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Technischer Aufbau der Wetterstation Rhede

Die private Wetterstation Rhede ist ein Langzeitwetterprojekt in Rhede (Westfalen), im schönen Westmünsterland. Finanziert wird das Hobbyprojekt ausschließlich aus eigenen, privaten Mitteln. Alle Werbeeinnahmen aus lokalen und überregionalen Werbeeinblendungen fließen zu 100% in den Aufbau, den Betrieb, sowie in die Wartung und Instandhaltung der Station. Seit Mitte 2008 erfasst die Wetterstation Rhede regelmäßig aktuelle Wetterdaten, verarbeitet sie informationstechnisch und speichert die Daten dauerhaft in Datenbanken. Neben aktuellen Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerten werden die Daten für Luftdruck, Niederschlagswerte, Windgeschwindigkeit und Windböen sowie die Windrichtung aufgezeichnet. Herzstück der Wetterstation Rhede ist seit dem 10.06.2020 Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus.

Angefangen hat damals alles mit der semiprofessionellen Funk-Wetterstation Nexus von der Firma TFA Dostmann, die mit zwei Temperatur- / Luftfeuchtesensoren, einem digitalen Barometer, dem Regenmesser sowie einem Anemometer zur Messung von Windgeschwindigkeit und -richtung ausgestattet ist. Als Software für die Verarbeitung der Wetterdaten aus Rhede kam von Anfang an das Programm wswin zum Einsatz. Anfangs werkelte die Software noch auf einem kleinen Pentium PC mit Windows 2000 – Server Betriebssystem, später dann auf einem leistungsfähigeren Windows XP – Rechner. Aktuell werden die Messdaten von einem Windows 7 System, welches als VM auf einem QNAP NAS installiert ist, verarbeitet. Da jedoch auch die Tage von Windows 7 bereits gezählt sind, Microsoft hatte Anfang des Jahres das Supportende des OS angekündigt, findet aktuell ein großer Umbau der Wetterstation Rhede statt.

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Nicht alleine die Rechnerinfrastruktur wird dabei modernisiert, sondern auch die Wetterstation erfährt zur Zeit ein größeres Update. So wurde just vor wenigen Tagen die Profi Wetterstation Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus geliefert, die in naher Zukunft die TFA Dostmann ablösen wird. So wird hier bereits seit einigen Wochen konzentriert am neuen Stationskonzept gearbeitet. Die neue Webseite der Wetterstation Rhede auf Basis einer WordPress – Installation mit einem raffinierten Wetterplugin ist bereits zu 90% fertiggestellt und seit ein paar Tagen online. Weitere Teilmodule werden nach und nach entwickelt und getestet. So sind es mittlerweile nur noch wenige Meilensteine bis zur endgültigen Umschaltung von Alt auf Neu.

Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam
Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam
Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam

In der schematischen Darstellung der Wetterstation Rhede kann man sehr gut das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten des neuen Systems erkennen: Herzstück der Wetterstation ist der Wetter Server, ein passiv gekühlter Industriecomputer mit Intel i7 Prozessor, 8 GB Hauptspeicher, 1 TB SSD Festplatte und einem Windows 10 Professional Betriebssystem.  Als Software für die Verarbeitung der Wetterdaten kommt anfangs weiterhin das Programm wswin zum Einsatz, welches im Fünfminutentakt die aktuellen Wetterdaten der Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus über eine der sechs seriellen COM – Schnittstellen abfragt und verarbeitet. Nach der Aufbereitung der Daten sorgt ein ftp – Uploader dafür, dass die neuesten Messwerte auf dem Webserver landen, wo sie dann von einem WordPress – Plugin entsprechend grafisch aufbereitet und auf der Webseite dargestellt werden. Aufgrund einiger Softwareprobleme mit wswin in Verbindung mit der neuen Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus, die sich während des Umzuges abzeichnen sollten, wurde die Software wswin mittlerweile jedoch teilweise von einer Meteobridge abgelöst.

