一、系統定義與農氣學定位

托普云農智能氣象監測系統（TP-WMS系列無線農業氣象綜合監測站及配套數字農業云平臺）是一套基于多傳感器融合、嵌入式邊緣計算與物聯網（IoT）無線通信技術構建的無人值守農田小氣候自動觀測體系。該系統通過在作物冠層及根系剖面布設高密度傳感節點，同步采集空氣熱力學參數、輻射與降水要素、多層土壤水熱鹽動態及田間苗情影像，填補宏觀氣象臺站與地塊微環境之間的觀測空白，為農業氣象災害早期預警、作物需水模型計算、病蟲害發生期預測及精準農事窗口期判定提供連續、客觀的量化數據支撐。

二、系統架構——端·邊·云三層體系

感知層（端）：由多要素一體式氣象傳感器、多層土壤溫濕度/電導率探頭（通常0–100 cm剖面分層埋設）、光合有效輻射或總輻射傳感器、翻斗式雨量計、超聲波風速風向傳感器及定時苗情攝像模塊構成，實現冠層以上氣象六要素與根系區土壤參數的立體同步采集。

采集與邊緣層（邊）：低功耗嵌入式數據采集器對原始信號進行A/D轉換、滑動平均濾波與異常值剔除，按預設頻率本地存儲（支持大容量TF卡），并通過內置通信模組將預處理數據包上傳；具備遠程固件OTA升級、傳感器標定系數寫入及故障自診斷功能。

傳輸與平臺層（云）：采用4G/NB-IoT/LoRa等無線方式將加密數據推送至B/S架構數字農業云平臺，支持Web端與移動端APP實時可視化、歷史曲線回放、多站點區域聚合統計、閾值超限短信/APP彈窗預警及第三方省市級農情監測平臺API對接。

三、核心功能

1、可配置傳感器多：該系統可采集土壤墑情(4層)，土壤溫度（4層)，空氣溫度，空氣相對濕度，光照強度，風向，風速，降水量，負氧離子，PM2.5，生態景區/林木及農作物苗情圖片等，傳感器采用無線傳輸方式，安裝維護更方便。

2、自動獲取海拔和坐標信息：增加海拔高度設計，可隨時獲取數據采集點具體的地理位置，防盜防位移。

3、故障報警功能：具有電池電量、太陽能電壓、移位報警、震動報警等功能。

4、設備遠程控制：可遠程設置采集時間間隔、聯網模式、地理信息、査看設備電量、設備進行重啟與恢復、傳感器在線校準。

5、數據查看多樣化：可通過手機APP和云平臺隨時查看數據和曲線圖，數據可和云平臺其他設備數據關聯分析，歷史數據不丟失。

6、支持多網絡通訊：系統支持4G\5G\GPRS\NB\CDMA\4G\5G等方式。

7、數據采集頻率可設置：主機可通過云平臺遠程自由設定采集、存儲和發送時間間隔。

8、傳感器通訊接口可兼容：可兼容RS485與LORA兩種傳感器通訊接口。

9、超聲波傳感器：配置超聲波風速風向傳感器，無啟動風速限制，可零風速工作，360°無角度限制，可同時獲得風速風向數值。

10、帶負氧離子傳感器：水平式探頭安裝方式，更易讓負氧離子吸入，促使測量數據更準、更快。

11、帶PM2.5傳感器：能夠充分得到空氣中0.3～10微米懸浮顆粒物濃度，有迅速檢測、數據可靠等優點，數字化輸出，集成度高, 確保產品具可靠性與長期穩定性；

12、帶苗情攝像頭：可高清觀察植物實際生長情況。

13、可選配一體化LED屏：可配置P5戶外單色顯示屏，支持實時現場顯示傳感器數據，并可遠程設置開關和工作時段。

14、軟件平臺可進行作物種類識別、冠層覆蓋率識別根系分析等多維度分析。

15、數據可接入全國農作物重大病蟲害數字化監測預警系統、全國土壤墑情監測系統。

16、可提供歷史至未來5天的參考蒸發蒸騰量、天氣預測、全年氣候分析。

軟件功能：

1、帶數智農業云管理平臺包含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，數據集中展示分析，查看操作方式包括網頁端及手機端（安卓及蘋果系統均可用）。

