主要技术内容
3术语和定义
3.1
物联网 internet of things
通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、系统和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务系统。
[来源：GB/T 33745-2017，定义2.1.1]
3.2
传感器 sensor
依照一定的规则，对物理世界中的客观现象、物理属性进行监测，并将监测结果转化为可以进一步处理的信号的设备。
[来源：GB/T 30269.2-2013，定义2.1.2]
3.3
产排胶 latex production
指橡胶树割胶后乳胶由树皮切口外渗并在胶杯中汇集的过程，主要包括产量、排胶速度与排胶时间等特性。
4 缩略语
LoRaWAN：长距离广域网（Long Range Wide Area Network）
NB-IoT：窄带物联网（Narrow Band Internet of Things）
IMEI： 国家移动设备识别码（International Mobile Equipment Identity）
DevEUI：设备扩展唯一标识符（Device Extended Unique Identifier）
MQTT：消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport）
HTTPS：超文本传输安全协议（Hypertext Transfer Protocol Secure）
MTBF：平均无故障时间（Mean Time Between Failures）
OTA：空中下载技术（Over The Air）
API：应用程序编程接口（Application Programming Interface）
ERP：企业资源规划（Enterprise Resource Planning）
CMA：中国计量认证（China Measurement Accreditation）
TLS：传输层安全（Transport Layer Security）
AES：高级加密标准（Advanced Encryption Standard）JSON: JavaScript对象简谱（JavaScript Object Notation）
5 天然橡胶产排胶监测物联网技术要求
5.1 总体结构
从物联网的功能角度，天然橡胶产排胶监测物联网技术可分为感知层、传输层、应用层和支持保障层等4个部分，其总体结构功能如图1所示。
图1 天然橡胶产排胶监测物联网技术总体结构图
感知层是物联网系统的基础，通过在树位或杯位部署光电、影像和环境传感器，实时采集胶乳液滴、液位或重量及环境数据，为单株产量、排胶曲线、环境参数等上层数据的计算提供数据基础。
传输层负责将感知层采集的数据可靠、低功耗地传输至应用层，并将应用层的控制指令实时、安全地下发至感知层。支持LoRaWAN、NB-IoT等多种通信协议，确保在胶园复杂环境下的网络连接稳定性。
应用层聚焦于数据的智能化应用，基于采集的数据，实现产胶过程的实时监测、产量统计、曲线分析、异常告警和作业管理等功能，为生产决策提供支持。
支持保障层为整个系统的安全性和适应性提供保障，涵盖设备安全、系统安全、数据安全、隐私保护、环境适应性、电磁兼容性和软件兼容性等各方面技术，确保系统稳定地、安全地持续运行。
5.2 感知层
5.2.1设备通用要求
a) 可靠性：应确保在胶园高温、高湿、多雨、多风、多虫害环境下长期稳定工作。
b) 低功耗：终端设备应采用低功耗设计，支持太阳能供电或长寿命电池供电。
c) 防护性：外壳防护等级应不低于GB/T 4208-2017规定的IP65，结构应防雨、防虫、防鼠、防紫外老化。
d) 抗腐蚀：与乳胶、氨水等化学品接触的部件应采用耐腐蚀材料。
e) 安全性：应保证传感器网络的接入、路由和数据安全。
f) 电磁兼容性：应符合GB/T 17626的相关规定。
g) 可扩展性：组网时应考虑到网络的可扩展性，能根据实际需求增加或删除部分结点。
5.2.2设备性能
针对天然橡胶产排胶监测中常用的感知设备，其主要性能参数要求见表1。观测指标性能分级参见附录A。
表1 感知设备性能要求
传感器名称 性能指标
称重式监测终端 1. 测量范围：0~2000g
2. 分辨率：≤ 0.1 g
3. 综合误差：≤ ±0.5% F.S.
4. 采样频率：≥ 1 Hz
液位式监测终端 1. 测量范围：35~300 mm
2. 分辨率：≤ 1 mm
3. 综合误差：≤ ±1% F.S.
