ES2363538B1 - Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo. - Google Patents
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Abstract
Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo.#Consiste en un instrumento capaz de monitorizar permanentemente la contaminación lumínica provocada por la iluminación artificial en el exterior o interior de las ciudades o pueblos, en todo el cielo y en diferentes bandas espectrales. El sistema está basado en un detector CCD, rueda de filtros y objetivo de ojo de pez y puede funcionar como estación fija permanente resistiendo condiciones de intemperie o bien como estación portátil. El sistema también determina la extinción atmosférica en todo el cielo y en diferentes bandas. Adicionalmente y como consecuencia del conocimiento de la extinción atmosférica se genera un mapa nocturno de nubes según el número de estrellas que son visibles.
Description
Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo.
La presente invención se refiere a un instrumento capaz de clasificar y cuantificar la contaminación lumínica en la atmósfera provocada por los sistemas de iluminación artificial de pueblos y ciudades, con un campo de visión de 180 grados en todas las direcciones. Antecedentes de la invención
Recientemente están apareciendo en las distintas comunidades autónomas leyes que regulan el grado de contaminación lumínica en nuestros cielos, como por ejemplo la ley de protección del cielo, aprobada en el BOJA con fecha del 13 de Julio del 2007, para los cielos de Andalucía. Por tanto, el cumplimiento de dicha ley se basa en el conocimiento del grado de contaminación y sobre todo su evolución con el paso del tiempo.
Un método para generar mapas de contaminación lumínica se basa en el estudio de imágenes de satélite, pero dichas imágenes son incapaces de caracterizar la contaminación lumínica localmente, siendo su estudio solo válido para grandes áreas a nivel global.
Puesto que la contaminación lumínica en su definición, es la fracción de luz artificial que es difundida por la atmósfera, esta puede ser cuantificada mediante la medida del flujo de fotones del fondo de cielo
o también llamado brillo superficial del cielo, siendo éste otro método de caracterización. Mediante este método, el resultado obtenido puede ser calibrado a partir del brillo conocido de las estrellas estándares habitualmente utilizadas en fotometría dentro del campo de la Astronomía. Dicha magnitud se expresa en unidades de magnitud estelar por unidad de área de cielo.
Existen en el mercado algún tipo de dispositivo como el Sky quality meter (ver http://www.unihedron. com/projects/darksky/) el cual mide dicho brillo superficial del cielo en una dirección concreta y con un ángulo de 40 grados en la dirección de observación. Este tipo de dispositivos presentan el inconveniente de no reproducir exactamente la misma dirección cada vez que se realiza una medida, y el campo reducido de visión. Además debido a su corto tiempo de exposición (solo 8 segundos) no son indicados cuando el grado de contaminación es leve y por tanto el cielo es oscuro.
Para evitar los inconvenientes de este tipo de sensores, el titular de la presente invención, el Dr. Jesús Aceituno Castro, ha desarrollado un nuevo instrumento, capaz de obtener un mapa completo del cielo, cuantificando el valor de la contaminación lumínica en cualquier dirección. Así mismo es capaz de clasificar el origen de la contaminación al poder generar mapas en diferentes bandas espectrales.
Como parte de la invención, ésta incorpora un software de control completamente robotizado que analiza y procesa en tiempo real todas las imágenes obtenidas, generando los mapas para cada banda. De esta manera, dicho instrumento está diseñado para ser instalado como estación fija, soportando condiciones de intemperie o bien como estación móvil para realizar medidas itinerantes. Descripción de la invención
El nombre propuesto para la presente invención es ASTMON (acrónimo del inglés que significa AllSky Transmision MONitor) es un nuevo instrumento desarrollado para la caracterización y medida de la contaminación lumínica. Consiste en un detector CCD que lleva incorporado una rueda porta filtros y un objetivo ojo de pez, que provee al instrumento de un campo de visión de 180 grados en todas las direcciones.
Gracias a los diferentes filtros incorporados, las medidas son realizadas en diferentes bandas espectrales las cuales han sido elegidas en el sistema fotométrico de Johnson, habitualmente utilizado en astronomía.
