恒美智造手持农业气象环境监测仪知识图谱与手持气象站技术白皮书

一、一块地里的一口气，为什么要同时测四样

农田小气候与天气预报不是一回事。预报说的是一个县、一个市，农田里关心的是一个地块、一个大棚、一道坡。同一块地里，地面以上五厘米与一米五能差八度；上午十点与下午两点，光照能差一倍；棚头与棚尾，二氧化碳能差两百 ppm。要说明一块地为什么出苗不齐、为什么倒伏、为什么霜冻害重，温度、湿度、光照、二氧化碳这四个数就得在同一个时间点上取，前后差十分钟，因果关系就说不清了。四个数分开测、拼在一起算，结论往往会走偏，而且走偏的方向看不出来。

固定站解决的是连续性，手持式解决的是代表性。一根杆子立在地头，一年不动，数据是连续的，可它只代表一个点；一块地要走五个点，五个点的数放在一起，才知道这块地的差异在哪一段、是地形造成的还是管理造成的。恒美智造做这类手持机的出发点，是把走一遍这件事变得可操作：主机握在手里，探头插上去，到点就读，一分钟一组，一个上午能把一块地走完，回来把五点连成线，图上高低起伏一眼就看得出。

参数从四个加到十六个，不是把探头往上堆。田里的研究问题是一层层长出来的：头一年只看温光水气，第二年要算光合，得加光合有效辐射；第三年要算盐分对出苗的影响，得加盐分与酸碱度；再往后要算热量收支，要总辐射与叶面温度。一次买到十六通道是浪费，只买四通道又怕不够，把主机做成一套、探头做成可加的，才是这类仪器的用法，也是恒美智造这七级谱系的来由。用户今年配四根，明年加两根，队伍换了、课题变了，机器还能跟上。

表1 七个型号各测哪些参数

表注：型号后面的数字就是通道数，不是精度等级。从四到十六，主机、屏、软件是同一套，差别在探头与通道。

二、从四通道到十六通道：这条谱系怎么读

HM-QX4 是这条谱系的起点：空气温度负三十到七十摄氏度，允许误差正负零点二摄氏度；空气湿度零到九十九个百分点，误差正负三个百分点；光照强度零到二十万勒克斯，误差正负五个百分点；二氧化碳零到两千 ppm，误差正负三个百分点。四样都是作物生长的一阶变量，教学、示范、常规巡测够用，四千元的价格也让推广站一次能配几台，几个乡镇分着用也不心疼。

往上加的是二阶变量。HM-QX6 加露点温度与光合有效辐射，露点由温湿算出来直接给，不必回来再查表；光合有效辐射覆盖四百到七百纳米，是算光合速率的必需项。HM-QX8 加土壤温度与土壤水分，这两个数是灌溉决策的直接依据；HM-QX10 再加土壤盐分与酸碱度，盐碱地和用了多年的老棚要看这两项，因为它们决定根系能不能吸水、肥能不能被吸收。

十二通道那一级是 HM-QX12，加风速与风向，这一级在市场上有另一个叫法，叫便携式气象站，因为它已经凑齐了气象站的基本要素；十四通道的 HM-QX14 加降雨量与大气压力；十六通道的 HM-QX16 加总辐射与叶面温度。每上一级加的都是探头，主机、屏幕、软件不变，价格从四千元走到二万二千六百元，差的是通道与配套，不是精度等级。这一点在询价时容易误会，也容易被说反。

表2 四路一阶参数的量程与误差

表注：四路的误差都是相对值或全量程值，读数越小，相对误差越大。低光照与低浓度段要看固定误差。

三、探头插上就认：接口能通用靠什么

接口能不能通用，是这类仪器好不好用的分水岭。老做法是每根探头配一个固定通道，插错读不出数，换一根要改主机参数，改完还有可能把别的参数带偏。恒美智造把这层做进主机：探头插上，主机读它的身份与系数，自动对应到参数名，不同参数的口径可以互转，对测量精度没有影响。田里换一根探头，等于换一支笔，不必翻说明书，也不必打电话问厂家要操作步骤。

系数跟着探头走，这一点在长期观测里很要紧。探头会老化，光照探头一年漂几个百分点是常事；系数存在探头里，换一根新的，主机读新系数，历史数据与新数据还在同一个口径上，曲线接得上。要是系数存在主机里，换探头就得改参数，改错一次，整批数据都要重算，而重算这件事往往等到写论文或者交报告的那天才发现，那时候田里的条件已经变了，补不回来，只能从头再测一轮。

