[发明专利]一种基于人工智能的自动追光控制栽培系统及方法有效
申请号: | 202310141706.9 | 申请日: | 2023-02-21 |
公开(公告)号: | CN116058190B | 公开(公告)日: | 2023-09-12 |
发明(设计)人: | 吴小李;夏鸽飞;朱登平;吕名礼 | 申请(专利权)人: | 上海华维可控农业科技集团股份有限公司 |
主分类号: | A01G7/04 | 分类号: | A01G7/04;G06F16/24 |
代理公司: | 上海邦德专利代理事务所(普通合伙) 31312 | 代理人: | 杨益 |
地址: | 201505 上海市*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 人工智能 自动 控制 栽培 系统 方法 | ||
1.一种基于人工智能的自动追光控制栽培方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1、通过数据库查询种植大棚内栽培作物的健康生长状态,其中栽培作物的健康生长状态主要包括土壤相对湿度以及栽培作物所需光照度;
S2、结合太阳光照角度对栽培槽移动高度进行实时调节;
S3、获取白昼期间太阳光照下栽培作物的光照度情况;
S4、通过补光设备对种植大棚内光照度不达标的栽培作物进行夜间补光操作;
所述S2中结合太阳光照角度对栽培槽移动高度进行实时调节的方法包括以下步骤:
步骤1001、通过历史数据查询栽培槽旋转最佳高度,并将所述最佳高度作为种植大棚内栽培槽的初始高度,记为H;
步骤1002、选取种植大棚中一个点作为参考点,以参考点为原点构建空间直角坐标系;
步骤1003、实时获取太阳光通过种植大棚顶部可透光区域产生的光照区域,并在空间直角坐标系中实时获取光照区域中对应的每一个坐标点,记为集合A;
步骤1004、将种植大棚内栽培槽按照001、002、003、...、00N进行排序编号;
步骤1005、获取排序编号为001的栽培槽,结合种植大棚内栽培槽移动轨迹进行记录编号为001的栽培槽旋转一周的位置变化信息,记为集合B;
步骤1006、通过计算集合A与集合B的交集,筛选集合B中除集合A与集合B交集以外的数据,记为新的集合C,其中C=B-A∩B;
步骤1007、在空间直角坐标系中,获取集合C与集合A中的所有临界点构成的集合,记为集合D,所述临界点为集合A中的元素且相应元素与集合C中任意元素的最小距离小于预设值,所述预设值为数据库中预置的常数;
步骤1008、依次计算集合C中每一个元素分别与集合D中各个元素之间的最小距离,构建集合F;
步骤1009、获取集合F中的最大值在集合C中对应的元素,作为集合C中对应栽培槽位置不在光照区域内的最边界位置信息,坐标记为(xmax、ymax、zH),其中xmax表示最边界栽培槽的x轴坐标,ymax表示最边界栽培槽的y轴坐标,zH表示栽培槽高度为H时,空间坐标系中对应的z轴坐标;
步骤1010、若以最边界栽培槽高度调节值作为集合C中所有栽培槽调节高度的依据,使得调节后的栽培槽均能够在光照区域,则将最边界栽培槽的x轴坐标与y轴坐标进行匹配,获取集合A中x轴坐标为xmax,y轴坐标为ymax,对应栽培槽位置信息的z轴坐标值,记为zr,通过调节栽培槽高度直至集合C中的栽培槽z轴坐标与zr相同时,使得调节后的栽培槽均能够在光照区域;
若通过调节最边界栽培槽的高度始终不能满足最边界栽培槽位于光照区域,获取预置的栽培槽高度调节范围,并将栽培槽高度调节至最大值,使得集合C中的栽培槽经过高度调节后,位于光照区域中的栽培槽数量达到最大值;
步骤1011、通过数据库查询种植大棚内栽培作物的健康生长状态,通过数据库查询标准状态下,栽培作物相对湿度值对应的所需光照度值;
步骤1012、获取预置的栽培作物标准生长状态阈值,实时监测种植大棚内栽培作物的健康生长状态,并将栽培作物健康生长状态与栽培作物标准生长状态阈值进行比较,当栽培作物的健康生长状态与阈值的差值在±β内,则为达标状态,调整栽培槽z轴坐标至初始值zH,反之则为不达标状态,保持对应栽培槽高度不变;
