本發(fā)明專利技術(shù)所提供的一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收裝置和數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依次設(shè)置有降雨量測定器、光照測定器、空氣溫度測定器以及土壤溫濕度測定器。所述數(shù)據(jù)接收裝置與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各測定器均相連通。所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置與數(shù)據(jù)接收裝置相連通。所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置與數(shù)據(jù)接收裝置均與蓄電池連接。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易安裝、數(shù)據(jù)可現(xiàn)場傳輸?shù)诫娔X或遠(yuǎn)程傳輸，也可將所采集的數(shù)據(jù)用U盤直接下載，適用性廣，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，觀測傳輸質(zhì)量穩(wěn)定，能夠自動準(zhǔn)確實(shí)時實(shí)地采集山地田間氣象數(shù)據(jù)，不需要專人專點(diǎn)管理；還可實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)山區(qū)個性化氣象作業(yè)。象作業(yè)。象作業(yè)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)、方法及其應(yīng)用
[0001]本專利技術(shù)涉及一種氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、方法及其應(yīng)用，具體涉及一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自 動采集系統(tǒng)及其應(yīng)用方法，屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備
技術(shù)介紹
[0002]由于地形地勢和海拔高度的差異，致使不同生態(tài)氣候區(qū)氣候資源和氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律差 異較大，農(nóng)作物(例如煙草)的移栽期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，特別是在氣象條件較 差的年份，中高海拔地區(qū)的農(nóng)作物產(chǎn)品質(zhì)量難以得到保障。
[0003]氣象條件與農(nóng)作物的風(fēng)格、品質(zhì)和產(chǎn)量有著緊密的關(guān)系。海拔高度對氣象條件有著非常 重要的影響。大量研究表明，隨著海拔的變化，光、溫、水等氣候要素及氣象災(zāi)害也隨之發(fā) 生變化，導(dǎo)致農(nóng)作物在各個生長發(fā)育階段所處的氣候環(huán)境存在差異，從而影響農(nóng)作物的生長 發(fā)育和農(nóng)作物品質(zhì)特征的形成。
[0004]目前國內(nèi)專門從事地面與探空氣象儀器設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)僅有兩家(天津與江蘇)， 擁有系列加工制造設(shè)備和雨量、氣壓、濕度、溫度系數(shù)、風(fēng)洞計量檢定、檢測手段，能生產(chǎn) 風(fēng)向、風(fēng)速、降水、蒸發(fā)、輻射、溫濕度、能見度、天氣現(xiàn)象等近四十種余種傳感器和儀器 儀表；能建設(shè)各類環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、探空儀及地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；并承接各種應(yīng)急指揮、 現(xiàn)場檢定等專業(yè)車輛的設(shè)計改裝。服務(wù)領(lǐng)域涉及氣象、水文、環(huán)保、科研、交通運(yùn)輸及農(nóng)業(yè)、 能源、國防等各行業(yè)。存在氣象站點(diǎn)在空間上分布不均勻及空間距離過大的缺點(diǎn)。
[0005]但是尚沒有山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，山區(qū)地形獨(dú)特、氣候變化快而且復(fù)雜，固 定氣象站點(diǎn)所測數(shù)據(jù)代表地域過寬，數(shù)據(jù)僅在很小的區(qū)域內(nèi)準(zhǔn)確，不能指導(dǎo)大面積的山區(qū)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)；對于農(nóng)作物，尤其是烤煙生產(chǎn)上也無煙葉成熟度與氣候因素相關(guān)的研究。尤其在山 區(qū)氣候下，如果能夠充分利用立體氣候資源，通過調(diào)整移栽時期匹配各植煙單元煙葉采收的 最適成熟度、及時預(yù)防病蟲災(zāi)害，將有效增加煙草氣候資源的利用效率，有利于實(shí)現(xiàn)烤煙高 產(chǎn)優(yōu)產(chǎn)、提質(zhì)增效。
[0006]此外，現(xiàn)有技術(shù)中針對通過氣象數(shù)據(jù)的檢測，對農(nóng)作物病害預(yù)警的方法不夠完善，不能 根據(jù)山地田間的具體氣象情況，對農(nóng)作物可能發(fā)生的病蟲災(zāi)害進(jìn)行有效的預(yù)警。
[0007]基于大數(shù)據(jù)的氣象決策服務(wù)現(xiàn)已有湖南、安徽、貴州等省開發(fā)，它們是針對主要糧食作 物或蔬菜水果等開發(fā)的決策服務(wù)系統(tǒng)，而尚末有開發(fā)山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)及其應(yīng) 用方法，直接影響了生態(tài)農(nóng)業(yè)、煙葉精益生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水平。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本專利技術(shù)提供一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)及其應(yīng)用方 法，旨在農(nóng)作物(例如煙葉)充分利用立體氣候資源，提升農(nóng)作物(例如煙葉)精益生產(chǎn)和 標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)水平等方面發(fā)揮重要作用。本專利技術(shù)所提供的一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)， 該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收裝置和數(shù)據(jù)發(fā)送裝置。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)依次設(shè)置有降 雨量測定器、光照測定器、空氣溫度測定器以及土壤溫濕度測定器。所述數(shù)
