[发明专利]温室作物生长模拟方法及装置

说明书

本发明提供一种温室作物生长模拟方法及装置，通过设置虚拟碳池并对虚拟碳池的储量进行动态监控，构造了受空气温度影响的光合作用抑制函数，来确定出温室作物更加准确的光合作用速率及碳水化合物净生成量，再根据碳水化合物转化为结构性干物质的转化因子得到温室作物在目标时段内的结构性干物质累积重量，进而便于确定温室作物更新的结构性干物质重量，实现对温室作物生长的模拟，准确解释极端空气温度，尤其是极端低温对作物生长的不利影响。本发明的温室作物生长模拟方法还大幅提高了温室作物生长模型对大尺度空气温度输入的兼容性以及面向控制的适用性。

技术领域

本发明涉及农业技术领域，尤其涉及一种温室作物生长模拟方法及装置。

背景技术

温室为作物生长提供可控环境，绝大多数温室都具备可控结构组件或环境调节设备，例如通风窗、加温设备等。在实际生产中，温室环境调控主要依据种植者或设备开发者经验以及设施园艺通用知识，采用启发式控制，并通过简单的开关控制器或PI系列控制器实现。为获得期望的室内环境，种植者可以调整控制器的设置点值。这些定义温室环境轨线或约束设备运行的设置，直接影响温室能源与资源消耗以及作物生长发育。

然而，这些设置不能准确解释未来动态，即种植者无法获知这些设置产生的具体影响，无法准确模拟出作物的生长状态，进而导致温室环境控制低效。温室环境最优控制通过权衡作物生产经济收益与作物生长期内环境调控设备的运行成本，可以提供更高控制效率。与传统启发式温室环境控制方法不同，最优控制需要定量解析关于温室、环控设备及作物的理论知识，需要预测温室环境和作物未来动态以及天气变化，这些均由数值动态模型体现。种植者的目标，一般为最大化净收益，也由数学成本函数详细描述。

系统模型是构建最优控制模型系统的基础，针对温室环境控制，主要包括温室环境模型与作物生长模型。在模拟作物潜力生长层面，作物生长模型是指能定量、动态描述响应环境、遗传特征及生产管理的作物生长、发育和产量形成过程的数学算法。温室环境最优控制系统的性能很大程度上取决于作物生长模型的精度和适用性。

然而，现有温室作物模型不能全面解释极端温度对作物生长的不利影响，无法完全满足最优控制的应用需求。一方面，现有的温室作物模型主要面向环境调控能力强的温室，而对于低端温室，包括低配的连栋温室、日光温室及塑料大棚等，作物生长环境条件较差，极端温度频发，模型并不适用。例如，某些温室作物模型仅允许5-40℃的气温输入区间，但在低端温室中，室内气温很容易低于5℃或高于40℃。再例如，在某些温室作物模型中，夜间极端低温由于降低维持呼吸消耗而被描述为有利于干物质积累，而实际情况却是抑制作物生长。另一方面，最优控制允许一定范围的温室空气温度波动，寻求以微弱的产量或品质损失，换取更大的净收益。例如，在极端低温天气，通过权衡倾向于为作物生长提供较低的温室空气温度。因此，面向控制，温室作物生长模型需要能够准确描述极端高温或低温对作物生产过程的影响，兼容更充分的空气温度输入区间。

相关技术中，温室作物模型不能全面解释温室环境参数对作物生长的不利影响，尤其是极端温度等参数，无法完全满足最优控制的应用需求。因此，亟需一种温室作物的生长模拟方法来更够准确模拟温室环境参数下作物的生长情况。

发明内容

本发明提供一种温室作物生长模拟方法及装置，用以解决现有技术中难以针对极端温度来进行作物生长准确模拟的缺陷，实现对各种温室环境下作物生长准确模拟的效果。

本发明提供一种温室作物生长模拟方法，包括：确定目标时刻起目标时段内温室内的环境数据、所述目标时刻下温室作物的结构性干物质重量以及所述目标时刻下温室作物对应的虚拟碳池的储量，所述环境数据至少包括空气温度、光照辐射量以及二氧化碳浓度；

基于所述环境数据、所述环境数据下温室作物的潜在相对生长速率、所述目标时刻下温室作物的结构性干物质重量、所述虚拟碳池在所述目标时刻的储量以及所述虚拟碳池在所述目标时刻的最大储量，确定所述目标时段内温室作物的光合作用抑制函数及光合作用速率；