一、設(shè)備定義與農(nóng)氣學(xué)定位

托普云農(nóng)農(nóng)業(yè)氣象綜合監(jiān)測(cè)站（TP-WMS系列）系浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司研制的無人值守式農(nóng)田小氣候自動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)。該系統(tǒng)以微氣象學(xué)冠層—根系剖面觀測(cè)理論為基礎(chǔ)，通過多要素傳感器陣列與嵌入式邊緣計(jì)算單元，對(duì)空氣熱力學(xué)參數(shù)、輻射與降水要素、多層土壤水熱鹽動(dòng)態(tài)及田間苗情影像實(shí)施同步時(shí)序采集，填補(bǔ)國(guó)家基本氣象站網(wǎng)（間距>10 km）與田塊微環(huán)境之間的觀測(cè)尺度斷層，為參考作物蒸散量計(jì)算、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害早期預(yù)警、病蟲害流行潛勢(shì)模型及作物生長(zhǎng)模型校驗(yàn)提供標(biāo)準(zhǔn)化原位數(shù)據(jù)集。

二、立體感知層與測(cè)量原理

大氣環(huán)境傳感陣列：防輻射百葉箱內(nèi)配置Pt100鉑電阻或NTC熱敏元件測(cè)空氣溫度，高分子薄膜電容式濕敏元件測(cè)相對(duì)濕度；超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器利用渡越時(shí)差法解算水平風(fēng)矢量，無機(jī)械啟動(dòng)風(fēng)速限制；翻斗式雨量計(jì)以磁開關(guān)計(jì)量液態(tài)降水量；硅光電二極管或全光譜輻射傳感器分別測(cè)定總輻射與光合有效輻射（PAR, 400–700 nm）；壓阻式MEMS氣壓傳感器測(cè)定大氣壓；可擴(kuò)展NDIR原理CO₂傳感器、紫外輻射傳感器及氣溶膠傳感器。

土壤剖面多參數(shù)監(jiān)測(cè)單元：采用非金屬式FDR（頻域反射）或多參數(shù)一體探頭經(jīng)PVC導(dǎo)管分層（通常0–20–40–60–100 cm）埋設(shè)，同步測(cè)定各土層體積含水量（VWC）、土壤溫度，可擴(kuò)展土壤電導(dǎo)率（EC）及土壤氧氣濃度，表征根系活躍區(qū)水—熱—鹽三維動(dòng)態(tài)。

作物視覺感知單元（選配）：定時(shí)抓拍或云臺(tái)可控高清攝像頭采集冠層苗情圖像，結(jié)合圖像處理算法估算葉面積指數(shù)（LAI）近似值、冠層覆蓋度及物候階段，實(shí)現(xiàn)氣象要素與作物表型時(shí)空關(guān)聯(lián)。

三、數(shù)據(jù)采集與邊緣處理系統(tǒng)

低功耗數(shù)據(jù)采集器：嵌入式微處理器按預(yù)設(shè)頻率對(duì)各通道原始模擬/數(shù)字信號(hào)執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換、線性化校正與滑動(dòng)平均濾波，采用3σ準(zhǔn)則或Grubbs法剔除異常跳變值，經(jīng)邊緣計(jì)算預(yù)處理后存入本地大容量非易失存儲(chǔ)介質(zhì)（TF卡/Flash），保障通信中斷時(shí)不丟數(shù)。

通信與遠(yuǎn)程管控：內(nèi)置4G/5G/NB-IoT/GPRS通信模組將加密數(shù)據(jù)包推送至云端；支持遠(yuǎn)程修改采樣間隔、寫入傳感器標(biāo)定系數(shù)、執(zhí)行固件OTA升級(jí)及設(shè)備軟重啟；具備傳感器斷線、供電欠壓、設(shè)備位移（內(nèi)置北斗/GPS雙模定位）等多級(jí)自診斷與報(bào)警推送功能。

供能與野外防護(hù)：?jiǎn)?雙晶硅太陽(yáng)能電池板配免維護(hù)蓄電池構(gòu)成主備雙供電系統(tǒng)，滿足連續(xù)陰雨期野外持續(xù)運(yùn)行；鋁鎂合金或鍍鋅鋼立柱配合IP65及以上防護(hù)等級(jí)機(jī)箱與避雷接地設(shè)計(jì)，適應(yīng)高溫、高濕、沙塵及強(qiáng)風(fēng)等惡劣農(nóng)田環(huán)境。

四、核心功能

1、數(shù)據(jù)采集：該氣象站可采集土壤墑情(4層)、土壤溫度（4層）、空氣溫度、空氣濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水量、大氣壓、苗情圖片等多種參數(shù)，數(shù)據(jù)可無線上傳至云平臺(tái)。

