气象环境监测

一、产品介绍
S-CGHS 气象环境监测设备是专为农业场景量身打造的一体化全自动农林气象监测站，核心用于空气温度、空气湿度、风速、降雨量四大气象要素全天候实时监测。设备标配 2 米标准安装立杆，采用60W 太阳能板 + 50Ah 储能电池组合独立供电系统，无需外接市政市电，可长期在野外农田环境自主运行。
整套设备集成传感采集、信号处理、无线传输、云端分析与预警功能，所有传感器及主机均采用工业级防水、防尘、抗风沙设计，可耐受农田暴晒、暴雨、霜冻、大风等复杂户外工况。设备支持灵活设置数据采样间隔，采集的气象数据通过 4G 无线网络实时上传至物联网云平台，管理人员可远程查看数据、调取历史曲线、接收异常气象预警。
本设备以农田管理为核心应用方向，监测数据可精准指导农田灌溉、农药喷施、作物管护、气象灾害防控等农事作业。设备采用模块化结构，现场组装简单、后期运维便捷，同时预留传感器拓展接口，可按需加装光照、大气压力等监测模块。除农业领域外，也可广泛应用于生态观测、水利防汛、野外科研、园区气象监测等场景，是智慧农业建设与区域气象观测的专用设备。 二、功能特点

1. 四要素一体化同步监测

集成空气温湿度、风速、降雨量三类传感器，一站式采集农田核心气象数据，无需多套设备组合布设，简化现场布局，降低整体采购与运维成本。

2. 独立太阳能长效供电

标配 60W 高转换效率太阳能光伏板，搭配 50Ah 大容量储能电池。光照充足时段太阳能板为设备供电并同步给电池补能，连续阴雨、无光照天气下由电池持续供电，完全摆脱市电限制，适配偏远无电网农田。

3. 标准化 2 米立杆设计

配套 2 米一体化金属安装立杆，结构坚固、抗风性强，符合农林小气候观测点位布设规范，立杆安装方式灵活，地埋、基座固定均可，现场组装快速。

4. 无线远程数据传输

搭载 4G 全网通无线模块，数据实时上传至云端平台，支持远程参数配置、历史数据调取，无需人员定期到现场人工抄录数据。

5. 采样间隔灵活可调

数据采样周期可在 1 分钟～24 小时范围内自由设置，可根据作物生长阶段、监测需求切换高频 / 低频采集模式。

6. 双重数据存储防护

采集主机内置大容量本地存储芯片，搭配云端数据库形成双重存储体系。网络中断时自动缓存数据，网络恢复后自动补传，全程保障气象数据完整不丢失。

7. 全环境高防护能力

整机防护设计适配野外农田环境，传感器与主机具备防水、防尘、防沙尘、耐高低温特性，可全年露天连续运行。

8. 智能气象超限预警

云平台支持自定义风速、雨量、空气温湿度预警阈值，当暴雨、大风、极端高低温等异常天气出现时，平台弹窗、移动端同步推送告警信息，提前开展农田防护作业。

9. 超低功耗运行

整套系统整体功耗优化设计，与太阳能供电系统高度匹配，进一步延长储能电池续航时长，减少充电频次。

10. 功能可拓展升级

采集主机预留多路拓展接口，可按需加装光照传感器、大气压力传感器、蒸发传感器等，升级为多要素综合气象站，适配多元化监测需求。
三、监测原理
本设备结合多种气象传感技术、信号处理技术、太阳能光电转换技术与无线通信技术，形成 “气象感知 — 信号转换 — 数据采集 — 存储传输 — 云端分析预警” 全工作流程，各模块原理如下：

1. 空气温湿度监测原理

温度单元采用气象专用高精度热敏电阻，利用热敏电阻阻值随环境温度线性变化的物理特性，将温度信号转化为标准电信号；湿度单元采用电容式传感元件，环境相对湿度改变元件介电常数，进而生成对应电信号。电路集成温度补偿模块，消除温度变化对湿度测量的干扰，保证温湿度数据精度。

