一、設備定義與農氣學定位

托普云農農業氣象綜合監測站（TP-WMS系列）系浙江托普云農科技股份有限公司研制的無人值守式農田小氣候自動觀測平臺。該系統以微氣象學冠層—根系剖面觀測理論為基礎，通過多要素傳感器陣列與嵌入式邊緣計算單元，對空氣熱力學參數、輻射與降水要素、多層土壤水熱鹽動態及田間苗情影像實施同步時序采集，填補國家基本氣象站網（間距>10 km）與田塊微環境之間的觀測尺度斷層，為參考作物蒸散量計算、農業氣象災害早期預警、病蟲害流行潛勢模型及作物生長模型校驗提供標準化原位數據集。

二、立體感知層與測量原理

大氣環境傳感陣列：防輻射百葉箱內配置Pt100鉑電阻或NTC熱敏元件測空氣溫度，高分子薄膜電容式濕敏元件測相對濕度；超聲波風速風向傳感器利用渡越時差法解算水平風矢量，無機械啟動風速限制；翻斗式雨量計以磁開關計量液態降水量；硅光電二極管或全光譜輻射傳感器分別測定總輻射與光合有效輻射（PAR, 400–700 nm）；壓阻式MEMS氣壓傳感器測定大氣壓；可擴展NDIR原理CO₂傳感器、紫外輻射傳感器及氣溶膠傳感器。

土壤剖面多參數監測單元：采用非金屬式FDR（頻域反射）或多參數一體探頭經PVC導管分層（通常0–20–40–60–100 cm）埋設，同步測定各土層體積含水量（VWC）、土壤溫度，可擴展土壤電導率（EC）及土壤氧氣濃度，表征根系活躍區水—熱—鹽三維動態。

作物視覺感知單元（選配）：定時抓拍或云臺可控高清攝像頭采集冠層苗情圖像，結合圖像處理算法估算葉面積指數（LAI）近似值、冠層覆蓋度及物候階段，實現氣象要素與作物表型時空關聯。

三、數據采集與邊緣處理系統

低功耗數據采集器：嵌入式微處理器按預設頻率對各通道原始模擬/數字信號執行A/D轉換、線性化校正與滑動平均濾波，采用3σ準則或Grubbs法剔除異常跳變值，經邊緣計算預處理后存入本地大容量非易失存儲介質（TF卡/Flash），保障通信中斷時不丟數。

通信與遠程管控：內置4G/5G/NB-IoT/GPRS通信模組將加密數據包推送至云端；支持遠程修改采樣間隔、寫入傳感器標定系數、執行固件OTA升級及設備軟重啟；具備傳感器斷線、供電欠壓、設備位移（內置北斗/GPS雙模定位）等多級自診斷與報警推送功能。

供能與野外防護：單/雙晶硅太陽能電池板配免維護蓄電池構成主備雙供電系統，滿足連續陰雨期野外持續運行；鋁鎂合金或鍍鋅鋼立柱配合IP65及以上防護等級機箱與避雷接地設計，適應高溫、高濕、沙塵及強風等惡劣農田環境。

四、核心功能

1、數據采集：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、光照強度、風向、風速、降水量、大氣壓、苗情圖片等多種參數，數據可無線上傳至云平臺。

2、數據查看方便：小型氣象站可通過手機或Web端遠程管理設備，數據可遠程查看，且數據可接入guo家級、省級、市級、縣級等相關信息監測平臺。

3、海拔及防盜定位功能：可測海拔高度，自動獲取海拔參數和內置北斗、GPS、伽利略等多種定位系統。

4、自帶苗情攝像頭：可支持動態播放苗情生長過程并自動識別所在范圍內作物種類。

5、多種數據傳輸模式：支持GPRS\CDMA\NBIOT\GSM\4G\5G\WIFI\光纖\網絡等多種通訊方式。

6、故障遠程診斷：可遠程在線診斷電池虧電、傳感器故障、信號故障等問題。

7、小型氣象站主機功能：支持配置TF卡，容量可根據實際需要進行配置，可以存儲傳感器數據，確保長期存儲數據不丟失。

8、續航時間長：自動農業氣象站采用太陽能或交流供電兩種供電方式，內置大容量鋰電池，可放置在野外，太陽能供電模式，連續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導管進行測量， 與土壤無需直接接觸。

10、可多維度分析：軟件平臺可結合歷史數據及周邊數據進行作物需水分析、根系分析、墑情趨勢預測、灌溉行為判斷，為農業生產提供數據指導。

軟件功能：

1、數據查看方便：平臺支持設備數據云端長期存儲，每種參數過程曲線趨勢，最大值、最小值、平均值均可顯示查看，放大、縮小功能。

2、數據展示多樣化：數據可生成曲線圖與表格等報表形式，平臺內數據、圖表均可下載，進行數據對比分析及打印，且通過excel、pdf等格式導出數據。

3、區域氣象監測：可進行區域氣象數據分析應用，氣象指標統計，系統可統計活動積溫、可照時數、有效積溫、到達有效溫度天數等。

4、超限預警設置：用戶可預置常用作物報警配置，設置高低超限值，平臺可自動進行數據預警分析。

5、設備遠程操作和查看：可通過手機和網頁對氣象監測站設備基礎設置管理與遠程控制，并實時查看設備電量、工作狀態、故障報警等功能。

6、管理權限可分配：可通過系統用戶管理，按權限分配管理者管理權限及設備使用、查看權限；同一臺設備支持多人管理。

五、典型科研與應用場景

農田小氣候與作物生理生態研究：獲取冠層溫濕場、輻射收支及剖面土壤水熱動態，支撐作物水分利用效率（WUE）、光能利用率及物候—氣候響應關系研究。

農業氣象災害監測與預警：網格化布設于小麥、水稻、果樹等主產區，實時捕捉干熱風、倒春寒、連陰雨、暴雨洪澇等致災氣象過程，服務于早期預警與減災決策。

病蟲害預測預報與植保窗口判定：基于溫濕歷時（溫濕積）模型計算稻瘟病、小麥赤霉病、蚜蟲等病蟲害發生潛勢，確定最佳施藥時機以減少農藥投入。

高標準農田與精準灌溉管理：結合土壤墑情剖面數據與ET模型輸出制定變量灌溉制度，實現節水增效與水資源優化配置。

特色經濟作物與設施農業外場基準：為茶園、果園、中藥材基地及草地生態系統提供長期連續環境本底監測數據。

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