2、數(shù)據(jù)查看方便：小型氣象站可通過手機(jī)或Web端遠(yuǎn)程管理設(shè)備，數(shù)據(jù)可遠(yuǎn)程查看，且數(shù)據(jù)可接入guo家級(jí)、省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)等相關(guān)信息監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

3、海拔及防盜定位功能：可測(cè)海拔高度，自動(dòng)獲取海拔參數(shù)和內(nèi)置北斗、GPS、伽利略等多種定位系統(tǒng)。

4、自帶苗情攝像頭：可支持動(dòng)態(tài)播放苗情生長(zhǎng)過程并自動(dòng)識(shí)別所在范圍內(nèi)作物種類。

5、多種數(shù)據(jù)傳輸模式：支持GPRS\CDMA\NBIOT\GSM\4G\5G\WIFI\光纖\網(wǎng)絡(luò)等多種通訊方式。

6、故障遠(yuǎn)程診斷：可遠(yuǎn)程在線診斷電池虧電、傳感器故障、信號(hào)故障等問題。

7、小型氣象站主機(jī)功能：支持配置TF卡，容量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置，可以存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)，確保長(zhǎng)期存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不丟失。

8、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)：自動(dòng)農(nóng)業(yè)氣象站采用太陽(yáng)能或交流供電兩種供電方式，內(nèi)置大容量鋰電池，可放置在野外，太陽(yáng)能供電模式，連續(xù)陰雨條件下正常工作≥30天。

9、集成式防腐蝕傳感器：土壤溫度，水分，鹽分一體非金屬式傳感器，通過PVC導(dǎo)管進(jìn)行測(cè)量， 與土壤無需直接接觸。

10、可多維度分析：軟件平臺(tái)可結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及周邊數(shù)據(jù)進(jìn)行作物需水分析、根系分析、墑情趨勢(shì)預(yù)測(cè)、灌溉行為判斷，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

軟件功能：

1、數(shù)據(jù)查看方便：平臺(tái)支持設(shè)備數(shù)據(jù)云端長(zhǎng)期存儲(chǔ)，每種參數(shù)過程曲線趨勢(shì)，最大值、最小值、平均值均可顯示查看，放大、縮小功能。

2、數(shù)據(jù)展示多樣化：數(shù)據(jù)可生成曲線圖與表格等報(bào)表形式，平臺(tái)內(nèi)數(shù)據(jù)、圖表均可下載，進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析及打印，且通過excel、pdf等格式導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

3、區(qū)域氣象監(jiān)測(cè)：可進(jìn)行區(qū)域氣象數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，氣象指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)可統(tǒng)計(jì)活動(dòng)積溫、可照時(shí)數(shù)、有效積溫、到達(dá)有效溫度天數(shù)等。

4、超限預(yù)警設(shè)置：用戶可預(yù)置常用作物報(bào)警配置，設(shè)置高低超限值，平臺(tái)可自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)警分析。

5、設(shè)備遠(yuǎn)程操作和查看：可通過手機(jī)和網(wǎng)頁(yè)對(duì)氣象監(jiān)測(cè)站設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)置管理與遠(yuǎn)程控制，并實(shí)時(shí)查看設(shè)備電量、工作狀態(tài)、故障報(bào)警等功能。

6、管理權(quán)限可分配：可通過系統(tǒng)用戶管理，按權(quán)限分配管理者管理權(quán)限及設(shè)備使用、查看權(quán)限；同一臺(tái)設(shè)備支持多人管理。

五、典型科研與應(yīng)用場(chǎng)景

農(nóng)田小氣候與作物生理生態(tài)研究：獲取冠層溫濕場(chǎng)、輻射收支及剖面土壤水熱動(dòng)態(tài)，支撐作物水分利用效率（WUE）、光能利用率及物候—?dú)夂蝽憫?yīng)關(guān)系研究。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警：網(wǎng)格化布設(shè)于小麥、水稻、果樹等主產(chǎn)區(qū)，實(shí)時(shí)捕捉干熱風(fēng)、倒春寒、連陰雨、暴雨洪澇等致災(zāi)氣象過程，服務(wù)于早期預(yù)警與減災(zāi)決策。

病蟲害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)與植保窗口判定：基于溫濕歷時(shí)（溫濕積）模型計(jì)算稻瘟病、小麥赤霉病、蚜蟲等病蟲害發(fā)生潛勢(shì)，確定最佳施藥時(shí)機(jī)以減少農(nóng)藥投入。

高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田與精準(zhǔn)灌溉管理：結(jié)合土壤墑情剖面數(shù)據(jù)與ET模型輸出制定變量灌溉制度，實(shí)現(xiàn)節(jié)水增效與水資源優(yōu)化配置。

特色經(jīng)濟(jì)作物與設(shè)施農(nóng)業(yè)外場(chǎng)基準(zhǔn)：為茶園、果園、中藥材基地及草地生態(tài)系統(tǒng)提供長(zhǎng)期連續(xù)環(huán)境本底監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

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