Acquisition et transmission temps réel des données
Sur chaque site, la station marégraphique acquiert automatiquement des mesures horaires de pression de fond (Pf), température et conductivité de l’eau ainsi que de pression atmosphérique (Pa) déclenchées en même temps.
La station marégraphique construit un message Argos contenant les mesures des 7 dernières heures et émet le message toutes les 200 secondes. Ce message est récupéré par les satellites via le système Argos et transmis au centre de traitement CLS à Toulouse en France.
Traitement automatique
Le message est alors envoyé automatiquement vers une adresse de messagerie électronique dédiée au LEGOS à Toulouse.
Le message Argos reçu déclenche automatiquement un logiciel basé sur des modules écrits avec le langage Perl. Ce logiciel est conçu de façon à ce que l’on puisse ajouter de nouveaux marégraphes ou intégrer un nouveau système de transmission des données sans avoir à changer le cœur du programme. Environ 200 mails sont reçus chaque jour en provenance des marégraphes : le traitement automatique est réalisé environ 200 fois par jour.
Le logiciel décode la télémesure contenue dans le message Argos et extrait les données brutes. La multi transmission des données par le système Argos est utilisée pour contrôler la qualité : le nombre de fois où des données apparaissent aux mêmes date et heure dans plusieurs messages est calculé. Pour chaque capteur, la valeur répétée le plus grand nombre de fois est conservée.
Les valeurs physiques sont calculées à partir des données brutes en utilisant les chronogrammes de calibration des capteurs. A partir des mesures acquises simultanément par la station marégraphique, la salinité et la densité de l’eau sont calculées en utilisant des algorithmes de l’UNESCO. Puis le niveau de la mer est calculé à partir de la pression atmosphérique, de la pression de fond, de la densité de l’eau (rho) et de la gravité (g) :
hauteur = ( Pf – Pa ) / ( rho * g )
Tous les résultats du traitement automatique sont enregistrés dans une banque de données au format Berkeley DB.
Chronogrammes
Les chronogrammes sont utilisés pendant le traitement automatique et la visualisation des données. Ils permettent de décrire l’état des paramètres à un moment donné et de suivre leur évolution temporelle. Ils décrivent :
- le type de station marégraphique utilisée;
- le type de capteur utilisé;
- les paramètres mesurés;
- l’échantillonnage des acquisitions;
- les fiches de calibration des capteurs;
et quand tous ces paramètres doivent être pris en compte.
Cela permet de suivre en temps réel l’évolution du matériel. Comme toutes les modifications et les changements de matériel sont décrits dans les chronogrammes, il sera plus facile de recalculer des données historiques.
Contrôles automatiques
Les contrôles automatiques interviennent à chaque étape du traitement. La messagerie électronique est utilisée comme un système d’alarme pour remonter les éventuels problèmes aux utilisateurs en charge des stations marégraphiques.
Les contrôles automatiques de base sont effectués pendant la réception des messages et le décodage de la télémesure. Ils sont basés sur les tests GOSUD.
Pendant la réception des messages, un mél d’alerte est envoyé et le message reçu n’est pas traité si :
- l’adresse d’expédition du message est inconnue;
- le contenu du mél est vide;
- le type de traitement à effectuer ne peut pas être identifié (la chaîne de traitement gère différents formats de transmission de données de marégraphes et de thermosalinographes).
Pendant le décodage de la télémesure, un mél d’alerte est envoyé et le message Argos reçu n’est pas traité si :
- le numéro de programme et/ou le numéro de balise sont inconnus : le marégraphe est inconnu;
- les dates et heures de passage satellite ou de mesure ne sont pas réalistes;
- le format de la télémesure est incomplet;
- un message d’initialisation de la station marégraphique est reçu.
Un contrôle automatique supplémentaire, grâce à un script Perl lancé chaque heure, vérifie de quand datent les dernières données reçues : un mél d’alerte est envoyé si aucune mesure n’est arrivée depuis plus de 24 heures. Un mél de rappel est envoyé si aucune mesure n’est arrivée depuis plus de 48 heures.
Contrôle qualité et validation
En plus du contrôle automatique qui consiste à utiliser la multi transmission du système Argos pour contrôler la qualité des données reçues, un contrôle qualité est réalisé sur les données physiques et permet de détecter les pics dans les mesures.
