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LPMD : Light Pollution Mobile Detector

Cette réalisation est issue d’une réflexion sur le besoin en mesure permanente de la pollution lumineuse sur un site. Le but est construire un projet collaboratif et que la plupart des associations concernées dans la protection de notre ciel nocturne prenne part à l’étude en mettant un système dans leurs régions. Ce n’est qu’en cumulant les informations que l’on pourra obtenir un maillage correct pour une analyse pertinente de la PL dans notre pays.

Si on veut pouvoir argumenter « pour ou contre » dans la conversion de nos éclairages vers des LED à haute puissance, il nous faut des chiffres montrant soit la dégradation, soit l’amélioration qui aura été constatée après conversion.

Aujourd’hui, nous avons trop peu d'informations précises que pour argumenter sérieusement auprès des instances en charge !

Une étude du marché en terme de solution disponibles a donc été réalisée, qui a guidé à la définition des objectifs et à la réalisation du concept LPMD. Si une solution idéale ou adaptable était disponible, elle serait sélectionnée, sinon : elle sera créée ex-nihilo.

Le cahier des charges comportait :

  • un capteur (fiable) de la brillance du ciel
  • la capacité d'extension vers d'autres capteurs du commerce ou spécialisés (Caméra, détecteurs météo, etc…)
  • une plateforme informatique
    • résiliente, mais bon marché à remplacer en cas de problème
    • disposant de large capacité d’extension hardware et software
    • une connectivité élevée : Ethernet, WiFi, Bluetooth, RS/232,…
    • une capacité de stockage locale ou de type Cloud
    • une base fiable de fournisseurs pour tous les éléments, afin de garantir la maintenance ou le remplacement
  • une couche logicielle qui automatise la capture et la gestion des données
  • une capacité d'extension logicielle pour le traitement des données ou les futures extensions
  • un coût accessible à tous.

Les conclusions de l'étude ont mené à la réalisation de la Version 6.0 du LPMD (la version 1.0 date de 2009 !) qui intègre toutes les spécifications.

Choix de la plateforme informatique?

Une solution de type SOC/IOT est évidemment préférable pour disposer à la fois de l’intégration de cette plateforme dans un boitier modeste et de disposer de l’ouverture vers les nouvelles technologies. Originellement choisi pour sa fiabilité, sa capacité d’extension et son coût, la plateforme Arduino a été avantageusement remplacée par une version de type Raspberry PI (type PI3 1GB min) qui offre dès le départ bien plus de puissance de calcul et toutes les capacités de connectivité et d’extensions désirées. De plus, la capacité d’intégration logicielle et les librairies disponibles sont largement plus élevées.

Choix de la distribution logicielle ?

Afin de disposer de toutes les fonctions pouvant être utiles dans un cadre astronomique, le choix s’est porté sur une distribution de type « Open Source » nommée EAB (Easy Astro Box), disponible sur https://www.easyastrobox.com/

Cette version sera spécialement adaptée et optimisée pour les besoins du LPMD. Si la distribution disparait, on pourra toujours repartir sur une distribution Raspbian plus conventionnelle.

Choix du langage de développement ?

Avec la vocation scientifique de la solution, le choix c’est naturellement porté vers le langage Python. La solution pourra ainsi être développée «cross-plateformes» afin de ne pas se laisser enfermer par un modèle. Les développement seront faits sous Windows et mis en exploitation sur noyau Linux/Raspbian du EAB.

C’est dans ce langage qu’ont été développés deux outils logiciels :

  • SQMReader : une solution « interactive » permettant la capture de mesures en temps réel
  • SQMMonitor : la première partie d'une solution « résidente », intégrée au noyau EAB, qui assure de manière automatique et résiliente la capture
  • SQMPush : la deuxième partie de la solution, qui traite les données capturées et gère l’envoi des données vers un site web dédié.

L'architecture (simplifiée) de la solution résidente est la suivante :

Cette architecture, à l'origine plus simple, s'est étoffée rapidement pour faire face aux différents problèmes hardware rencontrés (niveau écriture des fichiers). On utilise donc désormais une technique en 2 temps :

  • une phase de “capture” qui est est limitée à la capture physique et la capture des données météo.
  • une phase de “publication” qui effectue des calculs, prépare les données pour la database et effectue la mise à jour (via un API, qui sera étendu aux mesures manuelles dans le futur)

Cette deuxième phase est destinée à “enrichir” les données brutes capturées (mesure de brillance + température) par des données de “contexte” de la mesure :

  • les éphémérides astronomiques du lieu (hauteur sur l'horizon du soleil et de la lune, phases, durée du jour civil)
  • des information au niveau du boitier de capture (EAB)
  • les données météo du lieu

Et ensuite, à expédier toutes les données (capture et logging) vers le site web pour consultation et suivi.

Les versions des programmes ont donc subi pas mal de révisions (et évoluent toujours) en peu de temps. Désormais on atteint la stabilité et la V3.0 devrait être une majeure.

