[发明专利]基于作物生理和能耗优化的温室环境多因子协调控制方法

说明书

本发明涉及一种基于作物生理和能耗优化的温室环境多因子协调控制方法，该方法包括如下步骤：(1)获取温室环境因子初始设定值；(2)获取温室环境因子、作物生理参数和气候参数的实时值；(3)进行产量预测和能耗预测，以环境因子初始设定值为约束，以经济效益最大为目标对温室环境因子进行优化得到温室环境因子目标值；(4)将温室环境因子目标值输入至温室调控执行机构进行温室环境多因子协调控制；同一生长阶段重复执行(2)～(4)，进入下一生长阶段时返回(1)，重新获取环境因子初始设定值。与现有技术相比，本发明充分考虑了作物的生理信息和能耗对温室环境多因子进行控制，营造更适宜作物的生长环境，实现高产节能的温室运行。

技术领域

本发明涉及一种温室环境控制方法，尤其是涉及一种基于作物生理和能耗优化的温室环境多因子协调控制方法。

背景技术

温室气候自动控制是温室生产过程中的一项关键技术，它的目的是，根据作物生长各个不同时期对温室气候(主要指温室内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等)的量化要求，通过计算机控制系统实现对温室气候指标的数据采集、处理，并由相应的自动控制算法，实现对温室气候的自动控制，营造作物生长的最适气候。该技术是提高温室作物的产量和质量的重要手段，也是实现自动调控作物上市时间的重要途径。

温室环境控制经历了从仅采用单纯的冬季保温措施到对植物生长所需多个条件进行控制的发展历程。目前荷兰、以色列、日本等一些农业发达的国家研制的温室已经可以成功地控制植物生长的几乎全部条件(温度、湿度、营养液、光等)。近几年来我国各地陆续从上述国家引进了一些这样的温室，但是在运行中这些温室普遍存在系统造价、运行费用高，不适应当地气候，控制效果不理想等诸多问题。

传统的温室环境自动控制算法以种植经验得到的数据作为算法的输入参数，旨在研究如何将温室环境控制好，同时满足控制精度、时间等需求。但是这些算法并没有考虑到温室的环境状态是否是最适应作物生长的，是否能够降低能耗，实现温室的长期经济运行。不仅如此，传统的温室调控算法多以控制温度、湿度为主，光照和CO₂的控制由于条件所限，还停留在基于专家经验通过设定阈值来进行调控，没有综合考虑能耗和作物生长的需求。但是自然光温室环境受室外环境的影响非常剧烈，阈值控制的方法很难达到作物产量和能耗的最佳优化组合，同时现有的控制方法多以离线设定阈值，在线反馈控制为主，难以应对天气的突然变化，因此会产生较高的能量消耗。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于作物生理和能耗优化的温室环境多因子协调控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于作物生理和能耗优化的温室环境多因子协调控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)获取作物当前生长阶段的温室环境因子初始设定值；

(2)获取温室环境因子、作物生理参数和气候参数的实时值；

(3)根据温室环境因子、作物生理参数和气候参数的实时值输入至产量模型和能耗模型进行产量预测和能耗预测，同时结合产量预测值和能耗预测值，以温室环境因子初始设定值为约束，以经济效益最大为目标对温室环境因子进行优化得到温室环境因子目标值；

(4)将温室环境因子目标值输入至温室调控执行机构，同时将温室环境因子实时值反馈至温室调控执行机构，进而进行温室环境多因子协调控制；

在同一生长阶段重复执行(2)～(4)，当进入下一生长阶段，返回步骤(1)，重新获取环境因子初始设定值。

所述的温室环境因子为多因子参数，包括温度、CO₂浓度和光照强度。

所述的作物生理参数包括叶面积指数、气孔开度、光合作用速率和呼吸作用速率。

所述的产量模型为F₁：