameznih toč k v sistemu napajanja in
preveriti vpliv galvansko loč enega sistema na rezultate meritev.
Preizkusna faza bo zaključ ena potem, ko bodo vzpostavljene redne absolutne meritve na
observatoriju in postavljen vzporeden sistem variabilnih meritev in vzporeden sistem
prenosa merilnih podatkov. Sedanjim meritvam absolutne vrednosti vektorja zemeljskega
magnetnega polja F s protonskim magnetometrom in meritvam sprememb komponent
zemeljskega magnetnega polja dX, dY, dZ z variometrom FGE bo predvidoma v marcu
2012 dodan še magnetometer fluxgate FLV1/A LAMA. Ta bo omogoč il meritev
sprememb komponent dF, dD in dI in stalno primerjavo sedanjih variabilnih meritev.
Napajalni sistem
Observatorij je edinstvene oblike, ker je postavljen v območ ju Nature 2000 in v ožjem
okoljevarstvenem območ ju Gore (Č op, 2010, 2011). Ker je bilo v prvi fazi njegove gradnje
pridobljeno dovoljenje za gradnjo kot pomožni objekt za spremljanje stanja okolja, je
observatorij raztresen po širšem območ ju parcel štev. 310/1 in 310/2 k.o. Kovk. Edini
59
možni izvor električ ne energije za napajanje observatorija je javna prostozrač na
nizkonapetostna električ na mreža, ki se konč a na bližnji kmetiji. Dobavitelj električ ne
energije je predlagal, da naj si za observatorij zagotovimo vsaj tridnevno avtonomijo.
Priključ na moč merilnega in telemetrijskega sistema je bila ocenjena na 70 W.
Slika 2: Merilnica za variabilne meritve tlorisne površine 5 m
2
na robu vrtač e
pred ureditvijo njene okolice
Električ na priključ na omarica za observatorij je namešč ena na novem betonskem stebru,
tretjem po vrsti od priključ ka na vzhodni strani bližnje domač ije. Poleg stebra je zač etni
jašek instalacijskega kolektorja, ki je vkopan v zemljo. Celoten instalacijski kolektor je od
zač etnega do konč nega jaška dolg preko 190 metrov. Glavni jašek ga deli približno v
razmerju 3 : 7, pri č emer je krajša razdalja od njega do zač etnega jaška. V glavnem jašku
se odcepi še stranska veja dolžine 36 metrov do jaška poleg barake za meritve.
Ozemljitev observatorija je dvojna. Za del, ki je neposredno priključ en na javno
omrežje, je namenjeno trač no ozemljilo iz pocinkanega valjanca, na katerega so pritrjeni
priključ ki ob vznožju betonskega stebra. Za galvansko loč en del je kot ozemljilo položena
bakrena vrv preseka 75 mm
2
in dolžine 160 m, na katerega se lahko priključ uje v zač etnem
in glavnem jašku.
Za napajanje merilnih instrumentov in telemetrije je zgrajen dvojni galvansko loč en
sistem. Prvi sega od priključ ne omarice do glavnega jaška, drugi pa od glavnega do
konč nega jaška. Vsak on njiju je zgrajen iz dveh loč ilnih transformatorjev nazivne moč i
350 VA vezana v kaskado. Magnetometri, komunikacijski pretvorniki, dataloggerji in
usmerjevalnik z modemom 2G so napajani iz enosmernega sistema napetosti 12 V. V ta
namen so namešč eni akumulatorji 110 Ah v dodatnih jaških poleg glavnega jaška, pri
baraki za meritve in poleg konč nega jaška.
Telemetrija
Skupaj z razvojem zamisli o postavitvi geomagnetnega observatorija na ozemlju
Slovenije se je zač ela razvijati tudi zasnova sedanje telemetrije na observatoriju (Kraker et
60
al., 2008). Pred nadaljevanjem njenega razvoja je bilo potrebno določ iti osnovno obliko
merilnega in ostalega informacijskega sistema, ki se ponovi za vsak magnetometer na
observatoriju (Slika 3). Vse te elemente v sistemu za meritve in telemetrijo je med seboj
uskladila ustrezno razvita programska oprema. Šele po tej uspešni uskladitvi je lahko
sledila njena nadgradnja v več zaporednih fazah.
