作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法技术方案

本发明专利技术涉及作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，属于温室控制系统技术领域。本发明专利技术根据作物内在生长发育的机理参数的要求和作物产量、经济及品质需求，确定温室环境因子和矿质营养元素随作物不同的生长阶段变化的互作定量模型，以及不同生长阶段的植保园艺定性模型；采集温室环境因子数据和收集植保过程数据；基于构建的互作定量模型及植保园艺定性模型和温室环境因子数据，驱动温室设施装备和植保人员调控温室环境因子和园艺操作；根据生产过程中的数据和信息调整优化互作定量模型和植保园艺定性模型，进一步应用于生产实践，使整个作物调控系统闭环自治正向优化运行。

【技术实现步骤摘要】
作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法
本专利技术涉及作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，属于温室控制系统

技术介绍
随着大棚种植的发展，通过温室大棚种植作物越来普遍。温室大棚的主要用途是一种可以改变作物生长环境，根据作物生长的最佳生长条件，调节温室气候使之一年四季满足作物生长需要，不受气候和土壤条件的影响，能够避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所，并且能在有限的土地上周年地生产各种不同的蔬菜、鲜花等反季节作物的一种温室设施。但是温室大棚内的作物，在不同的生长阶段所需的生成环境是不同的，例如在作物的发芽期、幼苗期、开花期和结果期，对温室大棚内的温度、湿度、光照强度及二氧化碳浓度等的需求都不同。因此，现有温室系统在作物不同生长阶段，需要种植专家根据作物的每个生长阶段，手动调整温室的温度、湿度和光照的环境等环境参数，从而保证作物在适宜的环境中良好生长。但是这种方式在作物的不同生长阶段，都需要人工干预来保证系统功能正常，只实现了半自动化。另外，传统的温室控制系统通常采用单因子控制，控制方式相对简单，但忽视了环境因子间的相互作用，调节某一环境因子时不考虑其他因子的变化和影响。如控制温度时不考虑湿度变化对温度的影响，并且一般只控制单个温度调节机构，不考虑其他执行机构动作对温度的影响，这样单因子控制难以保证多输入多输出的温室大棚控制系统有良好的控制效果。
技术实现思路
本专利技术提出了一种作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，通过通过设定期望的作物产量、品质、经济价值反推出作物生长发育过程中各阶段所需的温室环境因子数据和园艺操作要求，并以记录的番茄植株数据以及管理数据和采集的温室环境因子数据，通过反馈迭代学习控制算法持续优化作物调控模型，使整个作物调控系统闭环自治正向优化运行。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，包括下列步骤：步骤一：根据作物内在生长发育的机理参数的要求和作物产量、经济及品质需求，确定温室环境因子和矿质营养元素随作物不同的生长阶段变化的互作定量模型，以及不同生长阶段的植保园艺定性模型，并基于互作定量模型和植保园艺定型模型构建控制器；步骤二：采集温室环境因子数据和收集植保过程数据，并将温室环境因子数据和收集到的植保过程数据输入给控制器；步骤三：基于步骤一中构建的互作定量模型及植保园艺定性模型和步骤二中的温室环境因子数据，控制器发出指令驱动温室设施装备或植保人员调控温室环境因子或园艺操作；步骤四：控制器根据生产过程中采集的数据和信息持续调整优化步骤一中的互作定量模型和植保园艺定性模型，进一步应用于生产实践，并迭代反馈，形成闭环的种植大系统。本专利技术把封闭温室种植的作物、各温室内环境因子、温室设施装备和植保人员看作一个有机统一的种植大系统，把整个种植过程看作该大系统的过程控制，其控制器是基于互作定量模型和植保园艺定型模型构建，温室环境因子和植保过程数据由各温室内环境传感器组或温室外环境气象站采集，并将温室环境因子和植保过程数据作为系统控制器的输入，控制器发出指令以驱动系统温室设施装备和植保人员，控制器基于互作定量模型和植保园艺定型模型，可根据生产过程中的采集到的数据和信息持续调整优化。进一步地，步骤一中的机理参数包括有效积温、发育历期、生物学起点温度、生物学上限温度、光补偿点、光饱和点、二氧化碳补偿点、二氧化碳饱和点、二氧化碳浓度和矿质营养元素。进一步地，步骤一中的经济需求是使作物以合适的上市时间，得到最大化的商业价值和利润。进一步地，步骤二中采集温室环境因子数据通过温室内环境传感器组和温室外环境气象站采集。进一步地，所述温室环境因子包括温室内环境因子和温室外环境因子，温室内环境因子和温室外环境因子分别通过温室内环境传感器组和温室外环境气象站采集；温室内环境因子包括空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、土壤EC值和土壤PH值，温室外环境因子包括空气温湿度、光照强度、二氧化碳浓度、降雨雪量、风力和风向。进一步地，所述温室内环境传感器组包括空气温湿度传感器、土壤温湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器、土壤EC计、PH传感器。