1. TrTULO DE LA INVENCiÓN MÉTODO DE MEDICiÓN DE TEMPERATURA DEL AMBIENTE BASADO EN DISPOSITIVOS EXTERNOS CON MEDIDORES DE TEMPERATURA DE FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO 5 11. SECTOR DE LA TÉCNICA Sector de aplicación: Sistemas climáticos y meteorológicos Sistemas de radiofrecuencia Sistemas electrónicos 10 Área científica o técnica: T el eco m u nicaciones Meteorología Climatología Sector de actividad. 15 Método para estimación/medición de eventos meteorológicos/climatológicos 11. ESTADO DE LA TÉCNICA El seguimiento y estudio de la meteorología y todos aquellos factores que afectan al cambio 20 climático necesitan de cantidades ingentes de datos que permitan obtener buenos resultados de los sistemas de modelado. Una de las formas más comunes de captación es mediante estaciones meteorológicas en puntos o ubicaciones específicas. La distribución de estaciones tiene un coste económico moderado si bien este se incrementa cuando se despliega una red por amplias zonas llegando a ser un gasto considerable su implantación y mantenimiento. 25 Además, necesita de un mantenimiento continuo, así como algún medio de transmisión en tiempo real de los datos capturados. Otros sistemas de captación de eventos meteorológicos están basados en sistemas de radar tanto terrestres como aéreos y satelitales, imágenes satelitales, etc. A las estaciones les añade la ventaja de abarcar zonas mucho más amplias, aunque a costa de un mayor gasto económico en su implantación y mantenimiento. 30 Los métodos de medición de temperatura ambiente puntual (en localizaciones geográficas específicas) se pueden dividir en dos grandes grupos según la ubicación del sensor de medida respecto del punto en el que se mide: 35 1) Medición directa en el punto donde se desea medir, su funcionamiento es ampliamente conocido y se basa en el uso de sensores como, por ejemplo, termómetros o similares; 2) Medición indirecta en los cuales los sensores no están directamente expuestos al ambiente. El método que proponemos se enmarca dentro del segundo grupo, y parte de las medidas de temperatura obtenidas en el interior de algún dispositivo, por ejemplo, en los dispositivos DESCRIPCIÓN
denominados OOUs (Outdoor Oevice Unit). Los OOUs son dispositivos integrados en los equipos de radioenlaces de comunicaciones y su sensor de temperatura tiene la finalidad de dar información relacionada con la calidad del funcionamiento de dichos equipos. En los últimos años han aparecido nuevas formas de estimar indirectamente la temperatura del 5 ambiente mediante métodos basados en dispositivos que poseen internamente medidores de temperatura de funcionamiento. Es el caso de la estimación de la temperatura del ambiente a partir de las mediciones de la temperatura de las baterías de teléfonos móviles y sus termistores internos (Overeem, A., J. C. R. Robinson, H. Leijnse, G. J. Steeneveld, B. K. P. Horn, and R. Uijlenhoet (2013), Crowdsourcing urban air temperatures from smartphone battery 10 temperatures, Geophys. Res. Lett., 40, 4081-4085, doi:10.1002/grl.50786.). Otros métodos para la estimación de eventos meteorológicos mediante factores independientes los podemos encontrar en la estimación de la precipitación mediante las atenuaciones que se producen en el vano de comunicación entre dos antenas, Rainfall foundation monitoring method based on GNSS signal depolarization effect CN 103616736 A Y 15 Monitoring and mapping of atmospheric phenomena EP 1902530 A2 (texto de W02007007312A2). Este método está basado en uno de los parámetros de nivel de potencia recibida en el OOU que es la potencia de recepción o RSL (Received Signal Level). A diferencia del método expuesto en el párrafo anterior de detección de precipitación basado en radioenlaces, este método que aquí se presenta no tiene en cuenta las características del 20 vano entre radioenlaces, sino las propiedades debidas a los materiales, electrónica, funcionamiento y localización entre otros parámetros para la estimación de la temperatura ambiente. El método de estimación de la temperatura ambiente que presentamos aprovecha los niveles de temperatura internos de la electrónica medidos por sensores instalados dentro del dispositivo, como puede ser en los dispositivos OOU, para calcular la temperatura del 25 ambiente exterior sin necesidad de instalar un dispositivo de medición directa en las cercanías. Los dispositivos OOUs (Outdoor Oevice Unit) tienen la finalidad de preprocesar la señal de radiofrecuencia y la conversión de dichas señales. Los equipos de radioenlaces disponen de dispositivos para telemetría, y de monitorización del funcionamiento como son los niveles de potencia recibida, relación señal al ruido y voltajes de funcionamiento. Entre estos dispositivos 30 destaca el encargado de medir la temperatura de la electrónica interna del OOU (Temperatura de OOU) con un sensor al efecto. 