Da wswin die Wetterdaten der Station leider nur im Filesystem abspeichert sorgen mehrere php-Skripte auf dem Webserver dafür, dass die Daten in einer MySQL – Datenbank einsortiert und gespeichert werden. Den Upload der Daten erledigt ebenfalls der automatische ftp-Uploader in regelmäßigen Zeitabständen. Der Wetter Server ist über einen speziellen Router mit dem Internet verbunden. So kann sich das Gateway sowohl per LTE als auch über eine WIFI – Verbindung mit dem World Wide Web connecten. Das schafft eine gewisse Ausfallsicherheit.

Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam
Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam

Um den Server gegen Angriffe von außen zu schützen und gleichzeitig eine Administrationsschnittstelle zur Verfügung zu stellen, ist ihm eine OPNsnese Firewall mit OpenVPN – Client vorgeschaltet. Darüber wird ein permanenter VPN Tunnel zwischen dem Wetter Server und dem Office – Netzwerk zu Hause hergestellt. Die Administration des Servers erfolgt sowohl per RDP Connection als auch per UVNC Session. Die Authentifizierung erfolgt u.a. über den Domain Controller im Office LAN.

Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam
Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam

Ein weiteres Highlight der Wetterstation Rhede ist der Empfang der Satellitenbilder über die polarumlaufenden NOAA Wettersatelliten, die mehrmals täglich bei ihren Überflügen aktuelle Satellitenbilder, quasi live zur Erde funken. Um diese Satellitenbilder empfangen zu können wird spezielles Equipment benötigt. Im Gegensatz zu den geostationären Satelliten, die quasi immer über der gleichen Stelle am Himmel „kleben“ umkreisen die NOAA Wettersatelliten die Erde in 800 Km Höhe und benötigen für einen Umlauf ca. 100 Minuten. Durch die Drehung der Erde verschiebt sich die Umlaufbahn jeweils um mehrere Tausend Kilometer. Die Satelliten übertragen auf ihrer Umlaufbahn permanent die aufgenommenen Bilder im VHF Bereich mit Frequenzen zwischen 137 und 138 MHz und einer Sendeleistung von lediglich 5 Watt.

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Auf Grund der Verschiebung der Umlaufbahn der Satelliten können die Funksignale aus allen Richtungen kommen. Zudem senden polarumlaufende Satelliten rechtsdrehend-zirkular polarisiert. Somit eignen sich zum Empfang der Satellitensignale auch am besten Antennen mit einer rechtsdrehenden, zirkularen Polarisation in alle Richtungen. Zwei dieser Antennenbauformen kommen bei der Wetterstation Rhede (siehe Fotos unten in der Galerie) zum Einsatz, eine Quadrifilar Helical Antenne (QFH Antenne) und eine Turnstile Antenne, ein so genannter Kreuzdipol. Beiden Antennen ist ein schmalbandiger Mastvorverstärker für den 137 MHz Bereich nachgeschaltet, um die Funksignale der Wettersatelliten entsprechend zu verstärken.

Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam
Wetterstation Rhede | Davis Vantage Pro 2 Aktiv Plus | NOAA Wettersatelliten - R2FX | 137 MHz Turnstile - QFH - Antenne | Wetter WebCam

Als Empfänger für die Signale der NOAA Wettersatelliten kommt der R2FX zum Einsatz, ein FM-Empfänger, der speziell für den Empfang der umlaufenden Wettersatelliten im 2m-Band entwickelt wurde. Er wird per serieller RS 232 COM – Schnittstelle am Wetter Server angeschlossen. Das Besondere an diesem Empfänger ist, neben seiner hohen Eingangsempfindlichkeit, dass er über seine beiden Antennenanschlüsse gleich zwei Antennensignale gleichzeitig verarbeiten kann. Durch seine Antennen-Diversity – Schaltung überwacht er beide Antennensignale und verarbeitet immer das stärkere Signal. Die Aufnahme der (Ton)Signale der NOAA Wettersatelliten und die anschließende Umrechnung und Entwicklung der Satellitenbilder erledigt die Software wxtoimg.

Temperaturverlauf im Serverschrank