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(yáng)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(duì)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(zhǎng)特性和專屬的生長(zhǎng)環(huán)境，創(chuàng)造人工干預(yù)的適合其生長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)區(qū)間范圍內(nèi)，其是以獲取作物生長(zhǎng)最佳環(huán)境參數(shù)為調(diào)控目標(biāo)，而作物生長(zhǎng)過程對(duì)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(duì)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(shí)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(shí)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(zhǎng)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(zhǎng)環(huán)境參數(shù)，其中，所述生長(zhǎng)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(cè)定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量；

6、所述生長(zhǎng)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(jì)算目標(biāo)作物在測(cè)定期間內(nèi)果實(shí)的生長(zhǎng)量分配指數(shù)δdw，計(jì)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(shí)單位面積目標(biāo)作物在測(cè)定期間內(nèi)果實(shí)部分的干物質(zhì)增量值；y'j表示為第j次采樣時(shí)單位面積目標(biāo)作物在測(cè)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(zhǎng)環(huán)境參數(shù)為輸入，以目標(biāo)作物在測(cè)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(cè)定期間內(nèi)果實(shí)部分的干物質(zhì)增量與生長(zhǎng)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(cè)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(cè)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(cè)定期間內(nèi)果實(shí)部分的干物質(zhì)增量值；y'為單位面積目標(biāo)作物在測(cè)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(cè)定期間內(nèi)的有效積溫值；表示為目標(biāo)作物在測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)環(huán)境參數(shù)至最佳溫室環(huán)境參數(shù)，實(shí)施流程包括以下步驟：

15、s01：獲取目標(biāo)作物在測(cè)定期間內(nèi)第k個(gè)采樣周期內(nèi)的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)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(zhǎng)環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)的允許誤差值δtk、δlk、δck；

17、s03：分別計(jì)算第k個(gè)采樣周期內(nèi)的實(shí)時(shí)生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)與最佳溫室環(huán)境參數(shù)的各項(xiàng)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(shí)，則判定該項(xiàng)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(shí)時(shí)值與最佳值之間的大小關(guān)系，若實(shí)時(shí)值小于最佳值，則將溫室中該項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)值增大一個(gè)步長(zhǎng)；反之，若實(shí)時(shí)值大于最佳值，則將溫室中該項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)值減小一個(gè)步長(zhǎng)；

20、s06：重復(fù)步驟s03-步驟s05至實(shí)時(shí)生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)與最佳溫室環(huán)境參數(shù)的各項(xiàng)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(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)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(zhǎng)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(cè)定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量及果實(shí)的生長(zhǎng)量分配指數(shù)，并構(gòu)建以獲取的生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)為輸入，以目標(biāo)作物在測(cè)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(cè)定期間內(nèi)果實(shí)部分的干物質(zhì)增量與生長(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)定期間內(nèi)果實(shí)的生長(zhǎng)量分配指數(shù)δdw的計(jì)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(shí)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(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其中，處理器執(zhí)行程序時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)權(quán)利要求1中任一項(xiàng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)定期間內(nèi)的干物質(zhì)增量及果實(shí)的生長(zhǎng)量分配指數(shù)，并構(gòu)建以獲取的生長(zhǎng)環(huán)境參數(shù)為輸入，以目標(biāo)作物在測(cè)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(cè)定期間內(nèi)果實(shí)部分的干物質(zhì)增量與生長(zhǎng)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(cè)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(guó)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