Puesto que son conocidos los brillos o magnitudes de las estrellas en dicho sistema fotométrico, es posible calibrar el brillo del fondo del cielo al ser comparado con la magnitud de las estrellas tal y como se ha mencionado en la sección anterior. De esta manera, el resultado mostrado está referenciado siempre a un valor de cero instrumental, por lo que se pueden elaborar mapas de brillo superficial del cielo, comparables entre diferentes lugares de observación. El sistema admite cualquier otro sistema fotométrico como sistema de medida y calibración puesto que los filtros son fácilmente intercambiables.
De esta manera, se puede establecer una correlación entre el valor del brillo superficial del cielo obtenido en un filtro y el tipo de lámpara que está provocando la contaminación estudiada.
El instrumento está diseñado como un todo, ya que contiene todo lo necesario para poder realizar las medidas. Además de lo ya expuesto, tanto el ordenador como toda la electrónica de control están integrados en el mismo. El conjunto está preparado para soportar condiciones de intemperie, para lo cual, el instrumento está alojad o en un cajón aislado térmicamente y con diversos mecanismos de ventilación para controlar la temperatura dentro del habitáculo.
El proceso de medida es completamente automático y no precisa de ningún operador humano, siempre y cuando se trate de estaciones fijas. Las estaciones móviles tan solo requieren una puesta en estación por parte de un operador, siendo el resto de los procesos igualmente automáticos. Esta invención realiza todas las tareas necesarias para obtener una medida del brillo superficial del cielo (y por tanto medida de la contaminación lumínica) sin necesidad de tener conocimientos previos en procesado de imágenes astronómicas.
El sistema comienza automáticamente las medidas al atardecer cuando da lugar el comienzo de la noche astronómica. En este punto, el programa ordena la puesta en funcionamiento de todas las corrientes y procesos electrónicos e informáticos tal que al final se obtenga una imagen directa del cielo en un filtro dado. Una vez que la imagen es pre-procesada por software con el objeto de eliminar ruido y diferencias de sensibilidad a lo largo de la misma, éste procede con la medida del flujo del fondo de cielo para todas las direcciones del cielo. Con esta información se genera una imagen donde el valor de cada pixel contiene el valor del brillo superficial en esa dirección del cielo ya expresado en unidades de magnitudes estelares por segundo de arco cuadrado. En este paso se aplican los algoritmos clásicos habitualmente utilizados en la astronomía profesional. El proceso se repite ininterrumpidamente con todos los filtros presentes en la rueda porta filtros.
Complementariamente, el programa es capaz de identificar las estrellas del campo de visión. Este pro
ceso lo realiza al proyectar las coordenadas esféricas conocidas de las estrellas sobre la imagen directa obtenida por la CCD. La invención puede por tanto medir el flujo de cada estrella y compararlo con el valor teórico de la misma pudiendo por tanto medir la extinción atmosférica en cada dirección donde haya una estrella. Esto es de vital importancia para la astronomía profesional o física de la atmósfera. Actualmente tampoco hay ningún sistema que pueda medir la extinción estelar en un campo de visión tan grande.
Así mismo, y como consecuencia de la identificación de las estrellas del campo de visión, el sistema obtiene un mapa de cobertura de nubes, pudiendo ser utilizado secundariamente como sensor de nubes. El programa de control divide el área del cielo en diferentes sectores los cuales son representados con un código de colores indicando el tanto por cierto de estrellas visibles en cada sector, entendido como el número de estrellas visibles en ese instante dividido entre el número de estrellas que deberían de verse en esa zona.
Cuando llega el final de la noche astronómica, el programa detiene todos procesos de medida, y apaga todos los dispositivos quedando en hibernación hasta que de nuevo el comienzo de la siguiente noche astronómica, en que se repite todo desde el principio.
Todos los datos generados son almacenados en el disco duro del ordenador de control.
El sistema es orientado en el cielo siempre de la misma manera a través de un sistema compuesto por una brújula y un nivel ojo de buey. Esto permite comparar espacialmente todos los resultados obtenidos a lo largo del tiempo. Breve descripción de los dibujos
Para un mejor entendimiento de todo lo descrito en los apartados anteriores, se acompañan una serie de fotografías y dibujos en los que, tan solo a título de ejemplo, se muestra un caso práctico de realización de un monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo.
