本發(fā)明涉及環(huán)境智能控制領(lǐng)域，特別涉及光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光合作用是植物利用太陽輻射能量，以co2和h2o兩種物質(zhì)為原料，生成有機(jī)物的過程。光合作用是植物生產(chǎn)的基礎(chǔ)，物質(zhì)和能量的來源，其主要影響因素包括光照強(qiáng)度、溫度和co2濃度。因此，在溫室栽培過程中，需要控制對主要影響因素進(jìn)行控制。

2、溫室大棚作為農(nóng)業(yè)技術(shù)的重要產(chǎn)物，能夠根據(jù)農(nóng)作物的生長特性和專屬的生長環(huán)境，創(chuàng)造人工干預(yù)的適合其生長的環(huán)境氣候，減少季節(jié)氣候等自然因素的影響。目前，溫室環(huán)境監(jiān)測與控制多采用p?id控制，采用p?id算法的控制策略是將光照強(qiáng)度、溫度和co2濃度范圍控制在溫室作物的最佳生長區(qū)間范圍內(nèi)，其是以獲取作物生長最佳環(huán)境參數(shù)為調(diào)控目標(biāo)，而作物生長過程對于光熱的利用效率往往受到多方面因素的共同影響，傳統(tǒng)的環(huán)境控制系統(tǒng)調(diào)控下作物對于光熱的利用效率低，控制成本高。為此，我們提出光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，可以有效解決背景技術(shù)中的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，包括環(huán)境參數(shù)獲取模塊、作物植株采樣模塊、生長量關(guān)系擬合模塊、增量與環(huán)境參數(shù)擬合模塊、環(huán)境參數(shù)尋優(yōu)控制模塊、執(zhí)行模塊；

4、所述環(huán)境參數(shù)獲取模塊用于獲取目標(biāo)作物生長環(huán)境參數(shù)，其中，所述生長環(huán)境參數(shù)包括溫度值t、光照強(qiáng)度值l、co2濃度值c；

5、所述作物植株采樣模塊用于采集目標(biāo)作物地上部分的植株樣本，根據(jù)獲取的植株樣本獲取目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量；

6、所述生長量關(guān)系擬合模塊用于根據(jù)獲取的干物質(zhì)增量數(shù)據(jù)，計算目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實的生長量分配指數(shù)δdw，計算公式為：

7、

8、n為采樣數(shù)據(jù)量；yfj表示為第j次采樣時單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實部分的干物質(zhì)增量值；y'j表示為第j次采樣時單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)地上部分的干物質(zhì)增量值；

9、所述增量與環(huán)境參數(shù)擬合模塊用于以獲取的生長環(huán)境參數(shù)為輸入，以目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量數(shù)據(jù)為輸出的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)模型獲取單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實部分的干物質(zhì)增量與生長環(huán)境參數(shù)間的映射關(guān)系：f:(t,l,c)→y；

10、所述環(huán)境參數(shù)尋優(yōu)控制模塊用于構(gòu)建以目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的光能利用效率和熱能利用效率最大化為尋優(yōu)目標(biāo)的尋優(yōu)策略模型，并通過構(gòu)建的模型獲取最佳溫室環(huán)境參數(shù)，其中，所述尋優(yōu)策略模型的表達(dá)式為：

11、goalmaxf＝αhue+βrue

12、

13、式中，hue、rue分別為目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的光能利用效率和熱能利用效率；α、β分別為常數(shù)系數(shù)；y為單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實部分的干物質(zhì)增量值；y'為單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)地上部分的干物質(zhì)增量值；表示為目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的有效積溫值；表示為目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的光輻射總量值；h為單位面積目標(biāo)作物的干物重燃燒熱值；tmean為目標(biāo)作物能夠進(jìn)行生長發(fā)育的最低溫度值；

14、所述執(zhí)行模塊用于調(diào)節(jié)目標(biāo)作物的生長環(huán)境參數(shù)至最佳溫室環(huán)境參數(shù)，實施流程包括以下步驟：

