農業氣象綜合監測站介紹

一、設備定義(yi) 與(yu) 農(nong) 氣學定位

托普雲(yun) 農(nong) 農(nong) 業(ye) 氣象綜合監測站（TP-WMS係列）係kaiyun开云真人研製的無人值守式農(nong) 田小氣候自動觀測平台。該係統以微氣象學冠層—根係剖麵觀測理論為(wei) 基礎，通過多要素傳(chuan) 感器陣列與(yu) 嵌入式邊緣計算單元，對空氣熱力學參數、輻射與(yu) 降水要素、多層土壤水熱鹽動態及田間苗情影像實施同步時序采集，填補國家基本氣象站網（間距>10 km）與(yu) 田塊微環境之間的觀測尺度斷層，為(wei) 參考作物蒸散量計算、農(nong) 業(ye) 氣象災害早期預警、病蟲害流行潛勢模型及作物生長模型校驗提供標準化原位數據集。

二、立體(ti) 感知層與(yu) 測量原理

大氣環境傳(chuan) 感陣列：防輻射百葉箱內(nei) 配置Pt100鉑電阻或NTC熱敏元件測空氣溫度，高分子薄膜電容式濕敏元件測相對濕度；超聲波風速風向傳(chuan) 感器利用渡越時差法解算水平風矢量，無機械啟動風速限製；翻鬥式雨量計以磁開關(guan) 計量液態降水量；矽光電二極管或全光譜輻射傳(chuan) 感器分別測定總輻射與(yu) 光合有效輻射（PAR, 400–700 nm）；壓阻式MEMS氣壓傳(chuan) 感器測定大氣壓；可擴展NDIR原理CO₂傳(chuan) 感器、紫外輻射傳(chuan) 感器及氣溶膠傳(chuan) 感器。

土壤剖麵多參數監測單元：采用非金屬式FDR（頻域反射）或多參數一體(ti) 探頭經PVC導管分層（通常0–20–40–60–100 cm）埋設，同步測定各土層體(ti) 積含水量（VWC）、土壤溫度，可擴展土壤電導率（EC）及土壤氧氣濃度，表征根係活躍區水—熱—鹽三維動態。

作物視覺感知單元（選配）：定時抓拍或雲(yun) 台可控高清攝像頭采集冠層苗情圖像，結合圖像處理算法估算葉麵積指數（LAI）近似值、冠層覆蓋度及物候階段，實現氣象要素與(yu) 作物表型時空關(guan) 聯。

三、數據采集與(yu) 邊緣處理係統

低功耗數據采集器：嵌入式微處理器按預設頻率對各通道原始模擬/數字信號執行A/D轉換、線性化校正與(yu) 滑動平均濾波，采用3σ準則或Grubbs法剔除異常跳變值，經邊緣計算預處理後存入本地大容量非易失存儲(chu) 介質（TF卡/Flash），保障通信中斷時不丟(diu) 數。

通信與(yu) 遠程管控：內(nei) 置4G/5G/NB-IoT/GPRS通信模組將加密數據包推送至雲(yun) 端；支持遠程修改采樣間隔、寫(xie) 入傳(chuan) 感器標定係數、執行固件OTA升級及設備軟重啟；具備傳(chuan) 感器斷線、供電欠壓、設備位移（內(nei) 置北鬥/GPS雙模定位）等多級自診斷與(yu) 報警推送功能。

供能與(yu) 野外防護：單/雙晶矽太陽能電池板配免維護蓄電池構成主備雙供電係統，滿足連續陰雨期野外持續運行；鋁鎂合金或鍍鋅鋼立柱配合IP65及以上防護等級機箱與(yu) 避雷接地設計，適應高溫、高濕、沙塵及強風等惡劣農(nong) 田環境。

四、核心功能

1、數據采集：該氣象站可采集土壤墒情(4層)、土壤溫度（4層）、空氣溫度、空氣濕度、光照強度、風向、風速、降水量、大氣壓、苗情圖片等多種參數，數據可無線上傳(chuan) 至雲(yun) 平台。

