無線土壤墒情監測係統介紹

一、係統定義(yi) 與(yu) 應用定位

托普雲(yun) 農(nong) 無線土壤墒情監測係統，是基於(yu) 頻域反射（FDR/FDR-TDR）傳(chuan) 感原理與(yu) 低功耗廣域網（LPWAN）/蜂窩物聯網（4G/5G/NB-IoT）通信技術的分布式原位監測解決(jue) 方案。係統通過對多層土壤水分、溫度及電導率的連續自動采集，服務於(yu) 農(nong) 業(ye) 抗旱減災、精細化灌溉調度、高標準農(nong) 田建設及水文生態研究，實現從(cong) 單點數據采集到區域墒情態勢感知的業(ye) 務閉環。

二、係統組成架構

感知層：由多深度土壤墒情傳(chuan) 感器（含水率、溫度、EC）、氣象環境傳(chuan) 感器（雨量、空氣溫濕度、光照、蒸發量等）及智能遙測終端（RTU）組成。

傳(chuan) 輸層：依托運營商基站網絡（4G/5G/NB-IoT）或LoRa無線組網，完成野外無人值守環境下的數據實時回傳(chuan) ，無需現場布線。

平台層：對接托普雲(yun) 農(nong) 智慧農(nong) 業(ye) 雲(yun) 平台，負責設備接入管理、數據清洗存儲(chu) 、空間可視化分析及業(ye) 務應用接口調用。

應用層：麵向政府監管部門、農(nong) 業(ye) 經營主體(ti) 及科研機構，提供Web端與(yu) 移動端應用服務。

三、核心技術特征

多層剖麵監測：支持垂直剖麵多點布設，真實反映土壤水分縱向運移規律，避免單點測量代表性不足的問題。

高頻原位采樣：傳(chuan) 感器采用FDR原理，具備長期穩定性與(yu) 抗極化幹擾能力，適應不同質地土壤的原位埋設與(yu) 連續工作。

低功耗無人值守設計：采集終端采用工業(ye) 級低功耗芯片與(yu) 太陽能供電方案，結合休眠喚醒機製，保障野外長期連續運行。

四、核心功能

主機及傳(chuan) 輸部分：

1、係統供電：無線土壤墒情監測係統采用15W單晶矽太陽能板進行供電，可支持220v市電和太陽能雙電源供電，可按實際應用進行切換；

2、長效續航：內(nei) 置大容量鋰電池，可獨立工作15天以上。外接太陽能電池板，可實現連續工作；

3、一體(ti) 化數據采集：設備具有數據采集及上傳(chuan) 功能，通過標準485接口集成土壤墒情傳(chuan) 感器數據采集，包括土壤溫度、土壤水分、作物苗情圖像等參數，並通過無線通訊方式上傳(chuan) 至管理雲(yun) 平台；

4、上傳(chuan) 方式：數據可以上傳(chuan) 到自己的電腦也可以上傳(chuan) 到總服務器，可切換，無影響；

5、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；

6、苗情圖像采集：自帶攝像頭，CMOS1/2.7英寸圖像傳(chuan) 感器，200W（1280*1080）像素，手動360°雲(yun) 台調節，支持定時拍照功能、通過遠程設定拍照時間和拍照張數，可將現場圖片上傳(chuan) 到管理雲(yun) 平台方便觀察植物實際生長情況，動態播放苗情變化趨勢；

7、嵌入式係統設計： 係統采用FREERTOS操作係統，提升了係統運行的可靠性、多數據采集任務的實時性、係統模塊化、CPU的高效化應用；

8、內(nei) 存容量： 無線土壤墒情監測係統支持TF卡配置，最少可以存儲(chu) 40萬(wan) 條傳(chuan) 感器數據，可以確保5年傳(chuan) 感器數據存儲(chu) ；

9、網絡通訊：支持三網通4G CAT1（可選配5G）網絡與(yu) 服務器通訊，網絡向下兼容聯通移動的2G，可隨時隨地聯網管理，支持手機App與(yu) Web端遠程查看設備信息及遠程管理操作；

10、故障排查：設備支持遠程故障在線診斷，當設備發生故障，可通過遠程在線故障診斷功能進行故障排查；

11、遠程升級：設備具有OTA遠程固件在線升級功能，可通過平台或者app，直接遠程對硬件設備進行固件升級；

12、低功耗設計：低功耗設計加太陽能互補方式，內(nei) 置大容量鋰電池，放置在野外無太陽能充電的情況下，可以連續工作15日以上，有太陽能充電的情況下，可持續工作；

13、防水設計：係統整機采用一體(ti) 式設計，防濕防潮設計，防護等級：IP65，土壤傳(chuan) 感器防水等級IP68；

14、結構簡約設計：2米不鏽鋼噴塑支架；金屬噴漆兩(liang) 節式支架結構，鋼質材料設計，牢靠穩固，外觀美觀；

管理雲(yun) 平台功能：

1、土壤墒情監測站帶數字農(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，數據不丟(diu) 失，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、平台支持設備數據雲(yun) 端存儲(chu) ，提供足夠容量可長期保存；

3、平台為(wei) 設備數據提供曲線與(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數據報表可導出；

4、數字農(nong) 業(ye) 雲(yun) 管理平台支持傳(chuan) 感器實時數據及預警狀態可視化，可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，

5、用戶可為(wei) 作物配置傳(chuan) 感器報警條件，預置若幹常用的農(nong) 作物的報警配置。

6、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。

7、苗情監測：可在管理平台上查看作物生長苗情圖片，支持動態播放苗情生長過程；

8、降水預測：依據GPS準確定位，對設備所在地區預測降水情況，包括48h預測和15d預測，幫助用及時了解降水信息；係統支持土壤容重和田間持水；

9、量會(hui) 自動計算相對含水量，用戶可根據實際種植作物設定相應墒情等級，快速掌握墒情實時信息；

10、根係分析：支持根據傳(chuan) 感器數據，采用數據模型算法，對土壤各層水分消耗占比情況分析，自動判斷作物根係生長深度；

11、墒情趨勢分析：支持利用經典PM公式對作物參考蒸發蒸騰量ETo進行統計、分析和預測（7天），有助於(yu) 用於(yu) 及時了解土壤水分散失情況；

12、戶可以自定義(yi) 時間查看土壤水分最值變化和當前水分所處區間，支持動態播放土壤水分變化趨勢線。

13、管理平台可對設備基礎設置管理與(yu) 遠程控製；

14、管理平台軟件支持在線升級；

五、典型應用場景

農(nong) 業(ye) 農(nong) 村部門：縣域或市級墒情監測網絡建設，支撐抗旱應急預案製定與(yu) 糧食安全宏觀決(jue) 策。

高標準農(nong) 田：集成至數字農(nong) 田綜合管理係統，實現灌溉自動化聯動控製。

科研教學：長期定位觀測站、農(nong) 田水文試驗及全球變化生態學研究的野外數據獲取。

設施園藝與(yu) 林果業(ye) ：經濟作物根係層水分動態監測，指導水肥一體(ti) 化精準管理。

六、部署與(yu) 運維優(you) 勢

係統采用模塊化設計，支持根據監測精度與(yu) 覆蓋範圍靈活增減節點；設備安裝簡便，維護周期長，顯著降低傳(chuan) 統人工取土烘幹法的人力成本與(yu) 時間滯後性，實現墒情監測的數字化與(yu) 標準化。

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