111. SUMARIO. DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN El método que proponemos representa una nueva forma de medición de temperatura ambiente. Lleva aparejado el valor añadido de un bajo coste gracias al aprovechamiento de los 35 dispositivos, como por ejemplo los equipos de radiofrecuencia, se puede aprovechar que éstos, una vez instalados, están en funcionamiento de forma continua o discontinua según proceda. El punto de partida es aprovechar el sensor interno de temperatura de control de la electrónica del dispositivo. En el caso de las redes de radiocomunicaciones se aprovecha una red ya instalada que posee sus propios canales de comunicación de datos de calidad de la señal para 40 uso en observación y procesamiento en tiempo real. Se consigue así dar valor añadido a un sistema ya implantado, y con un mantenimiento independiente de producto meteorológico a medir dado que su principal función es mantener las comunicaciones. Al estar el sensor encapsulado en el interior del dispositivo la medición de temperatura del dispositivo se ve afectada por dos tipos de factores: 1) La electrónica interna que, a su vez, 45 está condicionada por el funcionamiento del sistema (recepción y transmisión en el caso de OOU); y 2) Por la temperatura del exterior. El método propuesto permite calcular la temperatura del ambiente en el exterior del dispositivo a partir de estos datos de temperatura. El método captura los datos de temperatura interna del dispositivo y mediante la incorporación de técnicas y algoritmos de procesado estadístico y aprendizaje, permitirán medir la 50 temperatura del ambiente. Aparte de las ventajas anteriormente expuestas, el método permitirá una mayor resolución espacial de los mapas de temperatura. Además, permitirá tener una fuente de información
continua de datos climatológicos en zonas geográficas con baja o nula densidad de estaciones meteorológicas. IV-A. Descripción detallada de la invención El método expuesto para la detección de la temperatura del ambiente en una región geográfica. 5 Consta de tres etapas principalmente: Suministro de parámetros de control yo calidad de algún tipo de dispositivo previamente existentes no diseñados para la medición de la temperatura del ambiente en una región determinada, la etapa de seguimiento de los parámetros de control y o calidad de funcionamiento de los dispositivos anteriormente nombrados y por último el procesado de los parámetros de control y de los parámetros geográficos de la región donde se 10 encuentran los dispositivos con el fin de obtener los eventos o sucesos a detectar. Para ello el método comenzará con la introducción de los parámetros de los dispositivos como son sus dimensiones, materiales y demás características de fabricación del mismo. Dichos dispositivos tienen la característica de estar instalados previamente en el exterior en una localización geográfica conocida. Como por ejemplo los equipos de outdoor unit (ODU) los 15 cuales se encuentran conectados a las antenas de comunicaciones adosados directamente a las mismas o cercanas a ellas mediante un corto cable de guía de onda (waveguide). El dispositivo puede formar parte de un sistema de equipos, como son los sistemas de comunicaciones basados en microondas. Y está caracterizado por no haber sido diseñado para la medición de la temperatura del ambiente. 20 El seguimiento de los parámetros de control incluye la extracción de las componentes de la temperatura interna del dispositivo, por ejemplo, la temperatura que se produce en el interior de la electrónica del ODU. Es pOSible descomponer dicha temperatura en sus componentes interna y externa. La temperatura interna estará en función de la electrónica y por ende de los modos de trabajo del dispositivo. En el caso del ODU de una antena principalmente en las 25 etapas de recepción, transmisión o modificación de frecuencias. Esta temperatura se encontrará limitada por el continente de todo el dispositivo anteriormente comentado. La temperatura externa es la debida principalmente a dos factores, la temperatura del ambiente que rodea al dispositivo y la temperatura debida a los rayos del sol que inciden en dicho dispositivo u ODU. 30 El procesado de estas señales por el método expuesto está basado en al menos un modelo matemático que puede ser lineal o no lineal que relaciona la temperatura del dispositivo con la temperatura del ambiente del exterior que rodea al dispositivo. Este exterior incluye el área o perímetro donde se encuentra el dispositivo. El procesado de los parámetros realiza su cálculo en base a la temperatura teórica del dispositivo por el 35 funcionamiento que en esos momentos está realizando y mediante algoritmos de aprendizaje basados en las temperaturas de esa región donde se encuentra dicho dispositivo. De la misma forma, el sistema realiza autoajustes en los momentos de menor radiación solar, en la etapa nocturna, donde solo la temperatura del ambiente y el funcionamiento del dispositivo son los principales. 40 Un aspecto de la invención hace referencia a un aparato que incluye al menos un dispositivo electrónico y que implementa el método del procesado de los parámetros de control, temporales y geográficos. El dispositivo electrónico puede ser un computador, procesador de propósito general, un procesador digital de señal (DSP), un circuito integrado de aplicación específica (A SIC), una red de puertas programables (FPGA) o una combinación de ellos. El procesador 45 de propósito general puede ser un microprocesador, un microcontrolador o cualquier máqUina de estados o una combinación de ellos. IV-B. Breve descripción de la invención La invención da solución a la medición de la temperatura en determinados lugares donde no existe cobertura de sistemas de monitorización de las variables meteorológicas o dicha 50 cobertura es muy escasa.