表1（续）
液滴计数终端 1. 最小计数间隔：≤ 100 ms
2. 误计数率：≤ 0.5%
空气温度传感器 1. 测量范围：-10℃~55℃
2. 精度：±0.5℃
空气湿度传感器 1. 测量范围：0~100% RH
2. 精度：±3%
雨量传感器 1. 分辨率：0.2 mm
2. 精度：±4%
5.2.3设备接口与编码
a) 物理接口：宜遵循NY/T 4062-2021的规定。
b) 设备标识：设备应具有全球唯一的设备标识（如IMEI/DevEUI），橡胶树应采用二维码或电子标签编码，并与设备及地理地块信息绑定。
c) 数据编码：数据交互报文格式可参照GB/T 36346-2018的规定，并根据产排胶监测的特定参数进行扩展。
5.2.4设备布设
a) 客观性：布设方案应基于代表性原则，可采用单株精细化监测、树位代表点监测或混合模式。
b) 位置要求：监测终端应安装稳固，确保胶杯中心与传感器感应中心对齐。称重式终端应水平安装，避免风力干扰。
c) 安装要求：安装方式应便于拆装、清洁和校准，固定强度应能抵抗常见异常天气影响。
d) 校准要求：设备安装后及定期维护时，应进行现场校准（如空杯清零、标准砝码/液体标定），校准记录应可追溯。
5.3 传输层
5.3.1功能
应提供可靠的数据传输网络，具备协议解析与转换能力，支持异构网络环境的融合。
5.3.2通信与网络
a) 通信协议：
短距离无线通信：宜支持LoRaWAN协议Class A模式或同级别低功耗协议，以实现低功耗和远距离覆盖。
广域网通信：可采用NB-IoT或4G/5G网络，用于数据直接回传或作为网关的上行链路。
b)?网络接入：网关应支持多节点并发接入，并具备数据缓存能力，在网络中断时可缓存不少于72小时的数据，网络恢复后数据应完整上传。
c)?网关要求：
接口：南向接口应支持LoRa等协议接入传感器终端；北向接口应支持通过NB-IoT/4G/以太网等方式连接云平台。
协议适配：应支持MQTT 3.1.1/5.0或HTTPS协议，与云平台进行数据交互。
可靠性：平均无故障时间（MTBF）应不低于30000小时。
5.3.3数据传输安全
传输层数据传输安全应符合GB/T 37025的规定。
5.4 应用层
5.4.1总体要求
应用层应包括数据中心、控制系统和应用终端等功能模块，实现数据服务、设备管理、告警管理、数据可视化与分析、开放接口等功能。应提供便捷的人机交互界面，如Web监测管理平台、移动App等，实现数据的可视化展示、远程设备管理和业务流程操作。技术要求应符合GB/T 41187的规定。
5.4.2功能要求
a) 数据服务：
存储空间应满足至少3年完整数据的存储及备份需求。
应自动记录、保存割胶开始/结束时间。
应能实时计算并展示单株/代表点产量、排胶速率，并生成排胶曲线。
应支持按树位、日期、地块等多维度进行产量统计和报表生成。
b)?设备管理：
应支持监测终端的远程注册、状态监控、参数配置和固件在线升级（OTA）。
c)?告警管理：
应具备设备异常（如低电量、离线）和数据异常（如产量突变）的告警功能。
d)?数据可视化与分析：
应在地图上展示监测点位的分布和实时产量数据。
应提供排胶曲线对比分析功能，辅助优化割胶工艺。
e)?开放接口：
应提供标准化的API接口，支持与第三方系统（如ERP、科研平台）的数据对接，接口要求应符合GB/T 43441-2023的规定。
5.5 支持保障层
5.5.1总体要求
支持保障层应为系统的稳定性、安全性、可靠性、可扩展性和可维护性提供全面支撑，确保物联网系统在天然橡胶种植全周期内发挥效用。
5.5.2 设备互操作性
系统应支持不同厂商、不同协议的设备接入，网关和平台应具备良好的协议兼容性和扩展性，确保设备即插即用和协同工作。传感器、网关及控制设备需采用标准物理接口与数据格式，符合NY/T 4062和GB/T 35133-2017的规定；通信协议兼容性上，网关应支持LoRaWAN、NB-IoT等协议，协议转换延迟≤50ms，并提供经CMA认证的兼容设备清单及第三方测试报告，确保设备互联互通性。
5.5.3 数据安全与隐私
a) 数据传输安全：终端与平台间的数据传输应采用TLS 1.2及以上加密协议；若使用LoRaWAN，应启用端到端应用层加密（AES-128）。相关要求应符合GB/T 37025的规定。
b) 数据存储安全：敏感数据应加密存储，并建立完善的数据备份与恢复机制。
c) 访问控制：应建立基于角色的访问控制策略，确保不同用户拥有与其职责相匹配的数据访问和操作权限。