Un nouveau contrôle qualité permettra bientôt de comparer automatiquement les données physiques aux limites climatiques. Un mél d’alerte sera envoyé si les valeurs sont hors seuils.
Après le contrôle qualité, une validation du niveau de la mer est effectuée et consiste à filtrer le niveau de la mer avec un filtre de Demerliac pour obtenir un signal basse fréquence. La différence entre le niveau de la mer et le signal basse fréquence donne un signal haute fréquence, c’est à dire principalement la marée. L’analyse harmonique du niveau de la mer est effectuée. Une prédiction de marée est calculée à partir des constantes harmoniques issues de l’analyse. La marée prédite et la marée calculée sont comparées : les différences doivent être minimes.
Suivi temps réel
La visualisation du suivi temps réel des mesures est accessible sur le site web du LEGOS. Le langage Perl est utilisé également dans les différentes étapes du suivi sur Internet.
Une carte des emplacements des marégraphes a été tracée avec un script Perl appelant les fonctions de la bibliothèque graphique GMT. En survolant avec la souris les positions des marégraphes, on accède à des informations sur les dernières mesures reçues. Elles sont mises à jour chaque heure grâce à un script Perl et affichées dans une infobulle grâce à un code Javascript.
En cliquant sur la position d’un marégraphe sur la carte, ou sur le nom d’une station marégraphique dans la liste, on accède au suivi temps réel du marégraphe réalisé pour les 15 derniers jours : la banque de données est lue, les courbes sont tracées avec le module Perl GD::Graph. La visualisation des données est produite par un module Perl CGI qui intègre des feuilles de style et affiche des pages web dynamiques. L’évolution temporelle des mesures réalisées par la station marégraphique apparaît dans les pages Mesures AIR et EAU et Mesures TECHNO. Les calculs issus des mesures sont dans la page Calculs EAU.
Pour chaque site, des informations importantes pour un suivi opérationnel de la station marégraphique et des interventions in situ sont rassemblées dans la page Mesures AIR et EAU : les courbes temporelles des mesures de pression atmosphérique, pression de fond, température et conductivité de l’eau sont affichées. La date du dernier traitement effectué permet de savoir quand le dernier message Argos a été reçu. Pour chaque capteur, le nombre de valeurs et les dates de début et de fin des mesures pour les 15 derniers jours sont affichés au-dessus des courbes. Les minimum, maximum et la dernière valeur sont affichées au-dessous des courbes. La dernière valeur correspond à la date de fin de la série temporelle. La courbe temporelle du nombre de répétitions dans les messages Argos apparaît au-dessus de chaque courbe temporelle de mesures comme une information supplémentaire sur la qualité des données reçues.
En cliquant sur le lien Mesures TECHNO, on accède à une page web similaire avec les courbes temporelles des paramètres technologiques (tension de la batterie, température de la station, remplissage de la mémoire). En cliquant sur le lien Calculs EAU, on accède à une page web similaire avec les courbes temporelles des valeurs calculées à partir des mesures (salinité et densité de l’eau, hauteur d’eau).
Une nouvelle page web permettra bientôt de ne visualiser que les données physiques qui sont dans les limites climatiques.
Indicateurs qualité
Des indicateurs qualité, mis à jour chaque mois, sont disponibles sur le site web du LEGOS et permettent de suivre, sur le long terme, l’évolution de la qualité des données temps réel et temps différé reçues :
- des chronogrammes, basés sur le module Perl Image::Timeline, de la distribution temporelle des périodes d’acquisition des observations du niveau de la mer pour chaque station marégraphique côtière depuis 1993 et pour chaque station marégraphique de plateau depuis 1986;
- des tableaux du nombre de jours d’observations du niveau de la mer pour chaque station marégraphique côtière, par année et total depuis 1993, et pour chaque station marégraphique de plateau, par année et total depuis 1986;
- le suivi des références des marégraphes côtiers de Kerguelen : des lectures à l’échelle de marée sont réalisées pendant plusieurs heures chaque mois à Kerguelen. Une fois ces mesures reçues au LEGOS, un traitement automatique effectue : le calcul des valeurs moyennes et écarts type horaires de chaque série temporelle, puis les différences entre les valeurs moyennes horaires des lectures à l’échelle de marée et les mesures temps réel, et enfin le calcul et le tracé des valeurs moyennes et écarts type journaliers des différences.