El método comprende los procedimientos para registrar los niveles de temperatura interna dentro del dispositivo y que es aprovechado en esta invención para calcular la temperatura del aire exterior gracias a técnicas estadísticas de tratamiento de datos y otros procesos. El estado de la técnica no recoge soluciones como la que se detalla en esta invención haciendo 5 uso de un método novedoso que permite la medición de la variable de temperatura con instrumentar ya utilizado para otras funciones. IV. DESCRIPCiÓN DETALLADA DE UNA REALIZACiÓN PREFERIDA DE LA INVENCiÓN El método posibilita la adquisición de información de las condiciones climatológicas que se tratan en el mismo. Añadiendo una nueva capa de información de bajo coste y muy bajo 10 mantenimiento para la adquisición de datos para los modelos de temperatura. Los principales destinatarios son las empresas, tanto las que diseñan las propias antenas y ODUs como los propietarios de las redes de comunicaciones o de los dispositivos, en ambas situaciones permitiéndoles tener un nuevo producto en forma de paquetes de datos sensoriales. Este producto es potencialmente "vendible" (cambiar vendible) tanto al público en general 15 mediante apps móviles como a las agencias de meteorología y equivalentes para sus modelos climatológicos. Un posible ejemplo o implementación más específica sería la captación remota de los parámetros de control y calidad de una red de comunicaciones de radioenlaces mediante IP. Se realizaría una petición a cada uno de los IDUs (input device Unit) individuales de la red de 20 telecomunicaciones, el cual está conectado físicamente al ODU, el cual suministra los parámetros de calidad. El equipo captador, que pudiera ser un ordenador personal, un servidor o hardware dedicado, es el sistema en el cual el modelo estaría implementado, sería el encargado de extraer la información pertinente, por ejemplo, la Temperatura de ODU, y almacenar los resultados en algún tipo de base de datos (BBDD). Estos datos de la BBDD será 25 el producto final. La forma en la cual los datos de calidad de cada uno de los dispositivos son convertidos en información climatológica o meteorológica se ha explicado anteriormente en la descripción de la invención. VI. DESCRIPCiÓN DEL CONTENIDO DE LAS FIGURAS 30 FIG. 1. Esquemático de antena de microondas. 1a Frontal de la antena con cobertura protectora (Radome). 1b Trasera de la antena. 1c Outdoor De vice Unit -ODU FIG. 2 Resultado del procesado del método donde se divide la señal única de temperatura de ODU en dos señales descriptivas del resultado. En la gráfica superior pueden observarse la correlación existente entre la temperatura del ambiente y la temperatura del ambiente estimada 35 por el modelo. Mientras que en la Gráfica inferior se puede observar la extracción de la información relevante para la detección de la irradiación solar índividual de uno de los ODUs. 40 FIG. 3. Quantiles de comprobación de la temperatura real del ambiente (a) frente a la temperatura modelada por el método de estimación de la temperatura del ambiente basada en el ODU (b).
