智能气象监测系统产品介绍

托普云农TP-WMS系列智能农业气象监测系统是由浙江托普云农科技股份有限公司研制的"端—边—云"一体化农田小气候物联网观测平台。系统基于多传感器阵列融合、低功耗广域无线传输与边缘计算架构，对作物冠层至根系剖面的全维度环境要素进行全天候原位时序采集，弥补宏观气象站空间代表性不足与田间微环境（Microclimate）脱节的问题，为农田蒸散发（ET₀）模型、病虫害预测模型、作物生长模型及气候—产量关联分析提供标准化地面真值数据集。

一、系统架构与感知层组成

系统采用分层分布式架构，由野外采集端（感知层）、通信传输层（边缘端）及数字农业云平台（应用层）三部分构成：

大气环境传感阵列：配置防辐射百叶箱内高精度铂电阻或热敏元件测空气温湿度；超声波风速风向传感器（无机械磨损、零启动风速、360°全向测量）测定水平风矢量；翻斗式雨量计计量液态降水量；硅光电二极管或全光谱辐射传感器测定光照强度与光合有效辐射（PAR）；压电/电容式气压传感器测定大气压；部分型号可扩展CO₂浓度、紫外辐射、负氧离子及PM₂.₅传感器。

土壤剖面多参数监测单元：通过非金属式FDR（频域反射）或多参数一体传感器配合PVC导管，同步采集0–100 cm深度内多层级（通常为4层）土壤体积含水量（VWC）、土壤温度，可扩展土壤电导率（EC）及土壤氧气含量，表征根系活跃区水热—盐分动态。

作物视觉感知单元（选配）：集成高清定焦摄像头（支持定时抓拍或视频流），采集苗情图像上传云端，结合AI算法识别冠层覆盖度、叶色及物候阶段，实现气象数据与作物表型时空关联。

数据采集与控制主机：内置低功耗微处理器与边缘计算模块，负责多通道传感器轮询采集、信号线性化、异常值滤波（3σ准则）、本地存储（TF卡）及通信协议封装；支持远程修改采样频率、校准系数及固件OTA升级。

供能与防护结构：太阳能光伏板配合免维护铅酸/锂电池组构成双供电系统，支持连续阴雨天长期运行；整体立柱与机箱达到IP65及以上防护等级，具备防雷击与抗强风结构设计，适应野外长期无人值守。

二、测量原理与信号解算

温湿度与气压：空气温度多采用Pt100或NTC热敏电阻四点校准测量；相对湿度由高分子薄膜电容式湿敏元件检测介电常数变化解算；大气压由压阻式MEMS传感器经温度补偿输出。

风速风向（超声波原理）：成对正交布置的超声波换能器交替发射与接收40 kHz超声波脉冲，依据顺风与逆风传播时间差Δt解算水平风速分量及合成风向角，消除机械轴承摩擦与启动风速死区。

降水（翻斗原理）：雨水经承水口注入双室翻斗，每完成一次翻转触发磁簧开关计数，单位计数对应固定容积水量，换算单位时间降雨强度与累计降水量。

土壤水分（FDR原理）：探头环形电极发射高频电磁波（典型100 MHz左右），测量周围介质介电常数ε，经Topp经验公式或标定曲线转换为土壤体积含水量；土壤温度由内置热敏元件同步测得。

辐射（光电/热电堆）：硅光电池或热电堆探测器响应400–700 nm（PAR）或全太阳光谱辐射通量密度，经光谱响应校正输出辐照度值。

三、核心功能

1、可配置传感器多：该系统可采集土壤墒情(4层)，土壤温度（4层)，空气温度，空气相对湿度，光照强度，风向，风速，降水量，负氧离子，PM2.5，生态景区/林木及农作物苗情图片等，传感器采用无线传输方式，安装维护更方便。

