一种山地田间气象数据自动采集系统、方法及其应用技术方案

本发明专利技术所提供的一种山地田间气象数据自动采集系统，该系统包括数据采集系统、数据接收装置和数据发送装置。所述数据采集系统依次设置有降雨量测定器、光照测定器、空气温度测定器以及土壤温湿度测定器。所述数据接收装置与数据采集系统各测定器均相连通。所述数据发送装置与数据接收装置相连通。所述数据发送装置与数据接收装置均与蓄电池连接。该系统结构简单、成本低、易安装、数据可现场传输到电脑或远程传输，也可将所采集的数据用U盘直接下载，适用性广，传输数据准确，观测传输质量稳定，能够自动准确实时实地采集山地田间气象数据，不需要专人专点管理；还可实现偏远山区个性化气象作业。象作业。象作业。

【技术实现步骤摘要】
一种山地田间气象数据自动采集系统、方法及其应用


[0001]本专利技术涉及一种气象数据采集系统、方法及其应用，具体涉及一种山地田间气象数据自 动采集系统及其应用方法，属于农业生产设备


技术介绍

[0002]由于地形地势和海拔高度的差异，致使不同生态气候区气候资源和气象灾害发生规律差 异较大，农作物(例如烟草)的移栽期、农艺性状、产品质量不稳定，特别是在气象条件较 差的年份，中高海拔地区的农作物产品质量难以得到保障。
[0003]气象条件与农作物的风格、品质和产量有着紧密的关系。海拔高度对气象条件有着非常 重要的影响。大量研究表明，随着海拔的变化，光、温、水等气候要素及气象灾害也随之发 生变化，导致农作物在各个生长发育阶段所处的气候环境存在差异，从而影响农作物的生长 发育和农作物品质特征的形成。
[0004]目前国内专门从事地面与探空气象仪器设备研发、生产的企业仅有两家(天津与江苏)， 拥有系列加工制造设备和雨量、气压、湿度、温度系数、风洞计量检定、检测手段，能生产 风向、风速、降水、蒸发、辐射、温湿度、能见度、天气现象等近四十种余种传感器和仪器 仪表；能建设各类环境监测网络系统、探空仪及地面数据处理系统；并承接各种应急指挥、 现场检定等专业车辆的设计改装。服务领域涉及气象、水文、环保、科研、交通运输及农业、 能源、国防等各行业。存在气象站点在空间上分布不均匀及空间距离过大的缺点。
[0005]但是尚没有山地田间气象数据自动采集系统，山区地形独特、气候变化快而且复杂，固 定气象站点所测数据代表地域过宽，数据仅在很小的区域内准确，不能指导大面积的山区农 业生产；对于农作物，尤其是烤烟生产上也无烟叶成熟度与气候因素相关的研究。尤其在山 区气候下，如果能够充分利用立体气候资源，通过调整移栽时期匹配各植烟单元烟叶采收的 最适成熟度、及时预防病虫灾害，将有效增加烟草气候资源的利用效率，有利于实现烤烟高 产优产、提质增效。
[0006]此外，现有技术中针对通过气象数据的检测，对农作物病害预警的方法不够完善，不能 根据山地田间的具体气象情况，对农作物可能发生的病虫灾害进行有效的预警。
[0007]基于大数据的气象决策服务现已有湖南、安徽、贵州等省开发，它们是针对主要粮食作 物或蔬菜水果等开发的决策服务系统，而尚末有开发山地田间气象数据自动采集系统及其应 用方法，直接影响了生态农业、烟叶精益生产和标准化生产水平。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种山地田间气象数据自动采集系统及其应用方 法，旨在农作物(例如烟叶)充分利用立体气候资源，提升农作物(例如烟叶)精益生产和 标准化生产水平等方面发挥重要作用。本专利技术所提供的一种山地田间气象数据自动采集系统， 该系统包括数据采集系统、数据接收装置和数据发送装置。所述数据采集系统依次设置有降 雨量测定器、光照测定器、空气温度测定器以及土壤温湿度测定器。所述数