據(jù)接收裝置與數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)各測定器均相連通。所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝置與數(shù)據(jù)接收裝置相連通。所述數(shù)據(jù)發(fā)送裝 置與數(shù)據(jù)接收裝置均與蓄電池連接。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易安裝、數(shù)據(jù)可現(xiàn)場傳輸?shù)?電腦或遠(yuǎn)程傳輸，也可將所采集的數(shù)據(jù)用U盤直接下載，適用性廣，傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，觀測傳 輸質(zhì)量穩(wěn)定，能夠自動準(zhǔn)確實(shí)時實(shí)地采集山地田間氣象數(shù)據(jù)，不需要專人專點(diǎn)管理；還可實(shí) 現(xiàn)偏遠(yuǎn)山區(qū)個性化氣象作業(yè)。
[0009]根據(jù)本專利技術(shù)提供的第一種實(shí)施方案，提供一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。
[0010]一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收裝置、數(shù)據(jù) 發(fā)送裝置。其中：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括降雨量測定器、光照測定器、空氣溫度測定器、土壤濕 度測定器和土壤溫度測定器。降雨量測定器、光照測定器、空氣溫度測定器、土壤濕度測定 器和土壤溫度測定器均與數(shù)據(jù)接收裝置連接。數(shù)據(jù)接收裝置與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置連接。數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)、數(shù)據(jù)接收裝置、數(shù)據(jù)發(fā)送裝置均與蓄電池連通。
[0011]作為優(yōu)選，該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理裝置。數(shù)據(jù)處理裝置與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置連通。
[0012]數(shù)據(jù)處理裝置包括數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字量輸出模塊、 模擬比較器、模擬量輸出模塊、邏輯門、應(yīng)用程序、微處理機(jī)。
[0013]作為優(yōu)選，該系統(tǒng)還包括報警裝置。報警裝置與數(shù)據(jù)處理裝置連通。
[0014]報警裝置包括終端模塊、警報器與通訊模塊；所述通訊模塊包括數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通 信系統(tǒng)。
[0015]在本專利技術(shù)中，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括：
[0016]數(shù)據(jù)接入服務(wù)層：由多組網(wǎng)關(guān)組成動態(tài)Nginx負(fù)載均衡，與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置連通；
[0017]數(shù)據(jù)分析服務(wù)層：采用Spark集群對數(shù)據(jù)接入服務(wù)層導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析
[0018]數(shù)據(jù)存儲服務(wù)層：采用Hadoop架構(gòu)，存儲經(jīng)數(shù)據(jù)分析服務(wù)層解析后的氣象數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù) 分析的結(jié)果存儲至分布式緩存系統(tǒng)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中；
[0019]數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)層：通過REST API接口調(diào)用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)層的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與Web服務(wù)器、 分布式緩存系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)交互，并于報警裝置連通。
[0020]根據(jù)本專利技術(shù)提供的第二種實(shí)施方案，提供一種氣候適宜性評價的方法。
[0021]一種采用第一種實(shí)施方案中所述山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)進(jìn)行氣候適宜性評價的 方法，該方法包括以下步驟：
[0022]1)氣象要素數(shù)據(jù)檢測：降雨量測定器檢測作物所在地的日降水量，光照測定器檢測作物 所在地的日照時長，空氣溫度測定器檢測作物所在地的日平均溫度、最高溫度、最低溫度， 土壤濕度測定器檢測作物所在地的土壤日平均濕度，土壤溫度測定器檢測作物所在地的土壤 日平均溫度；
[0023]2)氣象要素數(shù)據(jù)處理：利用多元回歸殘差高斯算子訂正法(MRG)對日平均溫度、最 高溫度、最低溫度、日照時長、土壤日平均濕度、土壤日平均溫度進(jìn)行插值；選擇普通克里 金法(KRG)對日降水量進(jìn)行插值；
[0024]3)基于步驟2)的結(jié)果，對作物所在地進(jìn)行氣候適宜性評價。
[0025]在本專利技術(shù)中，步驟3)中采用模糊數(shù)學(xué)模型進(jìn)行氣候適宜性評價，其具體為：通過隸屬 度函數(shù)來表示氣象要素的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及對作物的影響程度，運(yùn)用隸屬函數(shù)模型與指數(shù)和法 來分析作物所在地的氣候適宜性；其中氣候適宜性指數(shù)CFI為：