2、海拔及防盗定位功能：可测海拔高度，自动获取海拔参数和内置北斗、GPS、伽利略等多种定位系统。

3、故障报警功能：具有电池电量、太阳能电压、移位报警、震动报警等功能。

4、设备远程控制：智能气象监测仪可远程设置采集时间间隔、联网模式、地理信息、査看设备电量、设备进行重启与恢复、传感器在线校准。

5、数据查看多样化：智能气象监测仪可通过手机APP和云平台随时查看数据和曲线图，数据可和云平台其他设备数据关联分析，历史数据不丢失。

6、支持多网络通讯：系统支持4G\5G\GPRS\NB\CDMA\4G\5G等方式。

7、数据采集频率可设置：主机可通过云平台远程自由设定采集、存储和发送时间间隔。

8、传感器通讯接口可兼容：可兼容RS485与LORA两种传感器通讯接口。

9、超声波传感器：配置超声波风速风向传感器，无启动风速限制，可零风速工作，360°无角度限制，可同时获得风速风向数值。

10、带负氧离子传感器：水平式探头安装方式，更易让负氧离子吸入，促使测量数据更准、更快。

11、带PM2.5传感器：能够充分得到空气中0.3～10微米悬浮颗粒物浓度，有迅速检测、数据可靠等优点，数字化输出，集成度高, 确保产品具可靠性与长期稳定性；

12、带苗情摄像头：可高清观察植物实际生长情况。

13、可选配一体化LED屏：可配置P5户外单色显示屏，支持实时现场显示传感器数据，并可远程设置开关和工作时段。

14、软件平台可进行作物种类识别、冠层覆盖率识别根系分析等多维度分析。

15、数据可接入全国农作物重大病虫害数字化监测预警系统、全国土壤墒情监测系统。

16、可提供历史至未来5天的参考蒸发蒸腾量、天气预测、全年气候分析。

软件功能：

1、带数智农业云管理平台包含B/S架构，可将所有便携式设备及在线设备数据进行汇总分析，数据集中展示分析，查看操作方式包括网页端及手机端（安卓及苹果系统均可用）。

2、平台支持设备数据在云端自由存储，提供足够容量可长期保存，确保数据不丢失；

3、显示每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值显示查看，放大、缩小功能。

4、数据可上传至管理云平台。平台上可以实现多个传感器数据按自定义时间段进行对比分析和数据列表的互相切换，数据和对比分析图表可下载，可打印。

5、用户可为设备配置传感器报警条件，预置若干常用的林木作物的报警配置，可按林木不同生长阶段对传感器数据上下限值进行设定，超出预设值后会自动报警与提示。

6、平台支持设备数据云端存储，提供足够容量可长期保存。

7、平台为设备数据提供曲线与表格等报表形式，且数据可导出与导入。

8、数据评价：可以设置高低超限值，可自动进行数据预警分析。

9、数据校准：系统支持对传感器的数据进行多元参数修订，可针对线性变化参数进行偏移量修正，确保统一多个环境中同一类型的数据的偏移设置。

10、林木苗情监测：系统按照默认设置图像采集时间点按时自动发送命令远程拍照，自动展示最新林木苗情图片，支持用户远程打开摄像头，实现视频实时查看功能。

11、林木苗情分析：系统可对林木苗情监测的图片按用户自定义时间段筛选，实现对林木苗情动态展示苗情生长状况，同时系统自动识别出当前图片中的冠层覆盖度，可支持用户或专家对苗情图片进行评价和记录。

12、设备管理：管理平台软件对系统有进行远程管理的功能，可支持用户自定义设定数据采集间隔和数据上传间隔，系统对物联网设备远程管理故障报警的信息。

13、管理平台软件可在线升级。

四、典型科研与应用场景

农田小气候与微环境研究：网格化布设获取田块尺度温湿风光的精细空间异质性，服务于冠层能量平衡、边界层湍流及微气象学参数化方案验证。

作物模型校准与验证：为WOFOST、DSSAT等作物生长模型及Penman–Monteith蒸散模型提供本地化气象驱动变量，提高区域产量与水分利用模拟精度。

病虫害发生预测：结合冠层相对湿度、叶面湿润持续时间）与积温数据，驱动稻瘟病、小麦锈病等病害预测模型，支撑植保预警。

农林生态与气候适应：长期连续监测为作物需热量（积温）、需冷量及物候期与气候变暖关联分析积累基础观测资料。

五、学术价值评述

托普云农TP-WMS系列将农业气象观测由传统人工读数与孤立站点记录升级为全自动、多要素、立体剖面的物联网连续监测体系，通过超声波无惯性风场测量、分层土壤原位传感与云端智能分析的国产化整合，使田间微气候数据具备时空连续性、站点间可比性及与农艺模型的耦合能力，是农业生态学、作物生理学及气候—作物互作（C×E）研究中的地面基准观测基础设施。