TPSBL-GPRS系列微型气象站：地块级小气候感知与智慧农业数据基座

一、产品概述

托普云农TPSBL-GPRS系列微型气象站是一套面向农田、设施园艺、果园与科研试验区的小尺度、低功耗、可快速网格化部署的田间环境观测装备。设备以防水立杆主机为核心，通过标准化接口灵活接入空气温湿度、光照、CO₂、风速风向、降水量、大气压及分层土壤温湿盐等多类传感器，形成“多要素感知—边缘采集—无线回传—云端分析"的闭环监测能力。

系统按传感配置划分为4G/6G/7G/8G等衍生型号，覆盖从基础大气环境到“气—土"联合观测的梯度需求。其定位并非替代气象部门基准站，而是填补区域气象站与地块真实微气候之间的空间尺度缺口，作为智慧农业系统的原位环境真值节点运行。

二、工作原理

系统基于多传感器融合与嵌入式边缘采集架构工作。各要素按物理机制原位采样：

空气温度：防辐射通风百叶箱内铂电阻（Pt100/Pt1000级）测温；

空气湿度：高分子薄膜电容式湿敏元件，依据介电常数变化解算相对湿度；

光照/辐射：硅光电器件测定光照强度，可扩展总辐射与光合有效辐射（PAR）；

CO₂：NDIR非分散红外吸收原理；

风速风向：超声波时差法（无机械惯量、零启动风速）或低惯量机械式探头；

降水量：翻斗式雨量计脉冲计量；

大气压：MEMS压阻式传感器经温度补偿输出；

土壤参数：FDR频域反射测体积含水率，铂电阻测分层地温，电极法测电导率（EC）。

边缘主机按预设周期（可达分钟级）轮询多通道，完成模数转换、滑动平均滤波、3σ野值剔除与温度补偿，本地缓存后通过4G/GPRS（可扩展5G、NB-IoT）加密回传云平台；断网时续传并恢复时序。平台按统一时标计算实时值、极值、累计值，并派生活动积温、可照时数、FAO-56参考蒸散（ET₀）等农学指标。

三、核心检测指标与功能

主要检测指标

大气要素：空气温度、相对湿度、光照强度、PAR、CO₂浓度、大气压、风速、风向、降水量；

土壤要素（选配）：分层土壤温度、体积含水率（VWC）、电导率/盐分，可扩展pH、水势；

位置与状态：北斗/GPS坐标、海拔、设备位移、电量与通信状态。

系统功能特性

多要素扩展：主机支持多类传感器接入，按需组合观测矩阵；

边缘预处理：本地滤波、线性化与野值识别，降低无效回传；

低功耗供能：太阳能板+内置锂电双源供电，支持长周期无人值守；

大容量存储：本地可缓存约50万条数据，支持OTA远程升级与参数重配置；

阈值预警：温湿光风水等超限触发Web/APP/短信告警，预置常用作物报警模板；

空间绑定：每条数据带时间戳、经纬度与海拔，支撑多点对比与溯源；

平台联动：开放接口可对接墒情、虫情、植物表型与灌溉控制平台。

功能特点

1、带太阳能，采集数据多：可连接32种传感器。

2、数据存储量大：可缓存约50万条数据。

3、设备支持5G/4G/GPRS/CDMA/NBIOT/GSM/网线等任意方式，上传测量数据和远程设置功能。

4、功耗小，用时长：支持太阳能及220V供电，内置充电锂电池，一次充满，使用时间不小于200天。

5、带GPS功能：实时采集GPS信息，设备信息上传到本系统地图中。

6、异常报警：通过手机/Web端/LED灯/语音提示，提醒用户处理异常情况。

7、流量管理：可将每月剩余流量储存起来，分配到其他设备中。

8、使用简单：二维码扫描注册即可使用。

软件功能：

自带仪器云管理平台：可实时通过电脑或手机在线查看历史数据和实时数据，自动计算数据各项值，远程控制传感器各项功能。

设备数据存储：提供足够容量可长期保存。

数据评价：可设置高低限值，可自动进行数据预警分析，预置若干常用的农作物的报警配置。

四、适用应用场景

大田精准管理

稻麦、玉米、棉花等作物全生育期监测，结合ET₀与降雨补充量指导灌溉窗口与施肥时机。

设施农业闭环调控

温室大棚内温湿光CO₂同步感知，联动卷帘、风机、湿帘与CO₂补施，稳定冠层微环境。

果园与茶园立体防灾

坡地、谷地网格布站，捕捉霜冻、热害与湿度滞留空间差异，支撑防霜扇、喷灌与采收排程。

高标准农田与灌区

作为区域气象观测加密点，构建田块级干旱、涝渍、高温热害风险分布，服务轮灌与排涝决策。

植保病害预测

利用冠层相对湿度、叶面湿润时长与积温驱动稻瘟病、锈病、晚疫病发生概率模型。

科研与育种试验

小区尺度微环境对照，为WOFOST、DSSAT等作物模型提供本地化驱动变量，校验遥感反演产品。

五、科研价值与系统意义

在农学研究层面，TPSBL-GPRS系列把“区域天气预报"降尺度为“地块可验证事实"。其连续、带坐标、多要素对齐的时间序列，使冠层能量平衡、SPAC水热耦合、积温—物候响应、病害气象阈值等过程可被定量刻画，尤其适用于基因型×环境（G×E）互作与耐逆育种评价。

在智慧农业系统中，它是环境感知层的基准输入端：上接卫星遥感与区域气象预报，下接墒情、苗情、虫情与执行设备，形成“感知—诊断—推演—决策—反馈"的闭环。长期沉淀的农田小气候数据库，可支撑数字孪生农田、气候适应性种植区划、农业气象指数保险与灾后定损，推动生产管理由经验判断转向数据驱动。

六、结尾总结

托普云农TPSBL-GPRS系列微型气象站以模块化传感、边缘计算与低功耗物联架构为基础，将田间大气与近地表环境转化为可定位、可溯源、可复用的连续数据流。它不替代农学判断，而是把“天气"翻译为“农事可用参数"，在科研模型校准与规模农业生产中同时承担微气候听诊器与智慧决策基座的角色，对提升农业气象灾害防御能力、资源利用效率和田间精细化管理具有实用价值。

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