[发明专利]一种温室多模型信息融合的温室环境调控方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于设施农业温室环境控制技术领域，具体涉及一种温室多模型信息融合的温室环境调控方法及系统。

背景技术

随着对作物生长模拟模型和计算机技术的发展，从70年代中期起，荷兰、日本、美国、意大利等国家开始使用微型计算机进行温室作物生长环境监控。到90年代，对温室环境控制的技术已发展到较高的水平。在温室环境控制中，对参数的设定目前主要是依据植物生长最适宜或按环境控制成本最低来优化。

温室环境控制最简单直接的方法即温度、湿度、光照等环境参数控制以临界值作为设定的上限和下限，控制的要求就是保证温度、湿度、光照等环境参数在设定的范围内。这种控制模型的优点是环境控制的成本低，但是作物的生产潜力得不到充分发挥。在依据物生长最适宜来确定控制参数方面，通常都是对单因子进行优化，如通过基于光合作用模型，进行不同光照条件下的温度适宜值寻优，这种控制模型能够使植物一直处在适宜的范围内，生长速度较快，但是控制成本相对较高。为解决在温室环境控制中的能源消耗，又提出了积温控制方模型的控制方式，即在温室环境调控中考虑作物生长的过程，以一天的温度积累作为控制指标，目标是使得一天内的温度积累达到设定的要求。这种方法满足了作物生长过程中长期的要求，同时也达到了节能的目标。

但是在温室环境控制过程中发现，以成本最低为目标的临界值控制，作物的产量水平受到限制。基于光照的控制在长期阴雨弱光期间，以及在易发生光合作用“午休”现象期间，所得到的控制方案往往不是作物生长的最优环境调控组合。此外，基于光照的调控属于快速动态参数的调节，调控机构的起闭较频繁，影响了调控机构的寿命和可靠性；而基于积温的调控方法以作物生长适宜的一天24小时内累积有效温度为指标，属于长时间尺度的调控，在控制上往往有滞后性，有时不能实现作物生长最优的目的。

发明内容

为达到温室环境参数的最优化控制，本发明专利提出一种基于多模型协调的温室环境调控方法，利用信息融合的方法对环境调控参数进行多目标优化。其具体实现过程如下：温室环境信息传感器及采集系统采集获得当前温室内外的气象环境信息发送到决策优化计算机，决策优化计算机分别利用基于设定值调控模型、基于光照的调控模型和基于积温的调控模型，获得当前环境条件下的温室环境调控方案，利用温室环境调控效果模型和成本模型，获得相应调控方案的调控成本和调控目标环境参数值，根据所计算的环境参数的调控目标值，利用作物生长模型计算不同调控方案的光合作用值，利用所计算的光合作用值和环境调控成本值，利用D-S证据理论方法获得最优的环境调控方案，温室环境控制器根据最优环境调控方案，控制执行机构实现温室环境优化控制。

上述方案中所述温室内外的气象环境信息是指温室内温度、湿度、光照强度和CO2浓度以及温室外的温度、湿度、光照强度、风速、风向等环境参数。采集上述信息后，分别对温室设定值控制模型、基于光照的控制模型和基于积温的控制模型控制下温室作物生长情况和温室内环境变化情况进行分析，提取不同控制模型的温室作物生长和环境变化的特征向量，建立各特征向量的可信度函数，利用D-S证据理论进行多模型信息融合决策。

本发明方法以温室环境调控效果、调控设备的运行成本和作物生长情况为判决，进行基于D-S证据理论的多模型信息融合的决策，实现温室环境参数的实时优化，并将温室环境调控方案发送给温室环境控制器，控制执行机构实现温室环境参数的控制。

本发明还公开了一种温室多模型信息融合的温室环境调控方系统，该系统由由温室环境信息传感器及采集系统、决策优化计算机、温室环境控制器和执行机构组成；其中：

温室环境信息传感器及采集系统，用于采集温室内、外气象环境信息并传送至决策优化计算机；

决策优化计算机，分别利用基于设定值调控模型、基于光照的调控模型和基于积温的调控模型，获得当前环境条件下的温室环境调控方案，利用温室环境调控效果模型和成本模型，获得相应调控方案的调控成本和调控目标环境参数值，根据所计算的环境参数的调控目标值，利用作物生长模型计算不同调控方案的光合作用值，利用所计算的光合作用值和环境调控成本值，利用D-S证据理论方法获得最优的环境调控方案；

温室环境控制器，根据最优环境调控方案，控制执行机构实现温室环境优化控制。