1. TITLE OF THE INVENTION ENVIRONMENT TEMPERATURE MEASUREMENT METHOD BASED ON EXTERNAL DEVICES WITH DEVICE OPERATING TEMPERATURE METERS 5 11. TECHNICAL SECTOR Field of application: Climate and meteorological systems Radio frequency systems 10 Scientific or technical area : T the eco mutations Meteorology Climatology Activity sector. 15 Method for estimating / measuring meteorological / climatic events 11. STATE OF THE TECHNIQUE The monitoring and study of meteorology and all those factors that affect climate change 20 require huge amounts of data to obtain good results from modeling systems . One of the most common forms of collection is through weather stations at specific points or locations. The distribution of stations has a moderate economic cost although this is increased when a network is deployed over large areas becoming a considerable expense its implementation and maintenance. 25 In addition, it needs continuous maintenance, as well as some means of real-time transmission of the captured data. Other weather event capture systems are based on both terrestrial and aerial and satellite radar systems, satellite images, etc. The stations add the advantage of covering much wider areas, although at the cost of greater economic expense in their implementation and maintenance. 30 The methods of measuring the point ambient temperature (in specific geographical locations) can be divided into two large groups according to the location of the measuring sensor with respect to the point at which it is measured: 35 1) Direct measurement at the point where you want to measure , its operation is widely known and is based on the use of sensors such as thermometers or the like; 2) Indirect measurement in which the sensors are not directly exposed to the environment. The method we propose is framed within the second group, and part of the temperature measurements obtained inside a device, for example, in the devices DESCRIPTION
called OOUs (Outdoor Oevice Unit). The OOUs are devices integrated in the communications radio-relay equipment and its temperature sensor is intended to provide information related to the quality of operation of said equipment. In recent years, new ways of indirectly estimating the ambient temperature have appeared through methods based on devices that have internal operating temperature meters. This is the case of the estimation of the ambient temperature from the measurements of the temperature of the mobile phone batteries and their internal thermistors (Overeem, A., JCR Robinson, H. Leijnse, GJ Steeneveld, BKP Horn, and R Uijlenhoet (2013), Crowdsourcing urban air temperatures from smartphone battery 10 temperatures, Geophys. Res. Lett., 40, 4081-4085, doi: 10.1002 / grl.50786.). Other methods for the estimation of meteorological events by means of independent factors can be found in the estimation of precipitation through the attenuations that occur in the communication gap between two antennas, Rainfall foundation monitoring method based on GNSS signal depolarization effect CN 103616736 AY 15 Monitoring and mapping of atmospheric phenomena EP 1902530 A2 (text of W02007007312A2). This method is based on one of the power level parameters received in the OOU which is the receiving power or RSL (Received Signal Level). Unlike the method described in the previous paragraph of radio-link precipitation detection, this method presented here does not take into account the characteristics of the span between radio links, but the properties due to materials, electronics, operation and location among others parameters for the estimation of the ambient temperature. The method of estimating the ambient temperature that we present takes advantage of the internal temperature levels of the electronics measured by sensors installed inside the device, such as in OOU devices, to calculate the temperature of the outdoor environment without installing a device direct measurement in the vicinity. The OOUs (Outdoor Oevice Unit) devices have the purpose of preprocessing the radio frequency signal and converting said signals. The radio-relay equipment has devices for telemetry, and monitoring of operation such as the levels of power received, signal to noise ratio and operating voltages. Among these devices 30 is the one in charge of measuring the temperature of the internal electronics of the OOU (OOU temperature) with a sensor to that effect. 111. SUMMARY. DESCRIPTION OF THE INVENTION The method we propose represents a new way of measuring room temperature. It carries the added value of a low cost thanks to the use of the 35 devices, such as radio frequency equipment, it can be taken advantage of that, once installed, they are in continuous or discontinuous operation as appropriate. The starting point is to take advantage of the internal temperature control sensor of the device electronics. In the case of radiocommunication networks, an already installed network is used that has its own communication channels for signal quality data for use in real-time observation and processing. It is thus possible to give added value to an already implanted system, and with an independent maintenance of meteorological product to be measured since its main function is to maintain communications. When the sensor is encapsulated inside the device, the temperature measurement of the device is affected by two types of factors: 1) The internal electronics which, in turn, are conditioned by the operation of the system (reception and transmission in the OOU case); and 2) By the outside temperature. The proposed method allows to calculate the temperature of the environment outside the device from these temperature data. The method captures the internal temperature data of the device and through the incorporation of statistical processing and learning techniques and algorithms, will allow measuring the ambient temperature. Apart from the advantages described above, the method will allow a higher spatial resolution of the temperature maps. In addition, it will allow to have a source of information