15、s01：獲取目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)第k個采樣周期內(nèi)的實時生長環(huán)境參數(shù)tk、lk、ck和最佳溫室環(huán)境參數(shù)tbk、lbk、cbk；

16、s02：設(shè)定生長環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)的允許誤差值δtk、δlk、δck；

17、s03：分別計算第k個采樣周期內(nèi)的實時生長環(huán)境參數(shù)與最佳溫室環(huán)境參數(shù)的各項參數(shù)間的差值dkt、dkl、dkc，其中，dkt＝tk-tbk,dkl＝lk-lbk,dkc＝ck-cbk；

18、s04：分別比較dkt、dkl、dkc與設(shè)定的允許誤差值δtk、δlk、δck間的大小，當(dāng)大于允許誤差值時，則判定該項參數(shù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；

19、s05：比較需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的參數(shù)的實時值與最佳值之間的大小關(guān)系，若實時值小于最佳值，則將溫室中該項參數(shù)的實時值增大一個步長；反之，若實時值大于最佳值，則將溫室中該項參數(shù)的實時值減小一個步長；

20、s06：重復(fù)步驟s03-步驟s05至實時生長環(huán)境參數(shù)與最佳溫室環(huán)境參數(shù)的各項參數(shù)間的差值均小于等于設(shè)定的允許誤差值；

21、所述系統(tǒng)包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序。

22、本發(fā)明具有如下有益效果，

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案通過獲取目標(biāo)作物生長環(huán)境參數(shù)，采集目標(biāo)作物地上部分的植株樣本，根據(jù)獲取的植株樣本獲取目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量及果實的生長量分配指數(shù)，并構(gòu)建以獲取的生長環(huán)境參數(shù)為輸入，以目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量數(shù)據(jù)為輸出的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲取單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實部分的干物質(zhì)增量與生長環(huán)境參數(shù)間的映射關(guān)系，通過構(gòu)建以目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的光能利用效率和熱能利用效率最大化為尋優(yōu)目標(biāo)的尋優(yōu)策略模型，獲取最佳溫室環(huán)境參數(shù)。

技術(shù)特征：

1.光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其特征在于，包括環(huán)境參數(shù)獲取模塊、作物植株采樣模塊、生長量關(guān)系擬合模塊、增量與環(huán)境參數(shù)擬合模塊、環(huán)境參數(shù)尋優(yōu)控制模塊、執(zhí)行模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其特征在于，所述生長環(huán)境參數(shù)包括溫度值t、光照強(qiáng)度值l、co2濃度值c。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其特征在于，目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實的生長量分配指數(shù)δdw的計算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其特征在于，所述尋優(yōu)策略模型的表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行模塊的實施流程包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計算機(jī)程序，其中，處理器執(zhí)行程序時能夠?qū)崿F(xiàn)權(quán)利要求1中任一項模塊的功能。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了光熱資源高效利用溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，包括環(huán)境參數(shù)獲取模塊、作物植株采樣模塊、生長量關(guān)系擬合模塊、增量與環(huán)境參數(shù)擬合模塊、環(huán)境參數(shù)尋優(yōu)控制模塊、執(zhí)行模塊，涉及環(huán)境智能控制領(lǐng)域。通過獲取目標(biāo)作物生長環(huán)境參數(shù)，根據(jù)獲取的植株樣本獲取目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量及果實的生長量分配指數(shù)，并構(gòu)建以獲取的生長環(huán)境參數(shù)為輸入，以目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量數(shù)據(jù)為輸出的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲取單位面積目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)果實部分的干物質(zhì)增量與生長環(huán)境參數(shù)間的映射關(guān)系，通過構(gòu)建以目標(biāo)作物在測定期間內(nèi)的光能利用效率和熱能利用效率最大化為尋優(yōu)目標(biāo)的尋優(yōu)策略模型，獲取最佳溫室環(huán)境參數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒平,馬艷,劉霞,吳樂天,王國強(qiáng),郭兆峰,王瑞,曹新偉,張彩虹,郭申伯,宋兵偉,駱甲猛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18