2. 风速监测原理

采用风杯式风速传感器，自然气流推动风杯做匀速圆周运动。设备内部光电感应组件捕捉风杯转动频率，将机械运动信号转换为脉冲电信号，采集主机根据脉冲频率换算出实时风速数值。

3. ** 降雨量监测原理

采用翻斗式雨量计，雨水通过集雨口流入内部翻斗。当翻斗内雨水重量达到预设阈值时发生翻转，每一次翻转触发一组脉冲信号。主机统计单位时间内脉冲数量，结合翻斗标准容积，计算出瞬时雨强与累计降雨量。

4. 数据采集与传输流程

所有传感器输出的电信号接入防水采集主机，主机完成信号滤波、放大、模数转换，按照预设采样间隔完成数据汇总并本地存储。随后通过 4G 无线模块，遵循标准通讯协议将数据上传至物联网云平台。

5. 太阳能供电原理

60W 太阳能板基于光电效应将太阳能转换为电能，一方面直接为整套设备供电，另一方面向 50Ah 储能电池充电；夜间、阴雨等无光照时段，由储能电池释放电能维持设备运行，实现昼夜不间断供电。

6. 云端分析与应用

云平台对汇总的气象数据进行统计整理，自动生成实时数据、日 / 周 / 月变化曲线与统计报表；系统对比预设预警阈值，识别大风、暴雨等灾害天气并触发预警，为农田农事管理提供数据支撑。
四、设备参数
（一）系统整体配置
 

参数名称	技术指标
监测要素	空气温度、空气湿度、风速、降雨量
立杆规格	标准 2 米金属立杆，抗风加固结构
供电系统	60W 太阳能光伏板 + 50Ah 储能电池组
通讯方式	4G 全网通，兼容 RS485 有线通讯
通讯协议	MODBUS-RTU
采样间隔	1min ~ 24h 连续可调
主机存储	大容量 FLASH，断电数据不丢失
工作环境	-40℃ ~ 80℃，0~100% RH（非凝露）

（二）各传感器技术参数
 

监测项目	测量量程	测量精度	分辨率	传感类型
空气温度	-40℃ ~ 80℃	±0.3℃	0.1℃	高精度热敏电阻
空气相对湿度	0 ~ 100%RH	±3%RH	0.1%RH	电容式湿度传感器
风速	0 ~ 60m/s	±0.5m/s	0.1m/s	风杯式风速传感器
降雨量	0 ~ 4mm/min	±4%	0.1mm	翻斗式雨量计

（三）太阳能供电组件参数
 

部件名称	参数规格
太阳能板	额定功率 60W，标准工作电压，高光电转换效率
储能电池	容量 50Ah，工业级锂电 / 铅酸电池，耐高低温
续航能力	满电状态下，连续 7 天阴雨可正常运行
充电模式	智能充放电管理，过充、过放、短路保护

