农业小气候自动观测站功能规格需求书Word文档下载推荐.docx

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3.2.2数据采集器3

3.2.3夕卜围设备5

3.3软件6

3.3.1采集软件6

3.3.2中心站组网软件6

4功能要求7

4.1软件初始化8

4.2数据采集8

4.3数据处理8

4.4数据存储8

4.5数据传输9

4.6数据格式9

4.7数据质量控制9

4.7.1采集器采集软件中的数据质量控制9

4.7.2中心站组网软件中的数据质量控制10

4.8状态监控10

4.9终端操作命令10

4.9.1监控操作命令10

4.9.2数据质量控制参数操作命令11

4.9.3观测数据操作命令11

4.9.4对时11

4.10校准和定标11

4.11系统升级11

5技术指标12

5.1要素测量性能12

5.1.1单位量纲12

5.1.2采样和算法12

5.2传感器性能指标13

5.2.1温度传感器13

5.2.2冠层叶温传感器（红外）13

5.2.3湿度传感器13

5.2.4风向传感器13

5.2.5风速传感器14

5.2.6雨量传感器14

5.2.7总辐射传感器14

5.2.8光合有效辐射传感器14

5.2.9空气CO2浓度14

5.2.10土壤水分传感器15

6供电要求15

7运行要求15

7.1运行状态信息15

7.2可靠性要求16

7.3可维性要求16

8工作环境适应性要求16

8.1气候条件16

8.2外壳防护等级16

8.3生物条件16

8.4化学活性物质17

8.5机械条件17

8.6电磁兼容性要求17

9结构、材料和外观要求18

9.1结构设计总体原则18

9.2机械结构要求19

9.3机械强度要求19

9.4材料与涂覆要求19

9.5外观要求19

9.6电缆和接线要求20

9.7安全要求20

9.7.1标识要求20

9.7.2资料文件要求20

9.7.3结构安全要求21

9.7.4电气安全要求21

10防雷要求22

10.1一般要求22

10.2直接雷击的防护措施22

10.3雷击电磁脉冲的防护23

10.4电涌保护措施23

10.4.1供电系统的电涌保护措施23

10.4.2信号系统电涌保护措施23

11场地与安装要求23

11.1场地要求23

11.2仪器布局要求24

11.3安装要求24

11.3.1农业小气候自动观测站观测传感器24

11.3.2其它注意事项24

12其他要求25

12.1时钟精度要求25

12.2观测时制和日界25

12.3扩展性要求25

12.4互换性要求25

12.5人机界面要求25

附录1:

农业小气候自动观测站终端命令格式26

1终端命令的分类26

2格式一般说明26

3握手机制26

3.1数据传输握手机制26

3.2时间校正握手机制27

3.3设备响应命令时间27

4监控操作命令27

5数据质量控制参数操作命令43

6传感器监控操作命令44

附录2:

农业小气候自动观测站数据帧格式说明48

1数据帧格式48

1.1帧格式48

1.2起始位48

1.3数据包头48

1.4数据主体49

1.5校验码51

1.6数据包尾51

1.7数据分割方式51

1.8完整数据帧格式51

2数据字典52

2.1基本编码原则52

2.2变量名命名原则53

2.3观测要素编码55

2.4设备状态66

1前言

1.1目的

农业小气候观测是农业气象观测的重要组成部分，也是农业气象服务和科研的基础，是我国综合气象观测系统的重要组成部分，对保障我国粮食安全具有重要意义。

增强农业气象观测能力是新世纪和新形势下现代农业气象服务发展的需要,也是我国农业生产的需要、防灾减灾的需要、气象事业发展的需要。

通过建立实时大气--土壤一体化的观测系统，对及时掌握作物生长环境、开展农事活动和现代化农田管理、科学评估气象因子对作物的影响、分析农业气象灾害实况与评估、制作作物产量预报、改进作物模型和陆面模型、提高卫星遥感应用的解译精度与验证能力等领域，具有重要应用价值。

为进一步规范农业小气候自动观测站的研发和生产行为，推进农业小气候自

动观测站标准化，特制订本功能规格需求书。

1.2适用范围

农业小气候自动观测站用于小麦、玉米、棉花等大田作物和果树、牧草、设施农业等小气候观测。

本功能规格需求书规定了农业小气候自动观测站的组成结构、功能、测量性能、采样、算法，以及供电、安全、工作环境、电磁兼容、结构和外观、可靠性和可维护性等要求，为农业小气候自动观测站的设计和生产提供依据。

1.3制定依据

本功能规格需求书编写的主要依据有：

（1）《新型自动气象（气候）站功能规格书（修订版）》

（2）《地面气象观测规范》

（3）《农业气象观测规范》

（4）《农业气象观测站上传数据文件内容与传输规范（试行）》

（5）《农业气象自动观测技术要求（试行）》

（6）《农林小气候观测仪》GB/T20524-2006

（7）《气象专用技术装备功能规格需求书编写指南》

（8）《设施农业小气候观测规范日光温室和塑料大棚》QX/T261-2015

（9）《自动土壤水分观测仪功能需求书》

（10）《气象辐射观测系统功能规格需求书》

2术语和定义

农业小气候自动观测站：

用于大田作物、果树、设施农业等作物生长环境气象要素自动采集的设备，主要包括传感器、主采集器、要素分采集器和外围设备，从而满足农业小气候自动观测需求的专业气象观测站。

