Détecteur de nuages

[ouiouiblog]

Suite à des échanges au Bar, en particulier suite à une réponse de @Titang, j'ai cherché un moyen de me bricoler un détecteur de nuages

C'est beaucoup d'énergie pour fabriquer un truc qui va me permettre de faire la même chose qu'en sortant de chez moi et en regardant le ciel, mais c'est justement ça qui est cool
(ceci dit ça peut être utile pour éviter la pluie quand on est en VA)


J'ai déjà une info de base sur la nébulosité en temps réel qui m'est remontée par Open Weather Map, mais elle n'est pas très précise

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% de nébulosité OWM sur les dernières 24H (hier soir la nébulosité réelle était à 20% à partir de 22H et le ciel était inexploitable)


J'ai trouvé une station météo à côté de chez moi qui donnes des % de nébulosité en temps réel, mais je n'ai aucun moyen de récupérer de la data (https://www.pwsweather.com/map/?lat=47. ... 004&zoom=7). Je peux juste regarder ses courbes.


J'ai regardé du côté des détecteurs InfraRouge (mlx90614) que je pourrais brancher sur un ESP8266. La méthode de calcul du % de nébulosité est assez simple :
- On mesure la Température du ciel avec le capteur IR (Tir) et la Température ambiante (Ta) avec un thermomètre
- On calcule une Temp corrigée (Tc), avec une formule à la noix, basée sur la température ambiante et qui comprend 5 paramètres (Tc = (K1 / 100) * (Ta - K2 / 10) + (K3 / 100) * (Exp (K4 / 1000* Ta)) ^ (K5 / 100)
> Toute la difficulté est ensuite de caler ces 5 paramètres par expérimentation (valeurs de base K1=33, K2=0, K3=4, K4=100, K5=100)
- La Température du ciel (Tciel) est la différence entre les 2 (Tciel = Tir-Tc)
- En fonction de cette température du ciel :
> Soit le ciel est clair Tciel < Tclair (- 8 par défaut à caler au besoin)
> Soit le ciel est bouché Tciel > Tbouché (0 par défaut à caler au besoin)
> Soit on est entre les deux et on calcule un % de nébulosité : %Nuage = (Tciel-Tclair)*100/(Tbouché-Tclair)


J'étais parti pour commander un capteur quand je me suis rendu compte que la Température Infrarouge était disponible en ligne en fait. Windy l'affiche sur ses cartes satellite (actualisation toutes les 5 minutes). C'est la température en haut des nuages, mais ej me dis que ça doit être exploitable de la même manière.

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La difficulté maintenant, c'est de trouver une API qui me permettre d'accéder à cette donnée (et si possible à l'historique pour paramétrer tout de suite la détection).

Quelqu'un aurait une idée où je peux trouver ça ?


EDIT : Je me réponds à moi-même : Ca ne marche pas en utilisant la Top Cloud Temperature

- Si je prends la température depuis le sol du bas des nuages
-> Si c'est significativement en dessous de la température ambiante c'est qu'il n'y a pas de nuages.
-> Plus on se rapproche de la température au sol, plus il y a des nuages

- Si je prends la température depuis le ciel du haut des nuages
-> Si c'est significativement en dessous de la température ambiante c'est que les nuages sont haut
-> En se rapprochant de la température au sol, soit il n'y a pas de nuages, soit c'est blindé de nuages bas > résultat inexploitable

[Titang]

Effectivement les capteurs ir des sat météo servent plus à mesurer la hauteur des nuages
Plus c est froid plus le nuage est haut synonyme de cumulus ou cumulonimbus
Pour le capteur ir le fov est super important, trop grand tu auras des faux positif (état unsafe) alors que le ciel est exploitable
il semblerai que de 15 et 30 degrés soit le bon compromis

[ouiouiblog]

Vu qu'a priori tu ne les exposes pas en direct (risque de pluie, neige ou poussière sur le capteur) mais en reflet sur un miroir, il faut juste que le FOV du capteur soit adapté au miroir. J'ai commandé un truc avec un fov de 45° (au-dessus, ça appliquait un facteur 3 au prix de la sonde et on sortait de l'esprit "truc à la con qui sert à pas grand chose mais qui coute rien" )

[Titang]

"truc à la con qui sert à pas grand chose

oui et non ça dépend si tu compte te fabriquer un observatoire
c est le genre de truc qui peut te permettre de profiter de la moindre fenêtre de shoot et d imager sans être a la ramasse le lendemain au boulot
j ai commandé ce qu il me fallait pour une allsky je vais donc suivre ton poste avec un grand intérêt

[John Mc Burn]

Sur la allsky de l'observatoire on a mis un capteur ir pour faire ce job de détection de nuages, mais en vrai on ne s'en sert pas...