据接收装置与数 据采集系统各测定器均相连通。所述数据发送装置与数据接收装置相连通。所述数据发送装 置与数据接收装置均与蓄电池连接。该系统结构简单、成本低、易安装、数据可现场传输到 电脑或远程传输，也可将所采集的数据用U盘直接下载，适用性广，传输数据准确，观测传 输质量稳定，能够自动准确实时实地采集山地田间气象数据，不需要专人专点管理；还可实 现偏远山区个性化气象作业。
[0009]根据本专利技术提供的第一种实施方案，提供一种山地田间气象数据自动采集系统。
[0010]一种山地田间气象数据自动采集系统，该系统包括数据采集系统、数据接收装置、数据 发送装置。其中：数据采集系统包括降雨量测定器、光照测定器、空气温度测定器、土壤湿 度测定器和土壤温度测定器。降雨量测定器、光照测定器、空气温度测定器、土壤湿度测定 器和土壤温度测定器均与数据接收装置连接。数据接收装置与数据发送装置连接。数据采集 系统、数据接收装置、数据发送装置均与蓄电池连通。
[0011]作为优选，该系统还包括数据处理装置。数据处理装置与数据发送装置连通。
[0012]数据处理装置包括数字量输入模块、模拟量输入模块、数模转换器、数字量输出模块、 模拟比较器、模拟量输出模块、逻辑门、应用程序、微处理机。
[0013]作为优选，该系统还包括报警装置。报警装置与数据处理装置连通。
[0014]报警装置包括终端模块、警报器与通讯模块；所述通讯模块包括数字通信系统与模拟通 信系统。
[0015]在本专利技术中，所述数据处理装置包括：
[0016]数据接入服务层：由多组网关组成动态Nginx负载均衡，与数据发送装置连通；
[0017]数据分析服务层：采用Spark集群对数据接入服务层导入的数据进行统计分析
[0018]数据存储服务层：采用Hadoop架构，存储经数据分析服务层解析后的气象数据，将数据 分析的结果存储至分布式缓存系统和关系型数据库中；
[0019]数据应用服务层：通过REST API接口调用数据存储服务层的数据，实现与Web服务器、 分布式缓存系统和存储系统交互，并于报警装置连通。
[0020]根据本专利技术提供的第二种实施方案，提供一种气候适宜性评价的方法。
[0021]一种采用第一种实施方案中所述山地田间气象数据自动采集系统进行气候适宜性评价的 方法，该方法包括以下步骤：
[0022]1)气象要素数据检测：降雨量测定器检测作物所在地的日降水量，光照测定器检测作物 所在地的日照时长，空气温度测定器检测作物所在地的日平均温度、最高温度、最低温度， 土壤湿度测定器检测作物所在地的土壤日平均湿度，土壤温度测定器检测作物所在地的土壤 日平均温度；
[0023]2)气象要素数据处理：利用多元回归残差高斯算子订正法(MRG)对日平均温度、最 高温度、最低温度、日照时长、土壤日平均湿度、土壤日平均温度进行插值；选择普通克里 金法(KRG)对日降水量进行插值；
[0024]3)基于步骤2)的结果，对作物所在地进行气候适宜性评价。
[0025]在本专利技术中，步骤3)中采用模糊数学模型进行气候适宜性评价，其具体为：通过隶属 度函数来表示气象要素的等级划分标准及对作物的影响程度，运用隶属函数模型与指数和法 来分析作物所在地的气候适宜性；其中气候适宜性指数CFI为：
[0026][0027]其中：将作物拟种植地分为m个区域，j∈[1，m]；对每个区域分别进行气象要素数据 检测，每个区域的气象要素数据检测包括i个气象要素，i∈[降水量，日照时长，日平均温度、 日最高温度、日最低温度，土壤日平均湿度，土壤日平均温度]；N
ij
表示第j个烟区、第i 个气候指标的隶属度值；W
ij
分别表示第j个烟区、第i个气候指标的权重系数，其中0＜N
ij
≦1，0＜W
ij
≦1，且满足
