一、方案介绍

随着农业现代化进程加快，精准灌溉已成为保障作物高产、节约水资源、提升管理效率的核心手段。农业气象站作为农田生态环境感知的重要组成，可实时监测关键气象因子，并结合作物需水模型，动态计算灌溉指标。本方案通过布设具备4G传输功能的自动化农业气象站，集成温湿度、风速风向、辐射、降雨、土壤水分等多参数监测，实现作物需水量实时估算、智能分析与精准灌溉联动控制，服务于高效农业与绿色农业的发展目标。

二、监测目标

三、需求分析

传统灌溉方式普遍存在用水粗放、灌溉时间与量不科学等问题，导致水资源浪费与作物产量下降。尤其在气候多变的背景下，农田需水动态性增强，单一依赖经验判断已难以适应高效农业发展需求。因此，构建以气象与土壤参数为核心的精准灌溉感知系统，成为当前农业信息化建设的迫切任务。

四、监测方法

系统部署农业气象站对空气温湿度、降水量、风速风向、太阳辐射、大气压力等参数进行自动采集；同步布设土壤水分、土壤温度传感器监测根区墒情。所有数据通过采集主机汇总，并经4G网络实时上传至云平台。系统结合作物种类、生长周期与历史气象资料，计算参考蒸散量与作物实际需水量，从而指导灌溉施行。

五、应用原理

气象与土壤数据输入至作物水分平衡模型后，可基于FAO Penman-Monteith方法计算作物参考蒸散发量，再结合作物生长阶段、根系深度、土壤保水性等因子，推算每日需水量。灌溉管理者依据平台提示，手动或自动控制灌溉系统运行，实现按需供水、精确补给。

六、功能特点

七、硬件清单

主要包含气象站主机、空气温湿度传感器、风速风向传感器、光照辐射传感器、雨量传感器、大气压力传感器、土壤水分温度探头、4G数据传输模块、太阳能供电系统、数据采集单元、防护装置及远程管理平台账号接入模块等。

八、硬件参数（量程、精度）

空气温度测量范围为-40至80摄氏度，测量精度为±0.3摄氏度；空气相对湿度测量范围为0至100%，精度为±3%；降雨量传感器支持0至999.9毫米，分辨率为0.2毫米；风速测量范围为0至60米每秒，精度为±0.3米每秒；光照辐射量测量范围为0至2000瓦每平方米；土壤水分测量范围为0至100%体积含水率，精度为±2%；传输延迟不超过30秒，上传周期可设定为5分钟以上。

九、方案实现

在农田边界选址安装农业气象站和土壤监测节点，通过支架固定各类传感器；连接采集主机并完成通电与通信测试；配置数据采集间隔、传输频率与报警阈值；注册并绑定云平台账号，实现数据自动上报与可视化管理；系统依据实测参数和作物模型，输出需水量建议并联动灌溉控制设备实施精准供水。

十、数据分析

平台支持日、周、月尺度的历史数据分析，并生成作物需水曲线、土壤水分曲线与降水灌溉对比分析。通过数据叠加功能，可以比较不同气候条件下的作物用水响应规律。长期运行后，可为气象驱动灌溉模型优化、灌溉制度调整与农业气候服务提供数据支撑。

十一、预警决策

系统设定各参数阈值，当出现高温干旱、连续无降雨、土壤严重缺水等异常情况时，可通过短信、微信、平台弹窗等方式向管理人员推送预警信息。平台支持基于规则的自动灌溉执行指令输出，实现及时响应、智能处置，降低作物受灾风险。

十二、方案优点

十三、应用领域

本方案可广泛应用于大田农业、智慧园区、节水示范田、设施农业、农科示范基地、农业灌区、水利管理单位、农技推广机构、农场及合作社等场景，尤其适用于高附加值作物种植区和干旱半干旱农业区。

十四、效益分析

方案实施后，可显著降低单位面积灌溉水耗，平均节水率达25%以上；同时避免因过灌导致的病害和根系腐烂，提升作物健康指数与商品率，平均增产幅度在8%～15%。同时，系统运行成本低、维护简便，为农业数字化转型与现代农场建设提供有力支撑。

十五、国标规范

十六、参考文献

十七、案例分享

在新疆某节水农业示范区，通过部署本方案，建成由6座自动气象站和12组土壤水分节点组成的智能感知网络。系统结合当地棉花生育期需水曲线，智能控制中心启停阀门，实现了灌溉水量从“按经验”向“按数据”转变。经过两季运行验证，单位面积节水达32%，亩产提升14%，用工成本下降21%，获得地方水利与农业部门联合推广。