2、平臺支持設備數據在云端自由存儲，提供足夠容量可長期保存，確保數據不丟失；

3、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。

4、數據可上傳至管理云平臺。平臺上可以實現多個傳感器數據按自定義時間段進行對比分析和數據列表的互相切換，數據和對比分析圖表可下載，可打印。

5、用戶可為設備配置傳感器報警條件，預置若干常用的林木作物的報警配置，可按林木不同生長階段對傳感器數據上下限值進行設定，超出預設值后會自動報警與提示。

6、平臺支持設備數據云端存儲，提供足夠容量可長期保存。

7、平臺為設備數據提供曲線與表格等報表形式，且數據可導出與導入。

8、數據評價：可以設置高低超限值，可自動進行數據預警分析。

9、數據校準：系統支持對傳感器的數據進行多元參數修訂，可針對線性變化參數進行偏移量修正，確保統一多個環境中同一類型的數據的偏移設置。

10、林木苗情監測：系統按照默認設置圖像采集時間點按時自動發送命令遠程拍照，自動展示最新林木苗情圖片，支持用戶遠程打開攝像頭，實現視頻實時查看功能。

11、林木苗情分析：系統可對林木苗情監測的圖片按用戶自定義時間段篩選，實現對林木苗情動態展示苗情生長狀況，同時系統自動識別出當前圖片中的冠層覆蓋度，可支持用戶或專家對苗情圖片進行評價和記錄。

12、設備管理：管理平臺軟件對系統有進行遠程管理的功能，可支持用戶自定義設定數據采集間隔和數據上傳間隔，系統對物聯網設備遠程管理故障報警的信息。

13、管理平臺軟件可在線升級。

四、供電、結構與野外適應性

整機立桿與法蘭底座采用熱鍍鋅鋼或鋁合金材質，傳感器支架可調節高度以匹配不同作物生育期冠層位置。供電方案支持交流220V市電或單/多晶硅太陽能板+免維護鉛酸/鋰電池儲能，低功耗設計保障連續陰雨條件下持續運行。電氣系統做整體防雷擊浪涌保護與IP65及以上防護等級處理，適應高溫、高濕、沙塵及強風等野外惡劣環境。

五、數據處理與農學應用邏輯

災害預警：按作物種類設定低溫霜凍、高溫干熱風、暴雨洪澇、干旱墑情下限等環境閾值，系統實時比對并在觸發多級報警。

灌溉決策支持：結合Penman–Monteith方程或經驗作物系數法，基于凈輻射、氣溫、濕度、風速及多層土壤含水量計算參考蒸散量（ET?）與作物需水量，可聯動水肥一體化設備實現按需灌溉。

植保模型耦合：將田間小氣候溫濕因子輸入已蟲害發生預測模型（如稻瘟病、小麥銹病適宜侵染溫濕區間判據），輔助確定施藥最佳窗口期。

農氣指標統計：平臺自動累計活動積溫、有效積溫、日照時數、降雨總量等農氣學指標，服務于品種區域適應性評估與播期安排。

六、適用場景與學科意義

廣泛部署于高標準農田、大田糧食作物（水稻、小麥、玉米）產區、設施農業園區、果園茶園、草地畜牧業基地、自然保護區及農林病蟲害測報站。該系統將農業氣象觀測從區域宏觀尺度下沉至田塊微氣候尺度，克服傳統人工記錄頻次低、夜間缺失、主觀誤差大的局限，是推進農業氣象學向數字化、網格化、模型化方向發展的核心基礎設施。

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