Une cam qui dépote en ir sans filtre est bien plus pratique dans cet usage. J'utilise la 585 a cet effet et c'est redoutable, la moindre merdouille, le moindre voile et on le voit direct ( là où la allsky ne voit rien).

Et on se rend compte que les nuits réellement propres sont rares...

On prépare donc une nouvelle allsky, on garde tout sauf le capteur de la caméra (celle du pi4 qui est nulle mais pas chère) qui sera remplacé par un imx 678 qui aime l'ir et on aura plus besoin d'un capteur spécifique (il faut d'ailleurs noter que c'est une galère sans nom a calibrer ce type de capteur, ça marche mais ça rend le truc hasardeux en réalité, pareil pour le capteur qui sert de SQM, très dur a calibrer de façon sûre).

[ouiouiblog]

C'est certain, mais on n'est plus sur le même budget. Ceci dit pour un poste fixe, je comprends qu'on ne chipote pas pour voir venir la pluie.

[ouiouiblog]

Le système est en place
- Un MLX90614 BCC (cone de détection de 35°) branché sur un Wemos > Ca envoie la température ciel toutes les 5 minutes à ma box domotique
- En parallèle un suivi de la température ambiante (donnée OpenWeatherMap) qui arrive sur la même box
- Le temps du calibrage,
> une IPCam qui m'envoie une photo du ciel toutes les 5 minutes. J'utilise les images pour estimer une nébulosité réelle a posteriori (précision : à la très grosse louche)
> Excel pour traiter ça

Au final ça se terminera par un bout de code en LUA qui m'enverra des notifs quand le ciel est dégagé la nuit ou qu'il est en train de se couvrir

Pour l'instant ça fonctionne bien. la détection est bien réactive.
Il faudra vérifier dans la durée si le calibrage est bon. En particulier quand la température ambiante va commencer à remonter

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[ouiouiblog]

Je continue mes pérégrinations avec mon détecteur de nuages. Pour rappel, c'est un thermomètre IR raccordé à un truc qui est capable de faire des calculs simples (dans mon cas, un mlx90614 raccordé à un ESP8266 qui envoie ses infos de temperature à un raspberry, qui se charge des calculs et de la diffusion de l'info).

La principale difficulté vient du paramétrage de la formule de calcul de nébulosité, qui embarque pas moins de 9 paramètres ! La formule est assez facile à trouver, par contre j'ai pas trouvé le moindre tuto pour caler le paramétrage (juste un paramétrage par défaut, a priori, tout pourri). C'est un truc assez pénible à faire et sur lequel on peut y passer une vie. Du coup, je détaille comment je m'y suis pris pour faire mon calage.

Le principe de base (source : https://lunaticoastro.com/aagcw/TechInf ... eModel.pdf)
- La temperature du vide cosmique oscille entre -150 et -180°C, donc si vous pointez un thermomètre Infrarouge vers le ciel et qu'il y n'y a pas de nuages, il va afficher une température significativement inférieure à la température ambiante. S'il y a des nuages, il va renvoyer une température proche de la température ambiante.
- Les limites du principe : votre thermomètre n'affichera jamais -150° vu qu'on est protégés par l'atmosphère. L'atmosphère se réchauffe en même temps que l'air ambiant et l'écart de température ne suffit pas à mesurer la nébulosité : à nébulosité égale, l'écart doit être plus grand quand il fait froid que quand il fait chaud



On rentre dans le hard > les formules magiques

% de nuages :
= 0% si Tsky < Tclair
= 100% si Tsky > Tbouché
= une règle de trois entre les deux : %Nuages = (Tsky - Tclair) / (Tbouche - Tclair)