SQMReader

  • V1.0 : version initiale
  • V1.1 : ajout de fichier de configuration
  • V1.2 : ajout de contrôles sur le processus de capture et envoi

Vue de SQMReader

SQMMonitor

  • V1.0 : version initiale
  • V1.1 : correction bug de connexion, gestion surchauffe
  • V1.2 : insertion de mécanismes de sécurité sur l'écriture SD
  • V1.3 : révision de 80% du code (à distance) pour pallier aux déficiences de carte SD
  • V1.4 : correction de bugs
  • V1.5 : ajout de configuration de “backup” automatique
  • V1.6 : ajout de headers techniques au fichier pour SQMPush
  • V1.7 : correction de bugs
  • V1.8 : passage à une API HTTP
  • V2.0 : intégration des fonctionnalités de SQMPUSH, envoi différé de sauvegarde et immédiat vers API
  • V3.0 : optimisée et avec capacité de auto-reboot, disponible en deux modes : “daemon” (PI zero) ou Graphique (PI3 ou plus)

SQMPush

  • V1.0 : Version initiale, pour pallier au déficiences SD
  • V1.1 : Correction de bugs
  • V2.0 : Ajout du calcul des éphémérides astronomiques pour le lieu, date et heure
  • V2.1 : En cours de développement, ajout de données météo
  • V2.2 : Prétraitement des données météo
  • V2.3 : Ajout de données météo dans les fichiers
  • V2.4 : Correction de bugs
  • V2.5 : Ajout de fonctions de traitement d'erreur FTP
  • V2.6 : Ajout de l'API, désormais opérationnelle avec une Database
  • V2.7 : Sert désormais de “solution backup” pour recharger en batch depuis les fichiers

Choix du boitier ?

Deux choix sont directement possibles : soit utiliser le boitier « étanche » fourni par Unihedron, soit en développer un plus résistant (compatible IP66) à partir de pièces et matériaux grand public. Après diverses expérimentations, il a été jugé préférable réaliser le boitier dans une version plus solide et de séparer capteur et boitier de contrôle. La liaison entre les deux s’effectuera via USB (plus fiable à courte distance) mais pourra s’adapter aux autres modèles.

Modèle de distribution ?

La solution reprend le concept des boîtiers séparés, l’intégration logicielle (EAB et LPMD) et la mise à disposition d’un site permettant la centralisation des données. Chaque personne ou club désireux de réaliser son exemplaire pourra recevoir gratuitement les plans et logiciels sous une simple demande e-mail à lpmd (at) beastro.be

Une distribution officiellement reconnue « Open Source » est en cours de reconnaissance.

Vue de la solution actuelle :

Déploiement de la solution

Le club AstroNamur (BE), impliqué depuis longtemps dans la problématique de la pollution lumineuse et directement confronté à la prochaine vague de conversion massive vers les LED de son éclairage urbain, a été le premier à financer la construction de la solution et de l’installer dans un observatoire fixe de la région.

A la date de rédaction de ce document, c’est désormais chose faite, le premier détecteur est installé et opérationnel. Cette station enregistre désormais la situation du ciel toutes les 5 minutes et envoie ses données toutes les heures vers le site central.

Le logiciel a été prévu pour faire face aux événements imprévus, tel que perte de connectivité, perte de courant, déconnexion du capteur, etc… En règle générale, si un problème survient, le système tentera de se reconnecter tout en préservant en local les mesures, si elles sont possibles. La télémaintenance de la solution est évidemment prévue.

Deux LPMD sont désormais pleinement opérationnels, un en finalisation et un autre à l'étude. Couvrant des zones en province de Bruxelles, Namur et Luxembourg

Même avec un seul exemplaire par région, la prise de mesure permanente va s’avérer très utile dans toutes les études d’impacts (avant / après), mais le but est de faire évoluer le maillage des capteurs afin de couvrir la plus grande zone possible.

Intérêt pour les clubs astro ?

En dehors de la mesure PL, l’usage d’un SQM est fort utile pour les clubs et observatoires privés, car elle permet de déterminer en cas de météo favorable la situation générale du ciel pour l’observation. On peut ainsi faire coup double en implantant ce type de solution proche du site favori d’observation et pouvoir déterminer à distance si cela vaut la peine de se déplacer.

D’ailleurs, comme on peut aisément rajouter des capteurs additionnels (« station météo », caméra all-sky, détection IR, etc…) sur celui-ci, cela rend la solution à la fois indépendante des fournisseurs de matériel et parfaitement efficace pour connaître à distance (et à bas prix) la condition totale d’un site à un moment donné.

Nous avons commencé à intégrer des données venant d'autres observateurs, sur base de fichier standards qui sont disponible, afin d'augmenter la qualité des données présentes. Exemple : Dourbes

Intérêt pour les associations liées à la nature ?

La surveillance permanente prend son importance dans toutes les zones déclarées protégées (trames noires) dans lesquelles une surveillance visuelle est difficile à mettre en place. Couplée à d’autres capteurs (humidité, mouvement, camera IR, etc.. ) on peut envisager de nombreuses applications de surveillance environnementale.

Accessibilité des données

Toutes les données sont stockées à deux endroits : localement (carte mémoire) et sur un site web accessible à tous.

Comme les données sont régulièrement envoyées vers le site central, le backup de celles-ci est de-facto assurée. Toutes les informations liées à la capture ou aux évènements externes sont aussi stockés localement, pour la gestion des problèmes éventuels.

Le layout des pages web liées évoluera au fur et à mesure du temps, mais désormais seule la version utilisant une database sera mise à jour (en dynamique).

Cette version est disponible sur la page http://lightpollution.beastro.be/lpmd/

La version (très basique), orientée pour la fonction « stockage » n'est plus alimentée…

lpmd.txt · Dernière modification: 2021/02/10 07:42 par admin