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所述的作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，设置有上位机、控制器、温室内环境传感器组、温室外环境气象站和温室设施装备，解决了现有各温室设施装备基于单一因子的调控及条块化运作的孤立离散方式，温室各环境因子是关联的，相互作用的，但目前在调控环境因子时，往往是以孤立的方式单一调整，忽视了对其他因子的相关调整，本专利技术解决了各温室环境因子间和各矿质营养元素间调控失衡的问题，同时解决了单一因子调控存在的无整体指导原则和缺乏系统层面的种植精细运行模式的问题；(2)本专利技术所述的作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，解决了农业专家经验技术帮带传带来的隐性知识难推广和传播、学习困难、难掌握和应用的问题；以及农业作物科研成果复杂，理论性强，应用集中在学术、政府层面，难落地到广大种植者的问题；(3)本专利技术所述的作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，通过反用Tomsim模型，设定期望的作物产量、品质、经济价值反推出作物生长发育过程中各阶段所需的温室环境因子数据和园艺操作要求，并以记录的番茄植株数据以及管理数据和采集的温室环境因子数据，通过反馈迭代学习控制算法持续优化作物调控模型，使整个作物调控系统闭环自治正向优化运行。附图说明图1是本专利技术的原理图之一。图2是本专利技术的原理图之二。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和具体实例，对本专利技术提出的作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的一种作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，包括下列步骤：步骤一：根据作物内在生长发育的机理参数的要求和作物产量、经济及品质需求，确定温室环境因子和矿质营养元素随作物不同的生长阶段变化的互作定量模型，以及不同生长阶段的植保园艺定性模型，并基于互作定量模型和植保园艺定型模型构建控制器；其中：互作定量模型和园艺定性模型统称为作物调控模型，机理参数包括有效积温、发育历期、生物学起点温度、生物学上限温度、光补偿点、光饱和点、二氧化碳补偿点、二氧化碳饱和点、二氧化碳浓度和矿质营养元素元素，经济需求是使作物以合适的上市时间，得到最大化的商业价值和利润，作物整个生长期内所必需的十六种矿质营养元素分别是碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、钼(Mo)、硼(B)、氯(CL)；互作定量模型根据各作物特性(也就是作物内在的机理参数)来相应地确定该作物生长时所处温室的环境因子和矿质营养元素的所需值的适宜范围，互作定量模型构建步骤包括：(1)选取作物生长模型(如积温模型—通过积温计算作物的生长期),概要化该模型(也就是简化并凸现关键模型的因子变量)，(2)离散数字化该模型(例如，积温模型中，分段离散化温度变量，及对应的每个作物生育阶段的生长期)，(3)根据实战经验，调整该离散数字的因子变量，以突出对作物某一阶段的控制，以达到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤一：根据作物内在生长发育的机理参数的要求和作物产量、经济及品质需求，确定温室环境因子和矿质营养元素随作物不同的生长阶段变化的互作定量模型，以及不同生长阶段的植保园艺定性模型，并基于互作定量模型和植保园艺定型模型构建控制器；步骤二：采集温室环境因子数据和收集植保过程数据，并将温室环境因子数据和收集到的植保过程数据输入给控制器；步骤三：基于步骤一中构建的互作定量模型及植保园艺定性模型和步骤二中的温室环境因子数据，控制器发出指令驱动温室设施装备或植保人员调控温室环境因子或园艺操作；步骤四：控制器根据生产过程中采集的数据和信息持续调整优化步骤一中的互作定量模型和植保园艺定性模型，进一步应用于生产实践，并迭代反馈，形成闭环的种植大系统。

【技术特征摘要】
1.一种作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤一：根据作物内在生长发育的机理参数的要求和作物产量、经济及品质需求，确定温室环境因子和矿质营养元素随作物不同的生长阶段变化的互作定量模型，以及不同生长阶段的植保园艺定性模型，并基于互作定量模型和植保园艺定型模型构建控制器；步骤二：采集温室环境因子数据和收集植保过程数据，并将温室环境因子数据和收集到的植保过程数据输入给控制器；步骤三：基于步骤一中构建的互作定量模型及植保园艺定性模型和步骤二中的温室环境因子数据，控制器发出指令驱动温室设施装备或植保人员调控温室环境因子或园艺操作；步骤四：控制器根据生产过程中采集的数据和信息持续调整优化步骤一中的互作定量模型和植保园艺定性模型，进一步应用于生产实践，并迭代反馈，形成闭环的种植大系统。2.根据权利要求1所述的作物调控模型驱动的智慧温室系统调控方法，其特征在于：步骤一中的机理参数包括有效积温、发育历期、生物学起点温度、生物学上限温度、光补偿点、光饱和点、二氧化碳补偿点、二氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勇，刘惜诺，张俊利，葛怀友，
申请(专利权)人：寿光市众恒唐韵信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37