（四）结构与防护参数
 

参数名称	技术指标
立杆材质	热镀锌钢管 / 铝合金，防腐防锈
传感器防护等级	IP66
采集主机防护等级	IP65
线缆规格	户外耐老化专用线缆，长度可定制

五、应用行业

1. 智慧农业（核心领域）

覆盖大田粮食作物、果蔬种植田、设施大棚、规模化农场，依靠气象数据指导灌溉、施肥、农药喷施，优化农事排班，提升种植管理精细化水平。

2. 林果园艺行业

应用于果园、茶园、苗木基地，监测局地风速、降雨、温湿度，防范大风落果、暴雨积水、低温冻害等问题，指导林果修剪、采摘作业。

3. 水利防汛行业

针对低洼农田、灌区开展降雨量监测，预判农田内涝风险，为灌区排水、水利调度提供气象依据。

4. 生态监测行业

自然保护区、生态修复区周边农田及野外区域，开展农林小气候长期观测，辅助生态质量评估。

5. 农林科研行业

农林院校、农业科研院所搭建试验观测点，研究作物生长与气象因子的关联规律，支撑农业课题研究。

6. 乡村气象服务

乡镇、村落布设站点，构建区域微型气象网络，面向农村提供短临气象预报与灾害预警服务。

7. 园区与景区

农业观光园、生态景区内部气象监测，兼顾园区管护与游客出行气象提示。
六、安装方式
1. 前期点位规划
选择农田内具有代表性的点位，远离高大树木、建筑物、围挡等遮挡物，避免遮挡影响风速、雨量、光照采集；优先选取地势平整、不易积水的区域。大面积农田采用网格状布点，根据种植面积合理规划站点间距。
2. 立杆基础与安装
本设备标配 2 米立杆，分为地埋式与混凝土基座两种安装方式：

1. 地埋式：在选定点位开挖深度 30~50cm 基坑，将立杆底部垂直埋入基坑，回填原土并分层夯实，保证立杆垂直度偏差不大于 3°，防止大风倾倒。
2. 基座式：浇筑混凝土固定基座，将立杆底部与基座牢固连接，适用于长期固定观测站点。

3. 传感器安装

1. 空气温湿度传感器：安装于立杆中部通风位置，距离地面 1.5~1.8 米，避免地面热辐射影响测量精度。
2. 风速传感器：固定在立杆最顶端，四周无遮挡，保证气流顺畅通过风杯。
3. 翻斗式雨量计：水平安装于立杆中上位置，集雨口保持水平，清理周边杂草、杂物，防止堵塞集雨口。

4. 太阳能组件安装
60W 太阳能板固定在立杆向阳一侧，北半球优先朝向正南，根据当地纬度调整倾斜角度，最大化接收光照；50Ah 储能电池装入立杆下部防水配电箱内，做好密封防水处理。
5. 线路连接
所有接线必须在断电状态下操作。按照线序将各传感器、太阳能组件、储能电池分别接入采集主机对应接线端子；所有线缆沿立杆外壁规整排布，使用卡扣固定，户外线缆加装防护套管，防止风吹磨损、动物啃咬。
6. 系统通电与调试

1. 接线完成后检查线路无误，接通电源，观察主机电源灯、运行灯、通讯灯状态，确认设备正常启动。
2. 现场核对各传感器实时数据，确认数值合理；根据监测需求设置采样间隔、气象预警阈值。
3. 登录物联网云平台，测试 4G 数据上传功能，确认设备在线、数据正常同步。
4. 连续试运行 24 小时，各项指标稳定后，正式投入常态化监测。

7. 日常巡检
每月开展一次现场巡检，检查立杆稳固性、太阳能板表面清洁度、电池工作状态；雨季重点清理雨量计集雨口杂物，冬季检查设备低温运行状态。
安装注意事项

1. 严禁暴力安装，风杯、翻斗等活动部件禁止外力挤压、碰撞；
2. 太阳能板表面需保持清洁，积灰、落叶及时清理，避免影响充电效率；
3. 低洼区域做好防水处理，防止雨水倒灌进入主机与电池箱。