[0026][0027]其中：將作物擬種植地分為m個區(qū)域，j∈[1，m]；對每個區(qū)域分別進(jìn)行氣象要素數(shù)據(jù) 檢測，每個區(qū)域的氣象要素數(shù)據(jù)檢測包括i個氣象要素，i∈[降水量，日照時長，日平均溫度、 日最高溫度、日最低溫度，土壤日平均濕度，土壤日平均溫度]；N
ij
表示第j個煙區(qū)、第i 個氣候指標(biāo)的隸屬度值；W
ij
分別表示第j個煙區(qū)、第i個氣候指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，其中0＜N
ij
≦1，0＜W
ij
≦1，且滿足
[0028]作為優(yōu)選，以時間為橫坐標(biāo)，氣候適宜性指數(shù)CFI為縱坐標(biāo)，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1)、數(shù)據(jù)接收裝置(2)、數(shù)據(jù)發(fā)送裝置(3)；其中：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1)包括降雨量測定器(101)、光照測定器(102)、空氣溫度測定器(103)、土壤濕度測定器(104)和土壤溫度測定器(105)；降雨量測定器(101)、光照測定器(102)、空氣溫度測定器(103)、土壤濕度測定器(104)和土壤溫度測定器(105)均與數(shù)據(jù)接收裝置(2)連接，數(shù)據(jù)接收裝置(2)與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置(3)連接；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(1)、數(shù)據(jù)接收裝置(2)、數(shù)據(jù)發(fā)送裝置(3)均與蓄電池(4)連通。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理裝置(5)；數(shù)據(jù)處理裝置(5)與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置(3)連通；數(shù)據(jù)處理裝置(5)包括數(shù)字量輸入模塊、模擬量輸入模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)字量輸出模塊、模擬比較器、模擬量輸出模塊、邏輯門、應(yīng)用程序、微處理機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)還包括報警裝置(6)；報警裝置(6)與數(shù)據(jù)處理裝置(5)連通；報警裝置(6)包括終端模塊、警報器與通訊模塊；所述通訊模塊包括數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理裝置(5)包括：數(shù)據(jù)接入服務(wù)層：由多組網(wǎng)關(guān)組成動態(tài)Nginx負(fù)載均衡，與數(shù)據(jù)發(fā)送裝置(3)連通；數(shù)據(jù)分析服務(wù)層：采用Spark集群對數(shù)據(jù)接入服務(wù)層導(dǎo)入的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)存儲服務(wù)層：采用Hadoop架構(gòu)，存儲經(jīng)數(shù)據(jù)分析服務(wù)層解析后的氣象數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果存儲至分布式緩存系統(tǒng)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)層：通過REST API接口調(diào)用數(shù)據(jù)存儲服務(wù)層的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與Web服務(wù)器、分布式緩存系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)交互，并于報警裝置(6)連通。5.一種采用權(quán)利要求1
?
4中任一項所述山地田間氣象數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)進(jìn)行氣候適宜性評價的方法，該方法包括以下步驟：1)氣象要素數(shù)據(jù)檢測：降雨量測定器(101)檢測作物所在地的日降水量，光照測定器(102)檢測作物所在地的日照時長，空氣溫度測定器(103)檢測作物所在地的日平均溫度、最高溫度、最低溫度，土壤濕度測定器(104)檢測作物所在地的土壤日平均濕度，土壤溫度測定器(105)檢測作物所在地的土壤日平均溫度；2)氣象要素數(shù)據(jù)處理：利用多元回歸殘差高斯算子訂正法(MRG)對日平均溫度、最高溫度、最低溫度、日照時長、土壤日平均濕度、土壤日平均溫度進(jìn)行插值；選擇普通克里金法(KRG)對日降水量進(jìn)行插值；3)基于步驟2)的結(jié)果，對作物所在地進(jìn)行氣候適宜性評價。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：步驟3)中采用模糊數(shù)學(xué)模型進(jìn)行氣候適宜性評價，其具體為：通過隸屬度函數(shù)來表示氣象要素的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及對作物的影響程度，運(yùn)用隸屬函數(shù)模型與指數(shù)和法來分析作物所在地的氣候適宜性；其中氣候適宜性指數(shù)CFI為：
其中：將作物擬種植地分為m個區(qū)域，j∈[1，m]；對每個區(qū)域分別進(jìn)行氣象要素數(shù)據(jù)檢測，每個區(qū)域的氣象要素數(shù)據(jù)檢測包括i個氣象要素，i∈[降水量，日照時長，日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度，土壤日平均濕度，土壤日平均溫度]；N
ij
表示第j個煙區(qū)、第i個氣候指標(biāo)的隸屬度值；W
ij
分別表示第j個煙區(qū)、第i個氣候指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，其中0＜N
ij...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張明發(fā)，劉勇軍，張勝，巢進(jìn)，袁小康，劉思華，陸魁東，滕凱，陳前鋒，田明慧，田峰，
申請(專利權(quán))人：湖南省煙草公司湘西自治州公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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