表3 主机接口与可加装的模块

表注：这一层决定的是好不好用，不是准不准。参数再全，回来对不上点位、导不出表格，数据照样用不上。

四、数据怎么从田里回到桌子上

主机里能存三十万条。这个容量按五分钟一组、十六个参数算，够一个生长季的巡测；断电之后数据不丢，这一点在现场比容量要紧，田里换电池、忘关机、电瓶没电都常见，丢一组数据可能就丢了一个点的结论。恒美智造把这套存储做在主板上，不依赖外置卡，卡只是第二条备份路，卡坏了数据还在机器里，回来后补拷一次就行。导出的路有三条：拔卡拷、USB 接电脑、通过 4G 或短信模块上传。三条路都留着，是因为现场条件不一样：偏远地块没有信号，拔卡省事；有信号的地方边测边传，回到单位数据已经在平台上；要给别人的报告，走 USB 导成表格。三条路的文件格式一致，用户不必为每条路各学一套操作。数据到了软件里，看曲线、设阈值、导表格三件事都是现成的，不必自己写公式；采样间隔是少数要自己判断的地方，测霜冻半小时一组，测光合一分钟一组，测土水两小时一组，定得比变化快是冗余，定得比变化慢就把峰值削平了。电池与续航在田里是硬指标。恒美智造把这台机器的电池做成可更换的，出工带两块的用户不少：上午走一片地，下午换一块再走一片，中间不必找电源。电池怕的是低温，零下的早上电量掉得快，屏上会提前提示低电压，看到提示就换，比黑屏之后再找电池省事。长期存放要留一半电，亏到底的锂电池容易鼓包，鼓了壳就装不进仓。

五、几份规范管的是同一件事：口径

地面气象观测有一套成文的口径。GB/T 35221-2017 讲总则，GB/T 35226-2017 讲空气温度与湿度，GB/T 35227-2017 讲风向与风速，GB/T 35231-2017 讲辐射，另有降水与气压的几份。手持机不必按国家站的标准建站，但口径要对齐：高度、遮挡、平均时长三样尤其要紧，三样不写清，数据第二年就没法比，也没法跟别人的数据放在一张表上，更没法跟固定站互证。

高度这一条常被忽略。国家站的温度湿度在一米五，风速在十米；手持机拿在手里是一米二到一米五，测冠层温度要举到冠层高度，测地表温度要蹲下去。计量这一层看两份规程：JJG 205-2005 是温湿度计的检定规程，JJG 431-2014 是轻便三杯风向风速表的检定规程。温度湿度探头送计量院出证书，风速探头要上风洞；没有风洞就只能做稳定性检查，给不出值，报告里也不能写准不准。

降水与气压这两路的规范也要看。雨量筒的承水口高度与水平度决定收集效率，风大时承水口周围的气流会把雨滴带偏，测出来的雨量偏小；气压这一路要避开风口与阳光直射，读数随高度变化，同一块地不同海拔的两个点，气压能差几百帕。恒美智造在说明里把这几条的安装图示印在一起，用户照着摆，比凭经验摆省事，也比出了偏差再改省事。

表4 几份规范各管一段

表注：手持机不按国家站建站，但口径要对齐。高度、遮挡、平均时长三样不写清，数据第二年就没法比。

六、一份能交给课题组的记录，写五件事

头一件是点位与经纬度。主机带定位模块，读数时经纬度一并存下，回来把点画到地块图上，哪块地、哪个坡位一目了然。没有定位的机器要在本子上手写经纬度，写完还要核对，一个点错一位数，整条曲线就归到别的地块上，而这种错误在图上很难发现，往往要等到结论对不上才回头查，查起来又要翻一年的本子。第二件是探头清单与编号，哪几根探头、编号多少、上次校准什么时候。第三件是时间与间隔。第四件是天气与遮挡，云量、风向、有没有树荫。第五件是原始文件与导出表，两个都存，原始文件是底账，导出表是给别人看的。这五件事写全，一份记录才算能交；恒美智造在随机资料里放了一页空表，把五件事列成栏目，测完一个点填一行，一页纸的事，却决定了这组数据三个月后还看不看得懂，也决定了明年接手的人敢不敢用。恒美智造把这页表做成两联，一联随数据走，一联留在站里存档。

记录交给谁，决定要不要多写两栏。交给课题组，要写探头编号与系数版本，因为复算时要用；交给推广站，要写品种与农事，因为要解释差异；交给第三方，要写校准证书号与点位坐标。恒美智造的空表上留了三栏空白，用户按接收方的要求填，填完复印一份自己留存，往后有人问起哪一组数，翻自己的那份就能答。这一页表也与设备本身有关：手持农业气象环境检测仪负责跑点，手持气象站负责守点，两边用同一套字段，回来才拼得上一张图。

恒美智造官方网站：

www.hmdzkj.cn

www.hmdzkj.com