A prototype of an open hardware-based automatic photographic camera to monitor snow cover evolution and weather phenomena in the context of the frozen ground monitoring: Permarduino-camera = Un prototipo de una cámara fotográfica automática basada en hardware abierto para monitorear la evolución de la capa de nieve y los fenómenos meteorológicos en el contexto del monitoreo del suelo helado: Permaduino-camera

M.A. de Pablo; C. de Pablo S.; M. Ramos; M. Prieto

doi:10.18002/pol.v0i28.4292

Autores/as

M.A. de Pablo Departamento de Geografía y Geología. Universidad de León
C. de Pablo S. Especialista en electrónica Madrid
M. Ramos Departamento de Física y Matemáticas Universidad de Alcalá
M. Prieto Departamento de Automática Universidad de Alcalá

DOI:

https://doi.org/10.18002/pol.v0i28.4292

Palabras clave:

Frozen ground, Snow cover, Digital automatic camera, Instrumentation

Agencias Financiadoras:

Projects PERMASNOW (CTM2014-52021-R), ANTARPERMA (CTM2011-15565-E), PERMAPLANET (CTM2009-10165E), PERMAMODEL (POL2006-01918), and PERMATHERMAL. Ministry of Economy and Competitiveness, and the Ministry of Education and Science, Spain

Resumen

The study of permafrost and active layer thermal behavior require continuous monitoring of ground temperatures as well as other additional parameters, including snow cover, because of its isolation effect when the thickness is enough high. Typical monitoring stations from Thermal State of Permafrost (TSP) network includes the air temperature monitor-ing to derive snow thickness. Moreover, its low snow deep accuracy, this device return data from one place each time. To know and study the snow onset, offset, duration and distribution is sometimes required and the use of automatic digital photographic cameras contribute to have an adequate approach. However, commercial automatic cameras are expensive. For that reason, we developed a robust, simple, low-cost, open hardware-based (Arduino) prototype of an automatic camera to take pictures and store them into an SD card (2 Gb) that allows more than 4 years of hourly continuous image acquisition. The device is powered by a small solar cell that charges a li-po battery. The firmware allows a detailed monitoring of the device and error detection, and configure the camera for its own. We used a TTL serial JPEG camera with CMOS ¼ inch sensor with 480x640 pixels in resolution, with NTCS video capacity to allow real-time camera focus. The camera acquires images on panchromatic and near IR band. The fully operative prototype has been tested in Antarctica, and it was finally installed in Byers Peninsula in order to study the snow cover evolution at the Limnopolar Lake CALM site. In this work we present the prototype and its firmware to allow others to develop their own cameras to monitor snow cover or any other phenomenological parameter.

El estudio permafrost y la capa activa requiere de la medición continuada de la temperatura del terreno, y de otros parámetros adicionales, incluyendo el espesor de la capa de nieve debido al efecto aislante que puede tener. Las estaciones típicas de estudio térmico del permafrost (TSP en inglés), incluye la medida de la temperatura del aire a diferentes alturas para derivar el espesor aproximado de la capa de nieve. Más allá de la baja resolución de este método, estos termonivómetros sólo facilitan datos de un punto del territorio. Sin embargo, conocer y estudiar la evolución y distribución de la cubierta de nieve requiere en muchos casos del uso de cámara fotográficas automáticas, con el problema del alto coste de las mismas. Por ello, hemos desarrollado un dispositivo robusto, simple, de bajo coste, y basado en el uso de hardware libre (Arduino), capaz de tomar fotografías y almacenarlas en una tarjeta de memoria SD (2 Gb) con capacidad para más de 4 años de actividad continuada. Este dispositivo está alimentado por una placa solar y una batería Li-po. La cámara usada permite obtención de imágenes JPEG mediante el uso de un sensor CMOS de ¼ de pulgada e imágenes de hasta 480x640 píxeles de resolución. Además, dispone de salida NTCS de video que facilita las tareas de enfoque en el campo. La cámara adquiere imágenes en el rango pancromático e infrarrojo cercano. El prototipo funcional del dispositivo fue probado en la Antártida, e instalado finalmente en la península Byers para estudiar la evolución de la capa de nieve en el emplazamiento CALM Limnopolar Lake. En este trabajo se presenta el prototipo y su configuración para permitir a otros desarrollar sus propias cámaras para el seguimiento de la cubierta de nieve u otros fenómenos meteorológicos.

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