Slika 3: Blokovna shema magnetometra vključ ena v sistem merjenja, zajemanje,
shranjevanje in pošiljanje merilnih podatkov na Geomagnetnem observatoriju Sinji vrh
Zaradi enostavnejše uporabe in modularne zasnove sistema je bilo odloč eno, da bo za
zajem meritev vsakega instrumenta skrbel namenski rač unalnik. Izbran je bil namenski
rač unalnik ALIX.3D3 proizvajalca PC Engines GmbH iz Švice (v nadaljevanju: data
logger). Rač unalnik je zasnovan na kompatibilni arhitekturi i386, ima en vmesnik RS-232
(Recommended Standard 232) za priklop merilnega instrumenta in en mrežni vmesnik
Ethernet ter druge standardne vmesnike. Je lahek in majhen, dimenzij 113 x 163 x 30 mm.
Data logger poganja prilagojen operacijski sistem Linux, operacijski sistem pa poganja
program za zajem izmerjenih podatkov iz vhoda RS-232. Zajeti podatki se najprej shranijo
na lokalni polprevodniški pomnilniški disk, ob vzpostavitvi internetne povezave pa se
prenesejo na oddaljen centralni strežnik.
Za daljinsko spremljanje geomagnetnih meritev in njihov vpis v centralno relacijsko
podatkovno zbirko je bil zasnovan in zgrajen robusten sistem prenosa merilnih podatkov
na centralni strežnik. Omenjeni sistem sestavljajo:
• komunikacijski kanal, ki temelji na internetnih tehnologijah,
• programska oprema za prenos podatkov iz data loggerjev na centralni podatkovni
strežnik,
• in podatkovna zbirka ter pripadajoč a programska oprema za vpis in naknadno
obdelavo (post processing) izmerjenih podatkov.
Komunikacijski kanal med data loggerji in centralnim strežnikom temelji na internetnih
tehnologijah. Zato je v observatoriju namešč en mrežni usmerjevalnik Digi ConnectPort
WAN VPN. Ta uporablja Telekomov paketni prenos podatkov GSM 2G / GPRS (Global
System for Mobile Communications, second generation / General Packet Radio services)
za povezavo na internet. Sam prenos podatkov pa poteka po protokolu SCP (Security
Copy), ki poskrbi za preverjanje integritete in potrjevanje prenosa podatkov.
Rezultati daljinskega prenosa merilnih podatkov
Sistem za zajemanje, prenos in prikaz merilnih podatkov v realnem č asu je omogoč il
sprotno spremljanje, analizo in razlago sprememb zemeljskega magnetnega polja na
61
observatoriju. Pri tem so pomembni viri dodatnih informacij tako internet kot tudi poroč ila
sosedov na Gori.
S primerjanjem podatkov iz satelitov, ki delujejo kot solarni observatoriji (SOHO, 2011,
SDO, 2011), je mogoč e napovedati nastanek geomagnetne nevihte v naslednjih 72 urah. Te
napovedi je mogoč e toč neje potrditi nekaj ur vnaprej s pomoč jo meritev na satelitih vrste
GEOS, več namenskih geostacionarnih satelitih za raziskavo magnetosfere. Podatki o
planetarnem geomagnetnem indeksu Kp, ki jih sproti objavljajo na spletnih straneh za
spremljanje in napoved vremena v vesolju (Philips, 2011, CSWC, 2011), pa služijo za prvo
preverjanje meritev iz observatorija. Minutne rezultate meritev na njem se preverja s
pomoč jo objav na spletnih straneh posameznih geomagnetnih observatorijev (Belsk, 2011).
Najprimernejša oblika za primerjavo in izmenjavomerilnih rezultatov sosednih
geomagnetnih observatorijev pa bi bila šele lokalna informacijska mreža za primerjavo
sekundnih merilnih podatkov. V to mrežo bi bili poleg našega observatorija vključ eni
lahko še: Tihany (THY) in Nagycenk (NCK) na Madžarskem, L'Aqula (AQU) v Italiji in
Grocka (GCK) v Srbiji. V njej bi lahko sodelovali tudi raziskovalci iz Avstrije
(geomagnetni observatorij Wien Kobenzl, WIK, vkluč en v Geomagnetic Data Master
Catalogue)), Hrvaške in Makedonije.
