SnowStation : a low-cost, portable, fully automated station for in-situ snow and weather analysis

One of the challenges encountered by the Italian Federation of Winter Sports (Federazione Italiana di Sport Invernali —FISI) is to choose the right preparation for their skis in order to maximize the athlete’s performance during the race. Since the benefits of each type of ski preparation is closely linked to the type of snow the track is made of, it is of utter necessity to know as well as possible the characteristics of said snow. In his doctoral thesis, Moldestad showed that many parameters are relevant when it comes to study a snow track: density, humidity, roughness, hardness, thermal conductivity, snow type and grain structure, temperature, electrolytic conductivity, acidity and chemical composition. We completed this list with weather parameters that have great influence on the formation of the snow : air temperature and humidity, wind speed and direction, atmospheric pressure and solar irradiation. Our goal wasn’t to study the link between these parameters and the best ski preparation though. We merely wanted to design a station able to perform measures on all the aforementioned parameters with little to no human intervention, no access to the grid (thus self-powered) and which would be able to transmit the data wirelessly to the FISI headquarters. Researching the components that would be needed for each measure and their underlying technologies quickly highlighted the need to break up the project into two parts: an indoor station dedicated to the chemical analysis, and an outdoor station which would be left along the ski track to perform all of the other measurements. Although chemical analysis revealed itself way more challenging than initially thought, we managed to design from scratch a station that could be installed in a van (and thus brought very near to the ski track) and that does not require any technical or chemical background to be operated. We provided a price estimate, name of manufacturers to contact and a CAD model of the station. Apart from roughness, which proved to be very far from trivial (with no standard technology available), we managed to individuate components to perform all of the outdoor station’s measurements. We also described the model of this station and provided a price tag for the project.

Una delle sfide affrontate dalla Federazione di Sport Invernali (FISI) è la scelta della giusta preparazione degli sci per massimizzare le performance degli atleti nelle gare. Siccome le prestazioni di ogni tipo di preparazione sono fortemente legate al tipo di neve sulla quale si svolge la gara, si deve conoscere il meglio possibile la neve con la quale è fatta la pista. Nella sua tesi di dottorato, Moldestad ha dimostrato che i seguenti parametri sono rilevanti per lo studio di una pista di sci: densità della neve, umidità, rugosità, durezza, conducibilità termica, struttura cristallina, temperatura, conducibilità elettrica, acidità e composizione chimica. Abbiamo completato quest’elenco con delle grandezze relative all’ambiente al quale la neve è soggetta e nella quale si forma: temperatura ed umidità dell’aria, velocità e direzione del vento, pressione atmosferica e irraggiamento solare. Il nostro obiettivo non era di studiare il legame tra questi parametri e le prestazioni delle singole preparazioni degli sci. A noi interessava soltanto la creazione di una stazione capace di misurare le grandezze già menzionate senza nessun intervento umano, senza accesso alla rete elettrica (e quindi che deve incorporare la sua energia) e capace di mandare i dati rilevati tramite wireless al personale tecnico della FISI. Ci siamo rapidamente resi conto facendo delle ricerche sui componenti necessari ad ogni misura che il progetto sarebbe stato diviso in due parti: una stazione interna per le analisi chimiche ed una stazione esterna che verrebbe lasciata lungo la pista per fare le altre misure. Benché si siano dimostrate le analisi chimiche molto più complicate del previsto, abbiamo comunque ideato e progettato partendo dal nulla una stazione in grado di effettuare le analisi in un furgoncino (quindi abbastanza vicino alla pista). Questa stazione non richiede nessuna formazione da chimico per essere usata. Per essa forniamo un’indicazione di prezzo insieme ad un elenco dei costruttori e rivenditori da contattare ed un modello CAD della stazione. Eccetto per la rugosità, che si è dimostrata non banale (senza nessuna tecnologia standard disponibile), siamo riusciti ad individuare componenti in grado di consentirtci le misure della parte esterna. Abbiamo allora descritto un modello della stazione e fornito un’indicazione di prezzo per questa parte.