Continuous weather data in geographical areas with low or no density of weather stations. IV-A. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The exposed method for the detection of ambient temperature in a geographical region. 5 It consists of three stages mainly: Supply of control parameters and or quality of some type of previously existing device not designed for the measurement of the ambient temperature in a given region, the monitoring stage of the control parameters and performance of the previously named devices and finally the processing of the control parameters and the geographical parameters of the region where the devices are located in order to obtain the events or events to be detected. For this, the method will begin with the introduction of the parameters of the devices such as their dimensions, materials and other manufacturing characteristics. Such devices have the characteristic of being previously installed outside in a known geographical location. For example, the outdoor unit (ODU) equipment, which is connected to the communication antennas directly attached to them or close to them by means of a short waveguide cable. The device can be part of an equipment system, such as microwave-based communication systems. And it is characterized by not having been designed for measuring the ambient temperature. 20 The monitoring of the control parameters includes the extraction of the components of the internal temperature of the device, for example, the temperature that is produced inside the ODU electronics. It is possible to decompose said temperature into its internal and external components. The internal temperature will depend on the electronics and therefore on the working modes of the device. In the case of the ODU of an antenna mainly in the 25 stages of reception, transmission or modification of frequencies. This temperature will be limited by the continent of the entire device mentioned above. The external temperature is mainly due to two factors, the ambient temperature surrounding the device and the temperature due to the sun's rays that affect said device or ODU. The processing of these signals by the exposed method is based on at least one mathematical model that can be linear or non-linear that relates the temperature of the device to the temperature of the outside environment surrounding the device. This exterior includes the area or perimeter where the device is located. The processing of the parameters makes its calculation based on the theoretical temperature of the device due to the operation it is currently performing and through learning algorithms based on the temperatures of that region where said device is located. In the same way, the system performs self-adjustments at times of least solar radiation, at the night stage, where only the ambient temperature and the operation of the device are the main ones. One aspect of the invention refers to an apparatus that includes at least one electronic device and that implements the method of processing the control, temporal and geographic parameters. The electronic device may be a computer, general purpose processor, a digital signal processor (DSP), a specific application integrated circuit (A SIC), a programmable gate network (FPGA) or a combination thereof. The general purpose processor 45 may be a microprocessor, a microcontroller or any state machine or a combination thereof. IV-B BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention provides a solution to the measurement of temperature in certain places where there is no coverage of monitoring systems for meteorological variables or said coverage is very scarce.
The method comprises the procedures for recording the internal temperature levels within the device and which is used in this invention to calculate the outside air temperature thanks to statistical techniques of data processing and other processes. The state of the art does not include solutions such as the one detailed in this invention making use of a novel method that allows the measurement of the temperature variable with instrumentation already used for other functions. IV. DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION The method makes it possible to acquire information on the weather conditions treated therein. Adding a new layer of information of low cost and very low maintenance for the acquisition of data for temperature models. The main recipients are the companies, both those that design the antennas and ODUs as well as the owners of the communications networks or the devices, in both situations allowing them to have a new product in the form of sensory data packages. This product is potentially "salable" (change salable) both to the general public 15 through mobile apps and to meteorological agencies and equivalents for their weather models. A possible example or more specific implementation would be the remote capture of the control and quality parameters of a radio link communications network via IP. A request would be made to each of the individual input device Unit IDUs of the telecommunications network, which is physically connected to the ODU, which supplies the quality parameters. The capturing equipment, which could be a personal computer, a dedicated server or hardware, is the system in which the model would be implemented, would be responsible for extracting the relevant information, for example, the ODU Temperature, and storing the results in Some type of database (database). This data from the BBDD will be 25 the final product. The way in which the quality data of each of the devices is converted into climatological or meteorological information has been explained above in the description of the invention. SAW. DESCRIPTION OF THE CONTENT OF FIGURES 30 FIG. 1. Microwave antenna schematic. 1st Antenna front with protective cover (Radome). 1b Rear of the antenna. 1c Outdoor De vice Unit -ODU FIG. 2 Result of the method processing where the single ODU temperature signal is divided into two descriptive signals of the result. The correlation between the ambient temperature and the estimated ambient temperature 35 by the model can be seen in the upper graph. While in the Graph below you can see the extraction of the relevant information for the detection of individual solar irradiation of one of the ODUs. 40 FIG. 3. Quantiles for checking the actual ambient temperature (a) versus the temperature modeled by the method of estimating the ambient temperature based on the ODU (b).