1 引言
地球生物圈是一個連續(xù)的、動態(tài)變化系統(tǒng)，農業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)保等各領域的經濟活動對地球環(huán)境的影響是交互的，氣候變化已成為各領域共同關注的話題。如何實時、連續(xù)、自動地監(jiān)測生態(tài)環(huán)境變化的發(fā)生、發(fā)展成為各領域科研人員和管理人員共同面對的挑戰(zhàn)。
2 系統(tǒng)設計
2．1 目標
ENVIdata生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網系統(tǒng)集成測量土壤、植物、環(huán)境的精品測量儀器，外的數(shù)據(jù)采集平臺和通信技術，業(yè)內Internet生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對土壤、植物、大氣連續(xù)體、地表水環(huán)境及地下水環(huán)境自動、連續(xù)觀測，可直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?(中國生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網)上或用戶的，通過對監(jiān)測的生態(tài)環(huán)境因子的時序變化和相關性分析，確定監(jiān)測對象的狀態(tài)發(fā)展。即可用于科學研究，如陸地生態(tài)系統(tǒng)、水生態(tài)系統(tǒng)的常規(guī)環(huán)境因子的監(jiān)測記錄，也可服務農業(yè)、水利、氣象、環(huán)保等領域的經濟活動和日常管理，如墑情預報、灌溉預報、水資源管理、供水管網監(jiān)測、污水排放等。




2.2 系統(tǒng)的布設
ENVIdata生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網系統(tǒng)由野外站和中心服務器組成。野外站布設點要具備研究對象的代表性，如生態(tài)系統(tǒng)的水分環(huán)境、土壤環(huán)境、大氣環(huán)境、生物環(huán)境。數(shù)據(jù)記錄器采用數(shù)據(jù)推送模式，將記錄的數(shù)據(jù)從野外發(fā)送到服務器上。這種新設計比傳統(tǒng)的用貓將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器更穩(wěn)定、更可靠，費用更低。
ENVIdata 中心服務器既可布設在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，實現(xiàn)單站過程研究聯(lián)網動態(tài)觀測；也可安裝在遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，完成區(qū)域綜合觀測和跨尺度生態(tài)模擬。

2.3 數(shù)據(jù)采集
野外站的數(shù)據(jù)采集頻率根據(jù)研究需要設定，從每秒10次、分鐘、小時不等。生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)以各種時間間隔 （分鐘、每小時、每天）發(fā)送到ENVIdata 中心服務器或上。
用戶只要能上網，既可瀏覽實時數(shù)據(jù)。ENVIdata 系統(tǒng)允許用戶設立各種報警條件，超限的數(shù)據(jù)可通過郵件或短信發(fā)給用戶。用戶可定制郵件發(fā)送數(shù)據(jù)。
中心服務器中文界面，便于操作和管理，提供多參數(shù)、實時或歷史數(shù)據(jù)曲線圖

2.4 觀測指標
ENVIdata生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網系統(tǒng)觀測的參數(shù)覆蓋各種生態(tài)系統(tǒng)類型的重要生態(tài)過程，如：
土壤：土壤墑情、土溫、鹽分、持水能力、土壤氣體
植物/作物：溫度、高度、莖干變化、耗水
氣象：降雨量、溫度、濕度、風速、風向、氣壓、蒸發(fā)、輻射 、光譜
水生態(tài)：水位、溫度、電導率（TDS，總鹽，密度）、溶氧、pH值、硝酸鹽、氧化還原電位、濁度（TSS）、 葉綠素、若丹明、藍綠藻、硝酸鹽、氟化物、氯化物、鉀離子、氨離子、鈉離子、鈣離子等17種參數(shù)
水文：水位、流速、地下水質、地表徑流

3 數(shù)據(jù)處理
ENVIdata 生態(tài)環(huán)境物聯(lián)網系統(tǒng)不僅管理能實時、遠程采集野外站的數(shù)據(jù)，如氣象站、水位站、地表徑流、植物液流監(jiān)測系統(tǒng)、蒸滲系統(tǒng)等，為研究樣地、景觀、區(qū)域等不同尺度的生態(tài)系統(tǒng)提供高時空分辨率的基礎數(shù)據(jù)，還能動態(tài)、數(shù)字化管理生態(tài)站地理資源、科研人員、項目和儀器設備基礎信息，提供野外采樣和調查的數(shù)據(jù)管理模塊，方便科研人員對生態(tài)站的*大樣地、物候、凋落物、粗木質殘體、土壤微生物、動物資源、健康和服務功能評估的數(shù)據(jù)分類管理和共享。

4 應用案例
灌溉預報
通過實時遠程遙測墑情、降雨量、農田小氣候信息，綜合工程、農藝、管理等節(jié)水措施，根據(jù)天氣預報資料、土壤結構、作物生育期，結合水源供應情況、科學預測預報不同土壤類型、不同種植結構、不同可供水量條件下的農田水分動態(tài)狀況，給出適宜灌水時間和適宜灌水量，實時跟蹤土壤墑情變化，及時調整預測預報結果，并能夠通過定期向農民發(fā)布預報結果，指導農民適時、適量灌溉，實現(xiàn)科學灌溉、節(jié)水灌溉
ENVIdata 墑情監(jiān)測及灌溉預報系統(tǒng)的野外站數(shù)據(jù)，可用灌溉預報軟件進行分析。灌溉預報軟在國內外已經使用了近二十年。

水量平衡研究
選取降雨、土壤水分、水位、蒸發(fā)等參數(shù)，可用于單塊樣地、農田、灌溉測坑實驗場水分平衡研究，也可用于區(qū)域不同生態(tài)系統(tǒng)蒸散量的比較，為水資源合理調配和利用提供實時數(shù)據(jù)支持。

能量平衡研究
能量平衡研究是研究地球生物圈物質生產力的基礎，通過測量單個測點或區(qū)域不同測點的太陽輻射、土壤溫度、熱通量等參數(shù)，計算單點或區(qū)域的能量收支情況，為生態(tài)系統(tǒng)和氣候變化研究提供基礎數(shù)據(jù)。

水華預報
水生態(tài)傳感器可全面反映水環(huán)境中，浮游植物生長狀態(tài)，野外站的多點布設、遠程數(shù)據(jù)傳輸，為實時監(jiān)控有害藻類的發(fā)生、發(fā)展進程，是水華預報、有害藻類預警、流域水質預報的重要工具。

國內外應用情況：

澳大利亞農場、加利福尼亞的酒葡萄園、瑞士的甘蔗種植園、南非的蘋果園、肯尼亞的蔬菜種植園，新疆建設兵團在棉花的灌溉管理中已經采用該系統(tǒng)的灌溉預報模塊，研究根系的吸水模式和耗水量。
中科院生態(tài)研究網絡，森林生態(tài)系統(tǒng)野外定位研究站，農科院、林科院，水科院、國家973項目等采用該系統(tǒng)的野外土壤、植物、氣象監(jiān)測單元進行水量平衡、能量平衡研究。
中國水科院大興實驗基地采用完整的土壤水分、溫度、電導率測量系統(tǒng)，實時傳輸數(shù)據(jù)到 上。用戶只要能上網，可隨時在上收取和查看數(shù)據(jù)。