d) 数据标准化管理：数据采集、存储和分析应遵循统一标准，确保数据的一致性和互操作性，符合GB/T 35133的要求。
5.5.4 系统安全与可靠性
a) 终端安全：终端设备固件应具备安全启动、签名验证等机制，防止恶意篡改。
b) 平台安全：平台应建立漏洞管理和应急响应机制，定期进行安全评估和渗透测试，符合ISO/IEC 27001:2022的相关要求。
c) 系统可用性：云平台服务可用性应不低于99.9%，数据持久性不低于99.9999%
5.6 运维管理
5.6.1 安装调试
应建立标准化的安装和调试流程，确保设备正确安装和数据准确。
5.6.2 巡检维护
应建立定期巡检制度，内容包括设备清洁、紧固、电池状态检查和现场校准，巡检周期不应长于1个月。
5.6.3 备件管理
应配备不低于在线设备总量5%（设备总量<100）-1%（设备总量≥1000）的备件。
5.6.4 文档管理
应提供完整的技术文档，包括设备说明书、接口协议、运维手册等。
附录A
(规范性)
观测指标与性能分级
A.1 等级划分
根据应用目标、观测指标和监测精度，产排胶监测系统可分为三个等级：
A级（科研级）：用于精细化生理生态研究。单次事件产量相对误差≤±3%，起止时间识别误差≤0.5 min，排胶曲线数据分辨率≤1 s，数据完整率（天）≥98%。
B级（管理级）：用于生产过程精细化管理和效益评估。单次事件产量相对误差≤±5%，起止时间识别误差≤1 min，排胶曲线数据分辨率≤1 min，数据完整率（天）≥95%。
C级（普适级）：用于大范围生产动态监测和估产。单次事件产量相对误差≤±8%，起止时间识别误差≤2 min，数据完整率（天）≥90%。
A.2 终端配置建议
A级：推荐使用称重式或液滴计数监测终端，并配备高精度环境传感器（温度、湿度、雨量）。
B级：可选用高精度液位式或液滴计数监测终端，配备基础环境传感器（温度、湿度）。
C级：可选用普通液位式或液滴计数监测终端。
附录B
(规范性)
事件数据模型与JSON Schema（节选）
B.1 JSON Schema (简化)
{
"$schema": "https://json-schema.org/draft/2020-12/schema",
"type": "object",
"required": [
"event_id",
"device_id",
"tree_id",
"start_time",
"end_time",
"signature" // 必填字段
],
"properties": {
/ / 核心标识字段
"event_id": { "type": "string" }, // 事件唯一标识（必填）
"device_id": { "type": "string" }, // 设备编号（必填）
"tree_id": { "type": "string" }, // 橡胶树编号（必填）
"plot_id": { "type": "string" }, // 地块编号（可选）
// 时间范围字段（RFC 3339兼容）
"start_time": {"type": "string", "format": "date-time"},
"end_time": {"type": "string", "format": "date-time"},
// 产量与排胶速率数据
"yield_g": { "type": "number", "minimum": 0, "description": "产胶量（克）" },
"yield_ml": { "type": "number", "minimum": 0, "description": "产胶量（毫升）" },
"average_rate_gpm": { "type": "number", "minimum": 0, "description": "平均排胶速率（g/min）" },
"curve": {
"type": "array",
"items": {
"type": "object",
"properties": {
"t": { "type": "string", "format": "date-time" }, // 时间点（RFC 3339）
"r": { "type": "number" } // 实时速率（g/min）
"y": { "type": "number" } // 实时产量（g）
}
}
},
"temp_c": { "type": "number", "description": "温度（℃）" },