2、數據查看方便：小型氣象站可通過手機或Web端遠程管理設備，數據可遠程查看，且數據可接入guo家級、省級、市級、縣級等相關(guan) 信息監測平台。

3、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。

4、自帶苗情攝像頭：可支持動態播放苗情生長過程並自動識別所在範圍內(nei) 作物種類。

5、多種數據傳(chuan) 輸模式：支持GPRS\CDMA\NBIOT\GSM\4G\5G\WIFI\光纖\網絡等多種通訊方式。

6、故障遠程診斷：可遠程在線診斷電池虧(kui) 電、傳(chuan) 感器故障、信號故障等問題。

7、小型氣象站主機功能：支持配置TF卡，容量可根據實際需要進行配置，可以存儲(chu) 傳(chuan) 感器數據，確保長期存儲(chu) 數據不丟(diu) 失。

8、續航時間長：自動農(nong) 業(ye) 氣象站采用太陽能或交流供電兩(liang) 種供電方式，內(nei) 置大容量鋰電池，可放置在野外，太陽能供電模式，連續陰雨條件下正常工作≥30天。

9、集成式防腐蝕傳(chuan) 感器：土壤溫度，水分，鹽分一體(ti) 非金屬式傳(chuan) 感器，通過PVC導管進行測量， 與(yu) 土壤無需直接接觸。

10、可多維度分析：軟件平台可結合曆史數據及周邊數據進行作物需水分析、根係分析、墒情趨勢預測、灌溉行為(wei) 判斷，為(wei) 農(nong) 業(ye) 生產(chan) 提供數據指導。

軟件功能：

1、數據查看方便：平台支持設備數據雲(yun) 端長期存儲(chu) ，每種參數過程曲線趨勢，最大值、最小值、平均值均可顯示查看，放大、縮小功能。

2、數據展示多樣化：數據可生成曲線圖與(yu) 表格等報表形式，平台內(nei) 數據、圖表均可下載，進行數據對比分析及打印，且通過excel、pdf等格式導出數據。

3、區域氣象監測：可進行區域氣象數據分析應用，氣象指標統計，係統可統計活動積溫、可照時數、有效積溫、到達有效溫度天數等。

4、超限預警設置：用戶可預置常用作物報警配置，設置高低超限值，平台可自動進行數據預警分析。

5、設備遠程操作和查看：可通過手機和網頁對氣象監測站設備基礎設置管理與(yu) 遠程控製，並實時查看設備電量、工作狀態、故障報警等功能。

6、管理權限可分配：可通過係統用戶管理，按權限分配管理者管理權限及設備使用、查看權限；同一台設備支持多人管理。

五、典型科研與(yu) 應用場景

農(nong) 田小氣候與(yu) 作物生理生態研究：獲取冠層溫濕場、輻射收支及剖麵土壤水熱動態，支撐作物水分利用效率（WUE）、光能利用率及物候—氣候響應關(guan) 係研究。

農(nong) 業(ye) 氣象災害監測與(yu) 預警：網格化布設於(yu) 小麥、水稻、果樹等主產(chan) 區，實時捕捉幹熱風、倒春寒、連陰雨、暴雨洪澇等致災氣象過程，服務於(yu) 早期預警與(yu) 減災決(jue) 策。

病蟲害預測預報與(yu) 植保窗口判定：基於(yu) 溫濕曆時（溫濕積）模型計算稻瘟病、小麥赤黴病、蚜蟲等病蟲害發生潛勢，確定最佳施藥時機以減少農(nong) 藥投入。

高標準農(nong) 田與(yu) 精準灌溉管理：結合土壤墒情剖麵數據與(yu) ET模型輸出製定變量灌溉製度，實現節水增效與(yu) 水資源優(you) 化配置。

特色經濟作物與(yu) 設施農(nong) 業(ye) 外場基準：為(wei) 茶園、果園、中藥材基地及草地生態係統提供長期連續環境本底監測數據。

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