[发明专利]一种垂直农场营养液有效度的软测量方法

说明书

本发明提供一种垂直农场营养液有效度的软测量方法，包括以下步骤：获取现场设备的运行数据，作为样本数据，其中3/4作为训练数据，1/4作为测试数据；根据训练数据，建立营养液离子浓度软测量模型；将测试数据输入已建立的检测模型，验证模型效果；利用获得的离子浓度软测量模型，动态更新软测量模型的输入数据，动态获取营养液离子浓度的测量值，并计算得出垂直农场中营养液的有效度。本发明能够提供一种节省检测成本、降低检测难度、提高检测精度的软测量方法，使之可以检测垂直农场的营养液中重要组分的浓度并判定营养液有效程度，有利于工作人员对垂直农场中营养液的管理。

技术领域

本发明涉及垂直农场技术领域，具体涉及一种营养液组分的软测量方法。

背景技术

随着人们生活水平的提升以及环境和保健意识的增强，越来越多的人开始追求高效、绿色、便捷且安全的生活，其中，绿色的无公害蔬菜占据着重要地位。市面上已出现多种不同的绿色、健康、无污染蔬菜的生产工艺，垂直农场就是其中的典型代表，具有良好的应用前景。垂直农场的核心就是在人工构筑的多层建筑空间内通过模拟和创造蔬菜的生长环境。而要模拟蔬菜的生长环境就需要对光照强度、二氧化碳浓度、无土营养液浓度配比等诸多工艺参数进行控制。其中，除营养液的有效成分外，都比较容易实现在线监测。营养液促进蔬菜的生长，在其过程中，不仅要检测营养液的电导率、pH值和温度等参数，更为重要的是要检测对蔬菜生长有着重要作用的营养液各离子浓度。现有垂直农场营养液有效度的测量存在两类主要的问题：①目前生产过程中，很多的参数很难或者无法直接进行在线测量，要解决这个问题，就得研究新的测量仪表和传感器，然而此种方式受到材料、工艺和成本等诸多因素的影响，难以取得有效的成果。②受到现有在线检测技术的制约，有相当一部分垂直农场在生产过程中，没有在线监测营养液的组分变化，而是采取定期更换营养液的做法，这种做法存在过度更换或者更换不及时两种现象。前者，营养液中的有效成分并未完全吸收，造成极大的浪费；后者，营养液中有效组分缺失，导致蔬菜生长缓慢，直接影响生产效率。两类主要问题制约了垂直农场的良性发展。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种垂直农场营养液有效度的软测量方法，以解决上述背景技术中指出的问题。

软测量以待测的又难以测量的变量作为主导变量，以比较容易测量或可以测量的变量作为辅助变量，通过建立辅助变量与主导变量的数学模型来间接实现主导变量的测量。

本发明提供一种垂直农场营养液有效度的软测量方法，包括：

确定软测量的主导变量和辅助变量。将影响营养液中需要检测的离子作为主导变量，影响各个离子的浓度的所有因素作为辅助变量，包括pH值、电导率和温度等。

针对现有技术的不足，本发明的目的在于解决或部分解决现有的垂直农场营养液重要组分检测成本高、难度大、精度低、检测数据判定复杂的问题。提供一种能够节省检测成本、降低检测难度、提高检测精度的软测量方法，使之可以检测垂直农场的营养液中重要组分的浓度并判定营养液有效程度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

(1)虽然营养液组分的检测较为复杂，但其中仍有一些参数可以采用较为简单的方法检测得到。因此，根据这些参数与不同离子之间所存在的映射关系，选取其中的易测参数作为辅助变量进行检测，也就是结合营养液中组分的变化规律，遵循辅助变量与主导变量之间的定量关系，就可以间接得到难以直接测量的重要离子组分的浓度，来实现垂直农场中重要组分的检测。

(2)实际中，有很多可以影响到离子浓度测量的辅助变量，若将所有辅助变量都作为输入变量，则会使软测量模型过于复杂，为此，需要对所有辅助变量进行分析，剔除其中解释能力较弱的辅助变量，从而获得精简的软测量模型，提高模型训练和检测的效率。通过对此方法的应用，最终，选择营养液的电导率EC、pH值、循环速度V和温度T这些参数为辅助变量，即输入变量；选择K⁺、Ca²⁺和Cl^-这些离子成分为主导变量，即输出变量。