智能氣象監測係統介紹

一、係統定義(yi) 與(yu) 農(nong) 氣學定位

托普雲(yun) 農(nong) 智能氣象監測係統（TP-WMS係列無線農(nong) 業(ye) 氣象綜合監測站及配套數字農(nong) 業(ye) 雲(yun) 平台）是一套基於(yu) 多傳(chuan) 感器融合、嵌入式邊緣計算與(yu) 物聯網（IoT）無線通信技術構建的無人值守農(nong) 田小氣候自動觀測體(ti) 係。該係統通過在作物冠層及根係剖麵布設高密度傳(chuan) 感節點，同步采集空氣熱力學參數、輻射與(yu) 降水要素、多層土壤水熱鹽動態及田間苗情影像，填補宏觀氣象台站與(yu) 地塊微環境之間的觀測空白，為(wei) 農(nong) 業(ye) 氣象災害早期預警、作物需水模型計算、病蟲害發生期預測及精準農(nong) 事窗口期判定提供連續、客觀的量化數據支撐。

二、係統架構——端·邊·雲(yun) 三層體(ti) 係

感知層（端）：由多要素一體(ti) 式氣象傳(chuan) 感器、多層土壤溫濕度/電導率探頭（通常0–100 cm剖麵分層埋設）、光合有效輻射或總輻射傳(chuan) 感器、翻鬥式雨量計、超聲波風速風向傳(chuan) 感器及定時苗情攝像模塊構成，實現冠層以上氣象六要素與(yu) 根係區土壤參數的立體(ti) 同步采集。

采集與(yu) 邊緣層（邊）：低功耗嵌入式數據采集器對原始信號進行A/D轉換、滑動平均濾波與(yu) 異常值剔除，按預設頻率本地存儲(chu) （支持大容量TF卡），並通過內(nei) 置通信模組將預處理數據包上傳(chuan) ；具備遠程固件OTA升級、傳(chuan) 感器標定係數寫(xie) 入及故障自診斷功能。

傳(chuan) 輸與(yu) 平台層（雲(yun) ）：采用4G/NB-IoT/LoRa等無線方式將加密數據推送至B/S架構數字農(nong) 業(ye) 雲(yun) 平台，支持Web端與(yu) 移動端APP實時可視化、曆史曲線回放、多站點區域聚合統計、閾值超限短信/APP彈窗預警及第三方省市級農(nong) 情監測平台API對接。

三、核心功能

1、可配置傳(chuan) 感器多：該係統可采集土壤墒情(4層)，土壤溫度（4層)，空氣溫度，空氣相對濕度，光照強度，風向，風速，降水量，負氧離子，PM2.5，生態景區/林木及農(nong) 作物苗情圖片等，傳(chuan) 感器采用無線傳(chuan) 輸方式，安裝維護更方便。

2、自動獲取海拔和坐標信息：增加海拔高度設計，可隨時獲取數據采集點具體(ti) 的地理位置，防盜防位移。

3、故障報警功能：具有電池電量、太陽能電壓、移位報警、震動報警等功能。

4、設備遠程控製：可遠程設置采集時間間隔、聯網模式、地理信息、査看設備電量、設備進行重啟與(yu) 恢複、傳(chuan) 感器在線校準。

5、數據查看多樣化：可通過手機APP和雲(yun) 平台隨時查看數據和曲線圖，數據可和雲(yun) 平台其他設備數據關(guan) 聯分析，曆史數據不丟(diu) 失。

6、支持多網絡通訊：係統支持4G\5G\GPRS\NB\CDMA\4G\5G等方式。

7、數據采集頻率可設置：主機可通過雲(yun) 平台遠程自由設定采集、存儲(chu) 和發送時間間隔。

8、傳(chuan) 感器通訊接口可兼容：可兼容RS485與(yu) LORA兩(liang) 種傳(chuan) 感器通訊接口。

9、超聲波傳(chuan) 感器：配置超聲波風速風向傳(chuan) 感器，無啟動風速限製，可零風速工作，360°無角度限製，可同時獲得風速風向數值。

10、帶負氧離子傳(chuan) 感器：水平式探頭安裝方式，更易讓負氧離子吸入，促使測量數據更準、更快。

11、帶PM2.5傳(chuan) 感器：能夠充分得到空氣中0.3～10微米懸浮顆粒物濃度，有迅速檢測、數據可靠等優(you) 點，數字化輸出，集成度高, 確保產(chan) 品具可靠性與(yu) 長期穩定性；