步骤1013、重复步骤1005-步骤1012,实时调节不同编号的栽培槽沿轨迹移动时的高度;
所述S3中获取白昼期间太阳光照下栽培作物的光照度情况的方法包括以下步骤:
步骤2001、获取步骤1012中栽培作物在白昼期间的健康生长状态,通过光谱检测设备获取栽培作物白昼期间吸收的光照度情况,并将栽培槽高度高于初始高度H的栽培作物健康生长状态与栽培作物标准生长状态阈值进行比较;
步骤2002、通过比较筛选出白昼期间栽培作物吸收光照度不达标情况,并对不达标的栽培作物进行标记,根据光谱检测设备得到对应栽培作物光谱图,通过公式运算得到白昼期间各个栽培作物对应的光照度吸收情况,表达式为:,
其中表示编号为i栽培作物的光照吸收情况,表示太阳光发射光强,表示编号为i栽培作物的反射光强,表示编号为i栽培作物的透光光强,表示编号为i栽培作物的吸收光照度情况,其中、和均从编号为i栽培作物的光谱图中获取,表示白昼期间起始时间,表示白昼期间结束时间;
将栽培作物相对湿度值对应的栽培作物所需光照度值作为评定标准,将各个栽培作物对应的光照度吸收情况记为真实值,将各个不达标栽培作物相对湿度值对应的所需光照度值记为标准值,通过差值运算,对不达标的栽培作物进行标记,当差值运算结果在(P1,P2]区间内记为III级不达标,当差值运算结果在(P2,P3]区间内记为II级不达标,当差值运算结果在(P3,P4]区间内记为I级不达标,当差值运算结果在[0,P1]区间内记为达标,所述P1、P2、P3及P4均为数据库中预置的常数;
所述S4中通过补光设备对种植大棚内光照度不达标的栽培作物进行夜间补光操作的方法包括以下步骤:
步骤3001、获取步骤2002中栽培作物在白昼期间吸收光照度不达标的等级;
步骤3002、根据栽培作物白昼期间吸收光照度不达标等级进行补光操作,
步骤3003、获取补光区域在空间直角坐标系中每一个点的坐标值,记为集合U;
步骤3004、保持栽培槽白昼期间在空间直角坐标系中的位置信息,将栽培槽按轨迹方向旋转一周,并按栽培作物不达标情况,实时统计补光区域中栽培槽的数量,
将栽培槽沿轨迹方向旋转一周,不同旋转位置对应的补光区域中,栽培作物吸收光照度不达标等级为III级的栽培槽数量、栽培作物吸收光照度不达标等级为II级的栽培槽数量及栽培作物吸收光照度不达标等级为I级的栽培槽数量进行统计,并将统计结果记录到表格M中;
步骤3005、对表格M中数据进行筛选,其中将栽培作物吸收光照度不达标的最大栽培槽数量作为第一条件、栽培作物吸收光照度不达标等级为I级作为第二条件、栽培作物吸收光照度不达标等级为II级作为第三条件、栽培作物吸收光照度不达标等级为III级作为第四条件进行筛选;
步骤3006、获取步骤3005的筛选结果,提取表格M中栽培作物吸收光照度不达标数量最大值时,栽培作物吸收光照度不达标等级为I级、II级及III级时分别对应的栽培作物数量,并将栽培槽按轨迹方向旋转,直至表格M中栽培作物吸收光照度不达标数量最大值对应的各个栽培槽均在补光区域内,补光区域开启补光操作,表达式为:,
表示额定状态下,补光区域中吸收光照度不达标编号为e的栽培作物相对湿度对应的吸收光照值,为时间比例系数,所述比例系数为数据库中预置的常数,表示补光区域中吸收光照度不达标编号为e的栽培作物所需补光对应的时间值,其中e为补光区域中吸收光照度不达标栽培作物编号其中一个;
同时实时获取补光区域中每个栽培作物的补光情况,当栽培作物补光达标时,调整栽培槽z轴坐标至初始值zH,
在补光结束后,将表格M中栽培作物吸收光照度不达标数量最大值时对应的各个不达标的栽培作物从表格M中删除,得到更新后的表格M,并跳转到步骤3007;
步骤3007、判断种植大棚内所有栽培作物的健康生长状态是否均处于达标状态,
当种植大棚内所有栽培作物的健康生长状态均处于达标状态时,停止补光操作,
当种植大棚内所有栽培作物的健康生长状态存在不达标状态时,跳转到步骤3005。
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