气象自动观测站产品介绍

一、仪器定位与学术定义

托普云农智能农业气象自动观测站（典型型号TP-WMS-1/1L、TPSBL-GPRS系列及物联网型）是基于多传感器阵列融合、微功耗数据采集与低功耗广域物联网（LPWAN）传输技术构建的野外无人值守小气候监测系统。该装置对近地面大气层结关键气象要素（气温、相对湿度、风速、风向、降水量、大气压、太阳总辐射/光合有效辐射）及土壤剖面参数（分层土壤温度、体积含水量、电导率）实施分钟级连续时序采集，弥补国家基准气象站空间分辨率不足与田块微环境（Microclimate）脱节的问题，为参考作物蒸散量（ET₀）计算、病虫害气象适宜度模型、霜冻/干热风预警及作物生长模型提供标准化原位地面真值数据集，属数字农业环境感知基础设施，区别于仅记录单点或人工读数的简易温湿度计。

二、系统硬件构成与传感原理

大气环境传感阵列：空气温湿度置于强迫通风防辐射百叶箱内，温度多由Pt100铂电阻或NTC热敏电阻四点校准测量，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；风速风向采用超声波时差法（无机械磨损、零启动风速、360°全向测量）或低惯量三杯式/风向标式传感器；降水量由翻斗式雨量计计量液态降水；光照采用硅光电二极管测定总辐射或光合有效辐射（PAR）；大气压由压阻式MEMS传感器经温度补偿输出。

土壤剖面多参数监测单元：通过频域反射（FDR）或多参数一体传感器配合PVC埋设导管，同步采集0–100 cm深度内多层级（通常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）：集成定时抓拍高清摄像头，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。

数据采集与主控终端：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）、本地大容量存储（TF卡可保存多年数据）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：单晶硅太阳能电池板配合免维护锂电池组或胶体蓄电池构成双供电系统，支持连续阴雨天长期运行；整体立柱与IP65/IP66及以上防护等级机箱具备防雷击、抗强风（可达11级）结构设计，适应野外长期无人值守。

三、工作原理与控制逻辑

多要素同步采样与数字滤波：各传感器按预设采样间隔（通常1～60 min可调）并行采集原始模拟/数字信号，主机进行滑动平均滤波与野值剔除后换算为物理量工程单位，消除瞬态干扰引起的虚假极值。

边缘计算与特征值提取：终端可本地计算时段内最大值、最小值、平均值、累计值（如雨量）及参考蒸散量（Penman-Monteith方程简化版），减少无效原始数据传输量。

物联网远程传输与双向交互：通过4G/5G/NB-IoT/GPRS/LoRa等通信模块将结构化数据包上传至植保气象云平台；支持Web端或APP端反向指令——远程启停、修改采集间隔、零点漂移修正、设备重启及固件升级。

异常诊断与防盗定位：内置GPS/北斗双模定位模块记录站点坐标，具备设备移位报警、低电量预警、传感器通信中断报警及心跳包上报功能。

四、主要功能

1、数据采集：气象自动观测站可采集土壤墒情(4层)、土壤温度（4层）、空气温度、空气湿度、光照强度、风向、风速、降水量、大气压、苗情图片等多种参数，数据可无线上传至云平台。

2、数据查看方便：气象监测系统可通过手机或Web端远程管理设备，数据可远程查看，且数据可接入省级、市级、县级等相关信息监测平台。

3、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。

4、自带苗情摄像头：可支持动态播放苗情生长过程并自动识别所在范围内作物种类。

5、多种数据传输模式：支持GPRS\CDMA\NBIOT\GSM\4G\5G\WIFI\光纤\网络等多种通讯方式。

6、故障远程诊断：气象监测系统可远程在线诊断电池亏电、传感器故障、信号故障等问题。

7、主机功能：支持配置TF卡，容量可根据实际需要进行配置，可以存储传感器数据，确保长期存储数据不丢失。

8、续航时间长：采用太阳能或交流供电两种供电方式，内置大容量锂电池，可放置在野外，太阳能供电模式，连续阴雨条件下正常工作≥30天。

9、集成式防腐蚀传感器：土壤温度，水分，盐分一体非金属式传感器，通过PVC导管进行测量， 与土壤无需直接接触。

10、可多维度分析：软件平台可结合历史数据及周边数据进行作物需水分析、根系分析、墒情趋势预测、灌溉行为判断，为农业生产提供数据指导。

软件功能：

1、数据查看方便：平台支持设备数据云端长期存储，每种参数过程曲线趋势，最大值、最小值、平均值均可显示查看，放大、缩小功能。

2、数据展示多样化：数据可生成曲线图与表格等报表形式，平台内数据、图表均可下载，进行数据对比分析及打印，且通过excel、pdf等格式导出数据。

3、区域气象监测：可进行区域气象数据分析应用，气象指标统计，系统可统计活动积温、可照时数、有效积温、到达有效温度天数等。

4、超限预警设置：用户可预置常用作物报警配置，设置高低超限值，平台可自动进行数据预警分析。

5、设备远程操作和查看：可通过手机和网页对气象监测站设备基础设置管理与远程控制，并实时查看设备电量、工作状态、故障报警等功能。

6、管理权限可分配：可通过系统用户管理，按权限分配管理者管理权限及设备使用、查看权限；同一台设备支持多人管理。

五、典型应用领域

高标准农田与墒情监测：连续监测土壤剖面水分动态，为变量灌溉制度制定、干旱评估及水资源优化配置提供依据。

农业气象灾害预警：基于温湿风气组合判别霜冻、干热风、连阴雨、暴风雨等致灾气象过程，提前发布预警指导防灾措施。

病虫害预测模型输入：将温湿度、降雨、光照等要素输入赤霉病、稻瘟病、草地贪夜蛾等病虫害气象适宜度模型，确定防治适期。

作物生长模型与产量估测：为作物阶段发育模型（积温、光温潜力）及产量—气候关联分析提供本地化微气候参数。

科研教学与生态监测：农林气象观测、小气候梯度研究、温室环控效果评估及生态环境长期定位观测站配套。

六、设计与执行标准

设备设计参照QX/T《自动气象站技术规范》、GB/T 33705《土壤墒情监测规范》及NY/T系列农业气象观测相关要求，传感器计量性能满足WMO（世界气象组织）二级观测标准建议范围，电气安全与防雷符合GB 4706及GB/T 17626电磁兼容要求，可选配法定计量检定/校准证书以满足科研项目与高标准农田验收合规性要求。

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