12、帶苗情攝像頭：可高清觀察植物實際生長情況。

13、可選配一體(ti) 化LED屏：可配置P5戶外單色顯示屏，支持實時現場顯示傳(chuan) 感器數據，並可遠程設置開關(guan) 和工作時段。

14、軟件平台可進行作物種類識別、冠層覆蓋率識別根係分析等多維度分析。

15、數據可接入全國農(nong) 作物重大病蟲害數字化監測預警係統、全國土壤墒情監測係統。

16、可提供曆史至未來5天的參考蒸發蒸騰量、天氣預測、全年氣候分析。

軟件功能：

1、帶數智農(nong) 業(ye) 雲(yun) 管理平台包含B/S架構，可將所有便攜式設備及在線設備數據進行匯總分析，數據集中展示分析，查看操作方式包括網頁端及手機端（安卓及蘋果係統均可用）。

2、平台支持設備數據在雲(yun) 端自由存儲(chu) ，提供足夠容量可長期保存，確保數據不丟(diu) 失；

3、顯示每種參數過程曲線趨勢，最大值、最小值、平均值顯示查看，放大、縮小功能。

4、數據可上傳(chuan) 至管理雲(yun) 平台。平台上可以實現多個(ge) 傳(chuan) 感器數據按自定義(yi) 時間段進行對比分析和數據列表的互相切換，數據和對比分析圖表可下載，可打印。

5、用戶可為(wei) 設備配置傳(chuan) 感器報警條件，預置若幹常用的林木作物的報警配置，可按林木不同生長階段對傳(chuan) 感器數據上下限值進行設定，超出預設值後會(hui) 自動報警與(yu) 提示。

6、平台支持設備數據雲(yun) 端存儲(chu) ，提供足夠容量可長期保存。

7、平台為(wei) 設備數據提供曲線與(yu) 表格等報表形式，且數據可導出與(yu) 導入。

8、數據評價(jia) ：可以設置高低超限值，可自動進行數據預警分析。

9、數據校準：係統支持對傳(chuan) 感器的數據進行多元參數修訂，可針對線性變化參數進行偏移量修正，確保統一多個(ge) 環境中同一類型的數據的偏移設置。

10、林木苗情監測：係統按照默認設置圖像采集時間點按時自動發送命令遠程拍照，自動展示最新林木苗情圖片，支持用戶遠程打開攝像頭，實現視頻實時查看功能。

11、林木苗情分析：係統可對林木苗情監測的圖片按用戶自定義(yi) 時間段篩選，實現對林木苗情動態展示苗情生長狀況，同時係統自動識別出當前圖片中的冠層覆蓋度，可支持用戶或專(zhuan) 家對苗情圖片進行評價(jia) 和記錄。

12、設備管理：管理平台軟件對係統有進行遠程管理的功能，可支持用戶自定義(yi) 設定數據采集間隔和數據上傳(chuan) 間隔，係統對物聯網設備遠程管理故障報警的信息。

13、管理平台軟件可在線升級。

四、供電、結構與(yu) 野外適應性

整機立杆與(yu) 法蘭(lan) 底座采用熱鍍鋅鋼或鋁合金材質，傳(chuan) 感器支架可調節高度以匹配不同作物生育期冠層位置。供電方案支持交流220V市電或單/多晶矽太陽能板+免維護鉛酸/鋰電池儲(chu) 能，低功耗設計保障連續陰雨條件下持續運行。電氣係統做整體(ti) 防雷擊浪湧保護與(yu) IP65及以上防護等級處理，適應高溫、高濕、沙塵及強風等野外惡劣環境。

五、數據處理與(yu) 農(nong) 學應用邏輯

災害預警：按作物種類設定低溫霜凍、高溫幹熱風、暴雨洪澇、幹旱墒情下限等環境閾值，係統實時比對並在觸發多級報警。

灌溉決(jue) 策支持：結合Penman–Monteith方程或經驗作物係數法，基於(yu) 淨輻射、氣溫、濕度、風速及多層土壤含水量計算參考蒸散量（ET₀）與(yu) 作物需水量，可聯動水肥一體(ti) 化設備實現按需灌溉。

植保模型耦合：將田間小氣候溫濕因子輸入已蟲害發生預測模型（如稻瘟病、小麥鏽病適宜侵染溫濕區間判據），輔助確定施藥最佳窗口期。

農(nong) 氣指標統計：平台自動累計活動積溫、有效積溫、日照時數、降雨總量等農(nong) 氣學指標，服務於(yu) 品種區域適應性評估與(yu) 播期安排。

六、適用場景與(yu) 學科意義(yi)

廣泛部署於(yu) 高標準農(nong) 田、大田糧食作物（水稻、小麥、玉米）產(chan) 區、設施農(nong) 業(ye) 園區、果園茶園、草地畜牧業(ye) 基地、自然保護區及農(nong) 林病蟲害測報站。該係統將農(nong) 業(ye) 氣象觀測從(cong) 區域宏觀尺度下沉至田塊微氣候尺度，克服傳(chuan) 統人工記錄頻次低、夜間缺失、主觀誤差大的局限，是推進農(nong) 業(ye) 氣象學向數字化、網格化、模型化方向發展的核心基礎設施。

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