[发明专利]基于作物信息融合的多尺度温室环境控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种温室环境控制系统，特别是一种综合环境因子、作物生理、作物生长反馈的多尺度温室智能决策环境控制系统。

背景技术

目前温室环境控制主要集中在温度、湿度、光照、CO₂浓度等环境因子，至于是否满足作物短期或长期的生理、生长需要却无从得知；同时随着传感器技术、计算机技术、网络技术的快速发展，对于作物信息的检测技术已趋于成熟，这些成果都为将作物信息融合入温室控制奠定了基础；因此，如何将温室作物信息与原有的温室控制系统结合起来，提高温室环境控制效果和温室生产的经济效益是研究者亟待解决的问题。

温室环境控制的目的是使作物常年处于适宜的生长环境之中，以发挥其最大的生产潜力，同时要最大限度地节能、节省资源，增加种植者收入。然而，作物生长的温室环境是一个复杂系统，环境系统和作物之间关系密切，环境不仅会影响到作物的生理过程，反过来，作物对环境系统也有影响，各种因素既有直接的，又有间接的；影响既有短期的，又有长期的，如：温度、湿度、光照、CO₂浓度、叶面温湿度、光合作用、干物质积累、果实膨大率、叶面积增大率等等，都从不同方面对作物和环境产生交互影响。因此，如何将这些表征温室状态的诸多信息合理、有效、全面的引入到控制系统中，并在经济条件和能耗指标约束下，输出温室各种调控装备的最佳工作模式，是提高温室生产效益的有效手段。发明专利101315544（一种温室智能控制方法），以作物智能数据库为基础控制温室整体气候，再跟踪作物生长期间的实时信息，校正完善数据库，并在控制温室气候的输入数据中叠加混沌信号，再加上神经网络控制器进行优化调节得以实现的，这种研究主要还是在离线状态，不能实现温室环境控制的在线运行。发明专利102271422A公开了一种基于WSN的光伏温室监控系统及构建方法，重点是温室控制系统的供电研究。申请号为201010223846.3（一种多温室控制装置）的发明专利涉及温室控制技术，主要用于控制温室温度和湿度。专利101803544A（一种温室系统及温室智能控制系统）提供了一种温室智能控制系统，与申请号为201010223846.3的专利类似，也是采用计算机用于调节温室温度和湿度的控制系统。发明专利101292611是一种基于单片机的温室控制系统，采集参数包括温度传感器、湿度传感器或光照度传感器，也没有涉及到温室作物信息的采集与控制。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于作物信息融合的多尺度温室环境控制系统。该控制系统综合考虑温室中环境因子、作物生理参数、作物生长参数对温室环境控制的要求，通过信息融合技术建立温室环境智能决策系统，实现温室环境参数实时控制，既达到温室环境因子的有效控制，又利于作物生理和生长需求，提高温室生产效率，增加温室作物产量。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于作物信息融合的多尺度温室环境控制系统，在温室环境因子控制系统基础上，引入作物生理信息和生长信息，采用信息融合技术对这些温室参数进行分层次、多级别、多方面的融合，建立起包含作物信息的综合温室信息融合平台，在评价指标体系下，建立温室智能决策控制系统。

上述的基于作物信息融合的多尺度温室环境控制系统，所述的温室参数具有不同时间尺度特征，环境因子最小，生理信息其次，生长信息最大，分别表征了温室环境短期、中期和长期状态。所述的环境因子包括温度、湿度、光照和CO₂浓度；所述的生理信息包括叶面积、叶面温度、叶面湿度、茎流量和光合作用有效辐射；所述的生长信息包括果实膨大速率、叶面积增长速率、茎秆增长速率和干物质积累率。

所述的温室信息融合平台，能够详细的表征温室各种模型，包括环境因子层、作物生理层和作物生长层模型，以及各模型之间的交互特性。

所述的评价指标体系为在经济指标、能耗预测指标和温室信息融合平台三个方面共同提炼而成。

所述的温室智能决策控制系统是利用专家系统、自学习理论与模糊控制理论，通过预测模型进行计算，获得作物在主要种植制度下，作物在不同时间段、不同气候条件、不同生长阶段对环境的需求，在温室信息融合模型中求解最适宜作物的调控参数。

详细技术方案为：