[发明专利]一种基于NSGA-II的蓝莓温室光温协调优化方法

说明书

本发明涉及一种基于NSGA‑II的蓝莓温室光温协调优化方法，包括以下步骤：1)将蓝莓温室需要补光控温的时段进行调控时段划分；2)获取单位调控时段前五分钟的环境因子平均值；3)构建温室能耗预测模型和蓝莓净光合速率预测模型；4)以单位调控时段内蓝莓作物净光合速率最大以及温室能耗最小作为优化目标，建立温室光温协调优化模型；5)采用NSGA‑II多目标遗传算法求解温室光温协调优化模型；6)采用基于最优效益提升的决策方法从非劣解集中选出光温协调最优方案。与现有技术相比，本发明具有补光控温时段划分合理、提高蓝莓温室生产的经济效益、通用性和拓展性强等优点，为提升蓝莓温室生产效益提供了理论指导和决策支持，保证温室蓝莓种植的高产节能。

技术领域

本发明涉及温室光温优化控制领域，尤其是涉及一种基于NSGA-II的蓝莓温室光温协调优化方法。

背景技术

蓝莓又名越橘，是一种富含花青素、花青苷等多种营养元素的鲜果作物，具有较高的营养价值和医学价值，被联合国粮农组织(FAO)评为人类5大健康食品之一。近些年来蓝莓市场不断扩大，经济效益十分可观。蓝莓是周年生长作物，其花果生长期通常在2-7月，期间需要适宜温度与足量光照。多项研究表明，温度和光子通量密度对蓝莓光合作用影响大，而光合作用为作物生长提供了最基础的碳水化合物，能提升果实的品质与产量。因此在实际温室生产中，通过调控营造适宜蓝莓生长的光温环境十分必要，而合理调控的前提是获取能有效提升蓝莓光合作用效率的光照与温度目标值，为温室调控提供依据。

目前，温室生产调控光温目标值设定仍普遍依据专家建议或传统种植经验，一方面，这种方式易受到人为主观因素影响，并且无法为优化提供足够的理论支撑；另一方面，这种方式不能充分考虑光照温度对作物光合作用的协同影响，也不能综合考虑温室生产能耗和作物生长的需求。因此，通过构建蓝莓温室光温协调优化方法来获取能保证生产效益的光温目标值，是温室生产调控至关重要的一环。

近年来，不少学者在温室作物光温协调优化领域也做了相关研究，主流方法可概括为两条：

(1)以光子通量密度为输入，以作物净光合速率为输出，通过建模求得作物净光合速率预测模型，直接使用最大净光合速率或光合作用饱和点作为补光阈值。

(2)在适宜温度区间内对光响应曲线求首个曲率最大点，数学证明该点为光子通量密度对净光合速率影响程度由强到弱的特征点，在实际调控中将该点作为补光阈值。

上述两种方法具有一定实用性，但均未充真正达到光温协调，而且两者都没有考虑温室生产成本，容易导致温室生产增加的能耗没有用在作物净光合速率的有效提升上，造成能源浪费，无法保障温室生产的经济效益。

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NSGA-II的蓝莓温室光温协调优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于NSGA-II的蓝莓温室光温协调优化方法，该方法包括以下步骤：

1)将蓝莓温室需要补光控温的时段以一小时为单位进行调控时段划分；

2)对于每个单位调控时段，获取单位调控时段前五分钟的环境因子平均值作为初始输入；

3)构建温室能耗预测模型和蓝莓净光合速率预测模型；

4)以单位调控时段内蓝莓作物净光合速率最大以及温室能耗最小作为优化目标，根据该调控时段前五分钟环境因子平均值确定约束条件，建立温室光温协调优化模型；

5)采用NSGA-II多目标遗传算法求解温室光温协调优化模型，得到一组满足要求的非劣解集；

6)采用基于最优效益提升的决策方法从非劣解集中选出光温协调最优方案，并以该光温协调最优方案进行实际调控。