"rh_pct": { "type": "number", "description": "相对湿度（%）" },
"rf_m": { "type": "number", "description": "雨量（mm）" }
"qc_flag": { "type": "string", "enum": ["A", "B", "C", "E"], "description": "A:正常 B:人工修正 C:设备校准 E:错误" }, // 数据质量分级
"battery_v": { "type": "number", "minimum": 0, "description": "电池电压（V）" },
// 签名字段
"signature": {
"type": "object",
"required": ["algorithm", "value", "timestamp", "cert_id"], // 必填子字段
"properties": {
"algorithm": {
"type": "string",
"enum": ["HMAC-SHA256", "RSA-SHA512"], // 安全算法约束
"description": "签名算法标识（符合GB/T 37025附录B）"
},
"value": {
"type": "string",
"pattern": "^[A-Fa-f0-9]+$", // 十六进制格式校验
"description": "十六进制格式签名值"
},
"timestamp": {
"type": "string",
"format": "date-time", // ISO 8601时间戳
"description": "签名生成时间（ISO 8601）"
},
"cert_id": {
"type": "string",
"pattern": "^CER-[A-Z0-9]{8}$", // 证书标识格式
"description": "签名证书唯一标识"
}
}
}
},
"additionalProperties": false
}
B.2 字段表
表B.1 JSON Schema字段表
字段名 类型 必填 格式/约束 描述
核心标识 event_id string 是 - 事件唯一标识
device_id string 是 - 设备编号
tree_id string 是 - 橡胶树编号
plot_id string 否 - 地块编号
表B.1（续）
时间范围 start_time string 是 RFC 3339 (date-time) 排胶开始时间
end_time string 是 RFC 3339 (date-time) 排胶结束时间
产排胶数据 yield_g number 否 ≥0 产量（克）
yield_ml number 否 ≥0 产量（毫升）
average_rate_gpm number 否 ≥0 平均排胶速率（g/min）
curve array 否 对象数组 排胶曲线数据
curve[].t string - RFC 3339 (date-time) 时间点
curve[].r number - - 实时速率（g/min）
curve[].y number - - 实时产量（g）
环境与设备状态 temp_c number 否 - 温度（℃）
rh_pct number 否 - 相对湿度（%）
rf_m number 否 - 雨量（mm）
qc_flag string 否 enum: A/B/C/E 数据质量分级（A:正常 B:人工修正 C:设备校准 E:错误）
battery_v number 否 ≥0 电池电压（V）
签名 signature object 是 - 数字签名
signature.algorithm string 是 enum: HMAC-SHA256/
RSA-SHA512 签名算法标识
signature.value string 是 pattern: ^[A-Fa-f0-9]+$ 十六进制格式签名值
signature.timestamp string 是 RFC 3339 (date-time) 签名生成时间
signature.cert_id string 是 pattern: ^CER-[A-Z0-9]{8}$ 签名证书唯一标识
适用范围
本文件规定了天然橡胶种植场景下，产排胶过程监测所涉及的物联网技术总体架构、感知层、传输层、应用层和支持保障层的技术要求。
本文件适用于天然橡胶胶园产排胶监测系统的规划、设计、建设、运维及相关设备的研发与生产。
是否包含专利
否