冠层叶温：

作物冠层叶片表面温度的平均值。

地温：

地温包括地表温度及土壤温度（5cm10cm15cm20cm30cm40cm）。

地表温度是对地面的温度进行测量后得到的温度；

土壤温度是地面以下土壤中的

温度，主要指与作物生长发育直接有关的地面下浅层内的温度。

太阳总辐射：

太阳总辐射是地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太阳散射辐射的总和。

3组成结构

3.1观测项目

农业小气候自动观测站是集作物生长气象环境、土壤环境等要素于一体的观

测系统。

观测要素包括空气温度、空气湿度、风、辐射、冠层叶温、降水量、CO2浓度、地温、土壤湿度等。

其中：

空气温度、湿度、风速、降水量要素的观测层数可设置1-4层。

风向、太阳总辐射、光合有效辐射、冠层叶温、CO2浓度要素设置1层。

地温可包括地表温度、5cm10cm15cm20cm30cm40cm。

土壤湿度可包括0〜10cm10〜20cm20〜30cm30〜40cm40〜50cm50〜

60cm70〜80cm90〜100cm。

各层次的观测高度和观测要素可根据作物、果树、设施农业观测需求不同进行选配。

3.2硬件结构

农业小气候自动观测站的硬件组成包括传感器、数据采集器和外围设备等，

并支持土壤水分观测等传感器的接入，其硬件结构原理图如图3.1所示：

器3.

（实时多任务嵌入式操作系统）

RS232通讯端口

雨量传感器

光合有效辐射传感器

风速传感器

风向传感器

总辐射传感器

冠层叶温传感器

多层温度传感器

二氧化碳传感器

外存储器

分采接口

扩展端口

模拟数字计数通道或智能传感器接口

多层湿度传感器-

丿

王

采

集

多层地

温分采

集器

土壤水

分分采

多层地温传感/土壤水分传感

器器

光纤MODEM

无线通讯模块

供电单元

图3.1农业小气候自动观测站硬件结构原理图

3.2.1传感器

农业小气候自动观测站的传感器分为气象观测要素传感器、土壤环境要素传

感器等。

农业小气候自动观测站的传感器可根据观测需要进行选择，实现温度、湿度、降水量、风速、风向、总辐射、光合有效辐射、冠层温度、C02浓度等气象要素的观测，以及地温、土壤湿度等土壤环境要素的观测。

在相关要素有成熟的智能传感器时，鼓励使用智能传感器。

322数据采集器

按照观测要素类别的不同，农业小气候自动观测站的数据采集器分为主采集器和可选要素分采集器，主采集器负责采集温度、湿度、降水量、风速、风向、总辐射、光合有效辐射、冠层叶温和二氧化碳浓度观测数值，分采集器负责地表温度、土壤温度、土壤湿度等土壤环境要素的观测以及扩展观测要素数据的采集，并通过总线或无线方式与主采集器进行数据通信。

3.2.2.1主采集器

主采集器是农业小气候自动观测站的核心，它的硬件部分由高稳定性电源、嵌入式处理器、大容量数据存储器、高精度时钟电路、高精度模数转换电路、以及多路数字及模拟传感器接口、通信接口、指示灯电路等多种电路模块构成。

气象要素采集器硬件设计时必须满足以下要求：

（11）嵌入式处理器的选取应综合考虑功耗、速度、内置程序FLASH容量、各种功能接口（RS232RS485RJ45等）。

在具备自由组合安装本功能规格需求书规定的传感器能力的基础上，还应具备扩展接入不少于3种其他新传感器的能力，并具有总线或无线扩展接口，为以后应用扩展留有余量；

（12）主采集器应至少可以存储1小时的采样瞬时值、7天的瞬时（分钟）值、1个月的正点要素值和小时状态信息，并留有一定的余量方便扩展；

数据存储应使用循环式存储器结构，并具备掉电保存功能；

（13）模数转换芯片应在16位（含16位）以上，满足传感器测量要求；

（14）电源模块应选择高精度、高稳定性电源模块，满足采集器本身及部分外部传感器供电要求；

（15）外接存储器为CF卡，并具备SD卡、USB存储器接口。

数据文件、参数文件、配置文件、日志文件等存储在采集器内部，同时应在外接存储器上进行备份；

外接存储器应具备循环式存储结构；

（16）应具备监测电路，包括主板温度测量、主板电源测量、交流供电检测、机箱门状态检测、蓄电池电量检测等；

（17）应具备指示灯，包括系统指示灯（秒闪，包括供电状态指示、传感器采集工作状态指示）、外接存储设备通信指示灯、通信状态指示灯等；

（18）采集器的基本工作电压是12V直流电压，采集器中其它直流工作电压应由此转换而成。

3.222分采集器

分采集器由硬件和嵌入式软件组成。

硬件包含高性能的嵌入式处理器、高精度的A/D电路、高精度的实时时钟电路、大容量的程序存储器、参数存储器、传感器接口、通信接口、监测电路、指示灯等，硬件系统能够支持嵌入式实时操作系统的运行。

分采集器嵌入式处理器的选取还应满足下列要求：

（19）应