Sprememba vremena je naslednji pomemben izvor izjemnih sprememb zemeljskega
magnetnega polja na observatoriju. Nanj izrazito moč no vplivajo prehodi vremenskih front
in sprememba vlažnosti zraka. Za podrobnejšo analizo in za nadaljnjo korelacijo med
ostalimi vremenoslovnimi podatki bi bilo potrebno na observatoriju ali v njegovi
neposredni bližini postaviti avtomatsko vremenoslovno postajo. Prav tako bi bila potrebna
primerjava med seizmološkimi meritvami in spremembami zemeljskega magnetnega polja.
Nadaljnji razvoj
Poleg boljše razlage merilnih podatkov je v naslednjem kratkoroč nem obdobju potrebno
poskrbeti za samodejno obdelavo podatkov po priporoč ilih mednarodnih organizacij IAGA
(Belsk, 2011) in INTERMAGNET (Jankowski & Suckdorff, 1996) ter za sekundarno
shranjevanje merilnih podatkov. Pri tem bi želeli uporabiti že izdelano in preizkušeno
programsko opremo, ki bi jo vključ ili v naš sistem meritev, zajemanja merilnih podatkov,
njihovega prenosa, shranjevanja in obdelave.
Za zanesljivo obratovanje geomagnetnega observatorija Sinji vrh je potrebno do konca
razviti postopke za redno testiranje vseh naprav na observatoriju in za njihovo redno
vzdrževanje. Razviti je potrebno tudi najprimernejše nač ine odstranjevanja napak ob
izpadih posameznih merilnih sistemov, napajalnega sistema ali telemetrije.
Literatura
Č OP, Rudi. ed al. Zač etne meritve variacij geomagnetnega polja v Sloveniji. Elektrotehniški
vestnik, 2011, vol. 78, n.3, p. 96-101. ISSN: 0013-5852 (Slovenska izdaja), 2232-3228
(English Edition), 2232-3236 (EV Online).
Č OP, Rudi. Predlog nač ina gradnje Geomagnetnega observatorija Sinji vrh. Interno poroč ilo.
Sežana: Visokošolsko Središč e Sežana; Laboratorij za geomagnetizem in aeronomijo, 25. julija
2010.
Č OP, Rudi. Gradnja geomagnetnega observatorija pod Sinjim vrhom nad Ajdovšč ino. Urednik
Miran Kuhar. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2010 : zbornik predavanj. V
Ljubljani: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 2011, str. 59-64.
62
KRAKER, Peter. et al. Telematic System for Geomagnetic Field Monitoring. International
Scientific Conference on Magnetism – Geomagnetism –Biomagnetism MGB-2008. Abstract
booklet. Sežana (SLO): Higher Education Centre Sežana; Laboratory for Geomagnetism and
Aeronomy, 7th and 8th November 2008. ISBN: 9879619195512.
Solar and Heliospheric Observatory SOHO [online]. SOHO is a projekt of international
cooperetion between ESA and NASA. Last modification 18 November 2011 [cited 19-11-
2011]. Available from: .
Solar Dynamics Observatory SDO [online]. Goddard Space Flight Center [cited 19-11-2011].
Available from: .
PHILIPS, Tony. Spaceweather.com [online]. News and information about the SUN-Earth
anvironment. Spaceweather.com, 2010 [cited 19-11-2011g. Available from:
.
Current Space Weather Conditions [online]. NOAA / National Weather Service Boulder (CO; US):
NOAA/ National Weather Service; National Centers for Environmental Prediction; Space
Weather Prediction Center, last modified: November 5, 2007 [cited 19-11-2011]. Available
from: .
Research group for geomegnetic observations [online]. Belsk (BEL). Belsk (P): Polish Academy of
Science; Institute of Geophysics [cited 20-11-2011]. Available from:
.
JANKOWSKI, Jerzy. SUCKSDORFF, Christian . Guide for Magnetic Measurements and
Observatory Practice. Boulder (CO, US): International Association of Geomagnetism and
Aeronomy; NOAA Space Environment Center, 1996. ISBN: 0965068625.
INTERMAGNET Technical Reference Manual. Version 4.5. Edited by: Douglas F. Trigg, Richard
L. Coles. Prepared by: Diane Regimbald. Edinburgh (UK): British Geological Survey, 2011.