Avec
- Tsky : delta entre la température du ciel relevée par IR et la température ambiante (Tir - Ta) ; la valeur est toujours négative et oscille grosso modo entre -15° et 0°
- Tclair : Tsky maxi pour un ciel sans nuages (par défaut -8°
- Tbouché : Tsky mini pour un ciel blindé de nuages (par défaut 0°)

Exemple (avec les valeurs par défaut) :
- Tsky = 0° > c'est blindé de nuages
- T sky = -10°> ciel clair
- T sky = -4° > 50% de nébulosité



Température ambiante corrigée (Td) (on corrige la température ambiante, pour tenir comte du fait qu'en été l'atmosphère se réchauffe et qu'on peut avoir un ciel clair avec un Tsky plus réduit. Pour mémoire, c'est l'écart entre la température ambiante et la température du ciel qui va définir le % de nuages)

Td = (K1 / 100) * (Ta - K2 / 10) + (K3 / 100) * (Exp (K4 / 1000* Ta)) ^ (K5 / 100) + T67

C'est une addition de 3 sous formules :
- K1/100 * ... qui va prendre en compte directement l'impact de la température ambiante
- K3/100 * ... qui va corriger cette valeur avec un calcul d'exponentielle à la noix que je ne maitrise pas
- T67 qui est le critère qui permet de prendre en compte le réchauffement de l'atmosphère (Cf. le pdf en PJ pour la formule)



Les paramètres à caler avec leur valeur par défaut :
- K1 (33), K2 (0), K3 (4), K4 (100), K5 (100), K6 (0), K7(0), Tclair (-8) et Tbouché (0)



Les relevés (longs et pénibles) :
- On fait des relevés de la température du ciel, de la température ambiante et du % de nuages sur différentes journées, en hiver et en été
- On évite de ne relever que des situation avec une nébulosité à 0% et 100% (on chasse des ciels avec des nuages clairsemés, des voiles d'altitude, ...)
- Si possible on prend des photos du ciel, pour valider a posteriori le % de nuages qu'on a relevé (ça n'a l'air de rien, mais en fait c'est la principale source de problème : c'est vraiment pas évident de définir un % de nébulosité de visu)



Le tableur
- On met tout ça dans un tableur où on saisit Tir, Ta, le % de nuages relevé et qui affiche les valeurs T67, Td et le % de nuages calculé

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Le calage étape 1
- On utilise le tableur pour faire varier les paramètres de manière à ce que les % de nuages calculés soit comparable aux % de nuages relevés
- On commence par caler les valeurs avec température ambiante basse (la notion de température ambiante basse/haute se voit dans le tableur, c'est la température à partir de laquelle les résultats partent en couille, chez moi c'était 11°) et on oublie T67
>> K2, K6 et K7 à zéro
>> Tclair à -8°(on affinera au besoin à la fin du calage)
>> Tbouché à 0 (on affinera au besoin à la fin du calage, sachant que cette valeur doit être inférieure ou égale à 0)
>> On va jouer sur K1 et K3 sachant que K1+K3 = 100 (même si ce n'est pas du tout ce que propose le calage par défaut ...)
>> On joue sur K1, on en déduit K3 et on affine le résultat avec K4 et K5 (pour faire simple, j'ai gardé des valeurs de K4 et K5 identiques)
>> Chez moi je suis arrivé à K1=35, K3=65, K4=K5=120



Le calage étape 2
- Normalement à la fin de l'étape 1, le % de nuages calculé est cohérent avec vos relevés pour les températures les plus basses et devient foireux (nébulosité surévaluée) à partir d'une certaine température ambiante. Vous la notez (11° chez moi).
- Vous la multipliez par 10 et ça vous donne K2 (K2 = 110 chez moi)
- Ensuite vous jouez sur K6 et K7 pour faire monter la valeur T67 jusqu'à ce que la nébulosité calculée soit ok pour les températures ambiantes les plus élevées
- Le truc pénible : K2 ne fait pas seulement varier le pivot de calcul de T67, il influe aussi sur le calcul de K1, K3, K4 et K5, donc il faut modifier leur valeur à chaque fois que vous modifiez K2
- Le suivi des valeurs intermédiaires (T67, Tamb et Tciel) aide à bidouiller ces valeurs.



