智能氣象監測係統產品介紹

托普雲(yun) 農(nong) TP-WMS係列智能農(nong) 業(ye) 氣象監測係統是由kaiyun开云真人研製的"端—邊—雲(yun) "一體(ti) 化農(nong) 田小氣候物聯網觀測平台。係統基於(yu) 多傳(chuan) 感器陣列融合、低功耗廣域無線傳(chuan) 輸與(yu) 邊緣計算架構，對作物冠層至根係剖麵的全維度環境要素進行全天候原位時序采集，彌補宏觀氣象站空間代表性不足與(yu) 田間微環境（Microclimate）脫節的問題，為(wei) 農(nong) 田蒸散發（ET₀）模型、病蟲害預測模型、作物生長模型及氣候—產(chan) 量關(guan) 聯分析提供標準化地麵真值數據集。

一、係統架構與(yu) 感知層組成

係統采用分層分布式架構，由野外采集端（感知層）、通信傳(chuan) 輸層（邊緣端）及數字農(nong) 業(ye) 雲(yun) 平台（應用層）三部分構成：

大氣環境傳(chuan) 感陣列：配置防輻射百葉箱內(nei) 高精度鉑電阻或熱敏元件測空氣溫濕度；超聲波風速風向傳(chuan) 感器（無機械磨損、零啟動風速、360°全向測量）測定水平風矢量；翻鬥式雨量計計量液態降水量；矽光電二極管或全光譜輻射傳(chuan) 感器測定光照強度與(yu) 光合有效輻射（PAR）；壓電/電容式氣壓傳(chuan) 感器測定大氣壓；部分型號可擴展CO₂濃度、紫外輻射、負氧離子及PM₂.₅傳(chuan) 感器。

土壤剖麵多參數監測單元：通過非金屬式FDR（頻域反射）或多參數一體(ti) 傳(chuan) 感器配合PVC導管，同步采集0–100 cm深度內(nei) 多層級（通常為(wei) 4層）土壤體(ti) 積含水量（VWC）、土壤溫度，可擴展土壤電導率（EC）及土壤氧氣含量，表征根係活躍區水熱—鹽分動態。

作物視覺感知單元（選配）：集成高清定焦攝像頭（支持定時抓拍或視頻流），采集苗情圖像上傳(chuan) 雲(yun) 端，結合AI算法識別冠層覆蓋度、葉色及物候階段，實現氣象數據與(yu) 作物表型時空關(guan) 聯。

數據采集與(yu) 控製主機：內(nei) 置低功耗微處理器與(yu) 邊緣計算模塊，負責多通道傳(chuan) 感器輪詢采集、信號線性化、異常值濾波（3σ準則）、本地存儲(chu) （TF卡）及通信協議封裝；支持遠程修改采樣頻率、校準係數及固件OTA升級。

供能與(yu) 防護結構：太陽能光伏板配合免維護鉛酸/鋰電池組構成雙供電係統，支持連續陰雨天長期運行；整體(ti) 立柱與(yu) 機箱達到IP65及以上防護等級，具備防雷擊與(yu) 抗強風結構設計，適應野外長期無人值守。

二、測量原理與(yu) 信號解算

溫濕度與(yu) 氣壓：空氣溫度多采用Pt100或NTC熱敏電阻四點校準測量；相對濕度由高分子薄膜電容式濕敏元件檢測介電常數變化解算；大氣壓由壓阻式MEMS傳(chuan) 感器經溫度補償(chang) 輸出。

風速風向（超聲波原理）：成對正交布置的超聲波換能器交替發射與(yu) 接收40 kHz超聲波脈衝(chong) ，依據順風與(yu) 逆風傳(chuan) 播時間差Δt解算水平風速分量及合成風向角，消除機械軸承摩擦與(yu) 啟動風速死區。

降水（翻鬥原理）：雨水經承水口注入雙室翻鬥，每完成一次翻轉觸發磁簧開關(guan) 計數，單位計數對應固定容積水量，換算單位時間降雨強度與(yu) 累計降水量。

土壤水分（FDR原理）：探頭環形電極發射高頻電磁波（典型100 MHz左右），測量周圍介質介電常數ε，經Topp經驗公式或標定曲線轉換為(wei) 土壤體(ti) 積含水量；土壤溫度由內(nei) 置熱敏元件同步測得。

輻射（光電/熱電堆）：矽光電池或熱電堆探測器響應400–700 nm（PAR）或全太陽光譜輻射通量密度，經光譜響應校正輸出輻照度值。

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、海拔及防盜定位功能：可測海拔高度，自動獲取海拔參數和內(nei) 置北鬥、GPS、伽利略等多種定位係統。

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：智能氣象監測儀(yi) 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：智能氣象監測儀(yi) 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、典型科研與(yu) 應用場景

農(nong) 田小氣候與(yu) 微環境研究：網格化布設獲取田塊尺度溫濕風光的精細空間異質性，服務於(yu) 冠層能量平衡、邊界層湍流及微氣象學參數化方案驗證。

作物模型校準與(yu) 驗證：為(wei) WOFOST、DSSAT等作物生長模型及Penman–Monteith蒸散模型提供本地化氣象驅動變量，提高區域產(chan) 量與(yu) 水分利用模擬精度。

病蟲害發生預測：結合冠層相對濕度、葉麵濕潤持續時間）與(yu) 積溫數據，驅動稻瘟病、小麥鏽病等病害預測模型，支撐植保預警。

農(nong) 林生態與(yu) 氣候適應：長期連續監測為(wei) 作物需熱量（積溫）、需冷量及物候期與(yu) 氣候變暖關(guan) 聯分析積累基礎觀測資料。

五、學術價(jia) 值評述

托普雲(yun) 農(nong) TP-WMS係列將農(nong) 業(ye) 氣象觀測由傳(chuan) 統人工讀數與(yu) 孤立站點記錄升級為(wei) 全自動、多要素、立體(ti) 剖麵的物聯網連續監測體(ti) 係，通過超聲波無慣性風場測量、分層土壤原位傳(chuan) 感與(yu) 雲(yun) 端智能分析的國產(chan) 化整合，使田間微氣候數據具備時空連續性、站點間可比性及與(yu) 農(nong) 藝模型的耦合能力，是農(nong) 業(ye) 生態學、作物生理學及氣候—作物互作（C×E）研究中的地麵基準觀測基礎設施。