[0028]作为优选，以时间为横坐标，气候适宜性指数CFI为纵坐标，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种山地田间气象数据自动采集系统，该系统包括数据采集系统(1)、数据接收装置(2)、数据发送装置(3)；其中：数据采集系统(1)包括降雨量测定器(101)、光照测定器(102)、空气温度测定器(103)、土壤湿度测定器(104)和土壤温度测定器(105)；降雨量测定器(101)、光照测定器(102)、空气温度测定器(103)、土壤湿度测定器(104)和土壤温度测定器(105)均与数据接收装置(2)连接，数据接收装置(2)与数据发送装置(3)连接；数据采集系统(1)、数据接收装置(2)、数据发送装置(3)均与蓄电池(4)连通。2.根据权利要求1所述的山地田间气象数据自动采集系统，其特征在于：该系统还包括数据处理装置(5)；数据处理装置(5)与数据发送装置(3)连通；数据处理装置(5)包括数字量输入模块、模拟量输入模块、数模转换器、数字量输出模块、模拟比较器、模拟量输出模块、逻辑门、应用程序、微处理机。3.根据权利要求2所述的山地田间气象数据自动采集系统，其特征在于：该系统还包括报警装置(6)；报警装置(6)与数据处理装置(5)连通；报警装置(6)包括终端模块、警报器与通讯模块；所述通讯模块包括数字通信系统与模拟通信系统。4.根据权利要求3所述的山地田间气象数据自动采集系统，其特征在于：所述数据处理装置(5)包括：数据接入服务层：由多组网关组成动态Nginx负载均衡，与数据发送装置(3)连通；数据分析服务层：采用Spark集群对数据接入服务层导入的数据进行统计分析数据存储服务层：采用Hadoop架构，存储经数据分析服务层解析后的气象数据，将数据分析的结果存储至分布式缓存系统和关系型数据库中；数据应用服务层：通过REST API接口调用数据存储服务层的数据，实现与Web服务器、分布式缓存系统和存储系统交互，并于报警装置(6)连通。5.一种采用权利要求1
‑
4中任一项所述山地田间气象数据自动采集系统进行气候适宜性评价的方法，该方法包括以下步骤：1)气象要素数据检测：降雨量测定器(101)检测作物所在地的日降水量，光照测定器(102)检测作物所在地的日照时长，空气温度测定器(103)检测作物所在地的日平均温度、最高温度、最低温度，土壤湿度测定器(104)检测作物所在地的土壤日平均湿度，土壤温度测定器(105)检测作物所在地的土壤日平均温度；2)气象要素数据处理：利用多元回归残差高斯算子订正法(MRG)对日平均温度、最高温度、最低温度、日照时长、土壤日平均湿度、土壤日平均温度进行插值；选择普通克里金法(KRG)对日降水量进行插值；3)基于步骤2)的结果，对作物所在地进行气候适宜性评价。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤3)中采用模糊数学模型进行气候适宜性评价，其具体为：通过隶属度函数来表示气象要素的等级划分标准及对作物的影响程度，运用隶属函数模型与指数和法来分析作物所在地的气候适宜性；其中气候适宜性指数CFI为：
其中：将作物拟种植地分为m个区域，j∈[1，m]；对每个区域分别进行气象要素数据检测，每个区域的气象要素数据检测包括i个气象要素，i∈[降水量，日照时长，日平均温度、日最高温度、日最低温度，土壤日平均湿度，土壤日平均温度]；N
ij
表示第j个烟区、第i个气候指标的隶属度值；W
ij
分别表示第j个烟区、第i个气候指标的权重系数，其中0＜N
ij...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明发，刘勇军，张胜，巢进，袁小康，刘思华，陆魁东，滕凯，陈前锋，田明慧，田峰，
申请(专利权)人：湖南省烟草公司湘西自治州公司，
类型：发明
国别省市：