Le calage étape 3
- On affine au besoin en faisant varier Tclair (-8° par défaut, je suis passé à -9°)

[ouiouiblog]

Un truc évident après coup, mais que je découvre 6 mois après avoir installé le machin : le capteur IR n'est pas capable de vous donner un % de nébulosité comparable à un indice octa. Il mesure juste l'épaisseur des nuages au dessus du capteur (dans un cône d'environ 20°, ça dépend du capteur choisi) à partir de la température qu'il relève.

Dans l'absolu, on s'en fout, mais ça peut être problématique quand on essaye de paramétrer le bidule (qui je la rappelle, demande de régler 9 paramètres, sur la base d'une formule un peu sortie de nulle part et maitrisée par pas grand monde).

Pour être plus explicite, lors du paramétrage, on ne cherche pas à régler une nébulosité qui correspond au % de nuages dans le ciel, mais qui correspond à l'épaisseur des nuages (gros nuage bas ou voile d'altitude) que voit le capteur.

Vivement qu'on ait du ciel, le réglage de ce truc m'aura occupé pendant 6 mois, mais là ça commence à me saouler.

[clouzot]

Pour être plus explicite, lors du paramétrage, on ne cherche pas à régler une nébulosité qui correspond au % de nuages dans le ciel, mais qui correspond à l'épaisseur des nuages (gros nuage bas ou voile d'altitude) que voit le capteur.

...mais dans les deux cas, toute activité astro est impossible. Tu arrives à détecter (de façon robuste) un voile d'altitude avec ce système ?

[ouiouiblog]

Dans l'absolu, oui, mais pour l'instant, non. En gros j'ai découvert aujourd'hui que ça fait 6 mois que m'emmêle les pinceaux dans le paramétrage de ce truc.

Ma cible c'est une précision à 20% et j'ai du mal à y arriver. Je ne pense pas que ce capteur permette d'avoir une info plus précise qu'une inspection visuelle du ciel (à la base, le truc sert juste à fermer les observatoires s'il y a un risque de pluie ...).

[ouiouiblog]

Tu arrives à détecter (de façon robuste) un voile d'altitude avec ce système ?

Je continue à bosser sur le truc. Tu as une idée de ce que l'on appelle "voile d'altitude" ?

La difficulté que je rencontre c'est que le paramétrage du machin se fait de jour : il est capable de détecter les cirrus et leur densité (c'est pas simple du tout à régler ; en particulier pour rester robuste avec de grosses variations de température ambiante, mais aujourd'hui par exemple, j'avais un suivi nickel des cirrus).

Par contre je n'ai aucune idée si ce sont les mêmes nuages qui, la nuit, font que les étoiles scintillent et que tu te tapes des VA moches.

Autre truc intéressant, c'est que la température Top Of Cloud (disponible gratuitement et sans aucun appareillage dans la vue satellite de windy), donne a priori les mêmes résultats que mon capteur diy (résultats inversés : plus c'est chaud, moins il y a de nuages) et permet de checker assez facilement la présence ou non d'un voile d'altitude (aka cirrus). Si température TOC = températures Sol > pas de cirrus (éventuellement un gros brouillard bas, mais dans ce cas là, tu ne cherches même pas à savoir si tu peux imager).

[clouzot]

Tu as une idée de ce que l'on appelle "voile d'altitude" ?

Je dirais : le truc qui tu vois pas directement quand tu sors regarder le ciel, mais qui te pourrit les images sans coup férir. Donc oui, les cirrus, en particulier les cirrostratus qui sont peu épais et peuvent être très peu visibles de nuit (sauf à être dans une PL de la mort, auquel cas elle se reflète dessus !) mais qui diffusent très bien.

[ouiouiblog]

le truc qui tu vois pas directement quand tu sors regarder le ciel,

Je suppose, de nuit ou à la nuit tombante.

Donc oui, tu peux évaluer la présence ou pas de cirrus (là par exemple, c'est entre chien et loup, aucun nuage visible, 1 ou 2 étoiles visibles et il m'affiche 25% de nébulosité), mais tu trouves la même info en ligne (actuellement température TOC -3°, température sol 22°)

[clouzot]

OK, donc surveiller tout delta important entre t° au sol et t° TOC, pigé.

[ouiouiblog]

C'est ça, et moyennant un minimum de paramétrage, tu peux l'afficher en °C et avoir la température sol en même temps (là par exemple c'est mort à Aix les Bains)

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