七、使用场景

1. 大田作物常规气象监测

小麦、水稻、玉米等连片大田全天候监测温湿度、风速、降雨，结合数据确定灌溉时机、农药喷施时间，科学安排田间作业。

2. 设施农业配套监测

温室、大棚外围布设设备，参考室外气象变化，联动调控大棚通风、加温、除湿系统，营造适宜作物生长的内部环境。

3. 农田气象灾害预警

实时监测暴雨、大风、寒潮等灾害天气，提前发布预警信息，指导农户开展防风、排涝、防冻等防护措施，降低作物受灾损失。

4. 果园、茶园专项管护

山地果园、茶园监测局地风场与降雨，防范大风造成枝条折断、果实脱落，根据温湿度变化开展病虫害预防工作。

5. 区域性农田网格化监测

万亩以上规模化种植区多点布设设备，组建气象监测网络，统筹整片区域的灌溉、植保、防灾工作。

6. 农业科研试验田

试验地块长期连续采集气象数据，分析不同气象条件下作物生长态势，为品种选育、栽培技术优化提供支撑。

7. 干旱 / 内涝农田专项监测

易干旱地块重点监测温湿度与降雨，指导节水灌溉；低洼易涝地块侧重雨量监测，提前启动排涝预案。
八、效果分析

1. 监测数据精准可靠

设备严格遵循农林气象观测标准，各传感器精度达标，抗风沙、震动干扰能力强，长期运行数据稳定，可真实反映农田局地气象状况，数据可直接作为农事决策、科研分析的有效依据。

2. 供电续航效果优异

60W 太阳能板搭配 50Ah 大容量电池，光电转换效率高，光照充足地区可实现全年免人工补电；连续 7 天阴雨天气仍可正常工作，彻底解决偏远农田无市电供电的难题，供电稳定性强。

3. 安装运维成本降低

2 米标准立杆模块化设计，组装流程简单，现场施工周期短。设备整体低功耗、高防护，日常仅需清洁太阳能板、简单巡检，无需频繁现场操作，大幅减少人工运维投入。

4. 农业生产提质增效

依托精准气象数据，实现按需灌溉、精准施药，有效节约水资源、农药与人力成本；提前预判气象灾害，显著降低作物受灾概率，提升农作物产量与品质。

5. 环境适配能力突出

设备工作温区跨度大，IP65/IP66 防护等级可抵御日晒、暴雨、霜冻、沙尘等各类野外环境，南北方农田四季均可稳定运行，设备故障率低。

6. 数据管理规范化

本地 + 云端双重存储模式，数据完整可追溯；云平台自动生成气象报表、变化曲线，支持数据导出，便于农事档案整理、数据汇总分析。

7. 拓展灵活性强

主机预留拓展接口，可根据农业发展需求新增监测模块，设备生命周期长，可适配农田从基础监测到综合生态监测的升级需求。
九、国标规范
本设备的设计、生产、检测、安装及应用严格遵循国家、气象、农业相关现行标准：

1. GB/T 20524-2018《农林小气候观测仪》，规范农林气象观测设备的技术要求、试验方法与使用规则。
2. QX/T 520-2019《自动气象站》，规定自动气象站的测量性能、数据传输、电源等通用技术要求。
3. QX/T 581-2020《轻便三杯风向风速表》，规范风杯式风速传感器技术指标与检测方法。
4. QX/T 27-2004《翻斗式雨量计》，明确雨量传感器精度、结构与试验标准。
5. QX/T 24-2004《气象用铂电阻温度传感器》，约束空气温度传感元件性能要求。
6. NY/T 1344-2018《农业气象观测规范》，规范农业场景气象点位布设、数据采集与应用要求。
7. GB/T 4208-2017《外壳防护等级（IP 代码）》，界定设备 IP65、IP66 防水防尘技术标准。
8. GB/T 17626 系列《电磁兼容 试验和测量技术》，保障设备在野外复杂电磁环境下稳定运行。
9. GB/T 191《包装储运图示标志》，规范设备包装、运输与贮存要求。

十、参考文献
[1] GB/T 20524-2018，农林小气候观测仪 [S]
[2] QX/T 520-2019，自动气象站 [S]
[3] QX/T 581-2020，轻便三杯风向风速表 [S]
[4] QX/T 27-2004，翻斗式雨量计 [S]
[5] QX/T 24-2004，气象用铂电阻温度传感器 [S]
[6] NY/T 1344-2018，农业气象观测规范 [S]
[7] GB/T 4208-2017，外壳防护等级（IP 代码）[S]
[8] GB/T 17626，电磁兼容 试验和测量技术 [S]
[9] 风杯式风速传感器应用技术手册 [Z]
[10] 翻斗式雨量计使用与校准导则 [Z]
[11] 太阳能气象站供电系统设计规范 [Z]
[12] 智慧农业气象监测应用指南 [Z]