La figura 1 es una vista en alzado frontal del monitor en cuestión mostrando el contenido interior del mismo. Las figuras 2a y 2b son sendas fotografías de una realización práctica preferida con la misma perspectiva. La figura 3 representa la vista en planta de la parte superior junto con la figura 4 que muestra la fotografía de la realización práctica de dicha vista superior. Finalmente la figura 5 muestra el perfil lateral del prototipo. Descripción de una realización preferida
El monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo costa de una serie de piezas que se describen a continuación para el caso de una realización preferida. Una cúpula acrílica (1) protege el objetivo de ojo de pez (2) de suciedad o cualquier fenómeno meteorológico. Puesto que el habitáculo (11) es un espacio cerrado debe tener un sistema de ventilación (3) que evacue el calor producido por los dispositivos que forman el instrumento a través de una salida (12) y una entrada de aire (14).
En la figura 5 se puede apreciar la disposición espacial de los diferentes elementos de modo que el aire pasa a través de todos ellos, desde su entrada hasta la salida.
El ojo de pez es también protegido por un obturador solar (5) que consiste en un motor de el cual tiene acoplado en su eje una pletina de aluminio la cual se posiciona delante del campo de visión del objetivo durante el día impidiendo que los rayos solares incidan directamente sobre el ojo de pez. De esta manera se evita que el detector y el propio objetivo se sobrecalienten. Durante la noche, el motor coloca dicho obturador fuera del camino óptico del objetivo, permitiendo obtener imágenes del cielo.
Debido a las diferencias de temperatura que puede haber en el interior y el exterior de la cúpula, se puede producir condensación de agua a lo largo de la superficie de la misma, dependiendo de las condiciones de humedad exterior. Puesto que esto extingue la luz del fondo de cielo, puede falsear el dato. Para evitar dicha condensación en esta realización preferida, se puede instalar un ventilador (10) con una resistencia térmica que introduce aire caliente en el interior de la cúpula.
Como el habitáculo (11) estará expuesto a condiciones de intemperie debe estar asilado térmicamente y sellado contra intrusiones de agua hacia el interior. Dicho habitáculo descansa sobre una bancada de cuatro patas (9) las cuales pueden ser ancladas al suelo. Así mismo, debe contener conectores específicos de intemperie (13) para conectar el instrumento con el mundo exterior. Estos conectores son para la alimentación principal de 220 V, un conector Ethernet y un conector USB para extraer los datos generados.
El sistema necesita un detector CCD el cual lleva acoplada una rueda de filtros (6) para obtener la imagen del cielo generada por el objetivo. Todo el sistema está gobernado por un portátil tipo PC (4)yasuvez todo está alimentado por una fuente de alimentación de corriente continua (15). Todas las conexiones a 220 V están conectadas a una regleta la cual está protegida contra choques eléctricos, muy importante para aquellos sistemas que pueden estar expuestos a rayos durante tormentas eléctricas. El instrumento también consta de un interruptor magneto-térmico y diferencial (16) para proteger tanto a personas como a los dispositivos de los mencionados choques eléctricos.
El ordenador de control tiene como función principal controlar el todos los elementos del hardware. Para ello, actúa sobre una caja de relés de contacto
(7) la cual comanda adecuadamente el resto de las corrientes. Así mismo dicho ordenador se encarga de la adquisición de las imágenes de la cámara CCD y su posterior análisis, mediante un software de control desarrollado por el inventor.
Dicho programa se encarga de poner en marcha todo el sistema cuando las condiciones son las adecuadas.
Serán independientes del objeto de la invención los diferentes detectores CCD, ruedas de filtros, objetivos de ojo de pez o el resto de materiales empleados, formas y dimensiones de los mismos y todos los detalles accesorios que puedan presentarse, siempre y cuando no afecten a su esencia.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo, caracterizado por un detector CCD con una rueda de filtros y objetivo ojo de pez para medir cuantitativamente la contaminación de la iluminación artificial a través del brillo superficial en todas las direcciones del cielo.
-
- 2.
- Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo, según la reivindicación 1, caracterizado por ser capaz de determinar la extinción atmosférica en todo el cielo y en diferentes bandas a partir de las medidas del flujo de las estrellas identificadas en el campo.
-
- 3.
- Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo, según la reivindicación 1, caracterizado por ser capaz de generar mapas nocturnos de nubes en todo cielo y en diferentes bandas.
-
- 4.
- Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo, según la reivindicación 1, caracterizado por las diferentes configuraciones que permitan tanto una estación fija que resista condiciones de intemperie como móvil.
-
- 5.
- Monitor de contaminación lumínica y extinción atmosférica de gran campo, según la reivindicación 1, 2y3 caracterizado por el hecho de realizar las medidas fotométricas en distintos sistemas de filtros.
OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 201000107ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 27.01.2010Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : G01J1/00 (01.01.2006) G01W1/00 (01.01.2006)DOCUMENTOS RELEVANTES- Categoría
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- Y
- REPORTE TÉCNICO. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE FPI Y CÁMARA ALL-SKY EN JICAMARCA. Radio Observatorio de Jicamarca. OSCAR A. VELIZ CASTILLO et al. 15.12.2009. Todo el Documento. 1-5
- Y
- Sky Quality Meter – Lens USB SQMLU Users manual. UNIHEDRON. 26.11.2009. Todo el documento. 1-5
- A
- ES 2265273 B1 (CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS. INSTITUTONACIONAL DE TÉCNICAS AEROESPACIAL.) 01.02.2007, todo el documento. 1-5
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 03.03.2011
- Examinador G. Foncillas Garrido Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 201000107Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) G01J, G01W Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOCInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 201000107Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 03.03.2011Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2010001071. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- REPORTE TÉCNICO. INSTALACIÓN Y OPERACIÓN DE FPI Y CÁMARA ALL-SKY EN JICAMARCA. Radio Observatorio de Jicamarca. OSCAR A. VELIZ CASTILLO et al. 15.12.2009 . Todo el Documento.
- D02
- Sky Quality Meter – Lens USB SQMLU Users manual. UNIHEDRON. 26.11.2009. Todo el documento.
- D03
- ES 2265273 B1 (CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS. INSTITUTO NACIONAL DE TÉCNICAS AEROESPACIAL.) 01.02.2007
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónReivindicación 1 El documento más próximo al objeto de la invención es D01, dicho documento presenta un dispositivo que permite extraer datos sobre vientos y temperaturas durante toda la noche. Comprende un interferómetro Fabry-Perot, una cámara CCD y una cámara all-sky u ojo de pez, la cual permite la realización de dicho análisis en todas las direcciones del cielo. La diferencia entre el objeto de la solicitud y D01 se basa en el estudio de la contaminación lumínica y extinción atmosférica en una zona. El efecto técnico se basa en poder analizar la contaminación lumínica en una zona. El problema es tener un dispositivo que sea capaz de determinar el brillo superficial del cielo. La solución al mismo se establece en D02 donde se presenta un instrumento que realiza dicha función. Sería obvia la combinación de ambos dispositivos en base a obtener el objeto presentado en la solicitud de patente, es decir, un sistema que permita realizar un análisis de la contaminación lumínica en todas las direcciones del cielo. Por último decir que la utilización de filtros como puede apreciarse en D02 y D03 es un aspecto sobradamente conocido en el estado de la técnica que nos ocupa. Por tanto, dicha reivindicación es nueva (Artículo 6 LP) y carece de actividad inventiva (Artículo 8 LP). Reivindicaciones 2-5 Es de conocimiento común en el estado de la técnica que nos ocupa (D01, D02 o D03) la utilización de diferentes sistemas de filtros, obtención de datos del cielo en diferentes bandas, así como generar mapas nocturnos de nubes. Respecto a que el sistema sea fijo o móvil, se considera dicha opción dadas las consideraciones tomadas en las reivindicaciones, es una mera opción de diseño. No obstante cabe decir que el dispositivo de D01 es fijo y el presentado en D02 móvil, la combinación de ambos podría derivar perfectamente en un sistema que cubriera ambas necesidades. Por tanto, dichas reivindicaciones son nuevas (Artículo 6 LP) y carecen de actividad inventiva (Artículo 8 LP).Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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