一种番茄实时重量测量系统及其植株生长模型计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种番茄实时重量测量系统及其植株生长模型计算方法，数据采集器与吊秤连接，数据采集器和吊秤皆与电源模块连接，电源模块为吊秤和数据采集器供电，数据采集器还连接有数据传输模块，数据传输模块连接有上位机；每日的模拟灌溉量MDI根据植株每日实时生长量△MTG和日光温室每日的光温耦合量DLT计算得到。采取吊秤实时测量番茄植株的茎、叶、果等地上部分的实时重量，然后模拟计算植株每日生长量，最后结合日光温室内环境条件计算每日灌水量。此模型不仅应用效果好，而且应用范围广，适用于土壤栽培与袋式无土栽培，还可供其他日光温室或设施果菜类蔬菜作物生长模型与灌水模型计算。

A real-time weight measurement system for tomato and its plant growth model calculation method

The invention discloses a real-time measurement system and the weight of tomato plant growth model calculation method, data collector and hanging connection, data collector and the scale are connected with the power supply module, power supply module for hanging and data acquisition data collector is connected with power supply, according to the transmission module, data transmission module is connected with the host computer simulation; irrigation MDI the daily daily plant growth amount is calculated according to the real-time Delta MTG and greenhouse daily light and temperature coupling DLT. Take the hanging real-time measurement of tomato plant stem, leaf and fruit on the part of the real time weight, then calculate the daily plant growth simulation, finally calculated the daily amount of irrigation combined with the environmental conditions in the greenhouse. This model not only has good application effect, but also has wide application scope, and is suitable for soil cultivation and bag type soilless culture. It can also be used for other greenhouse or facility fruit vegetable crops growth models and irrigation models.

【技术实现步骤摘要】
一种番茄实时重量测量系统及其植株生长模型计算方法
本专利技术涉及设施农业种植领域，尤其涉及在日光温室内的一种番茄实时重量测量系统及其植株生长模型计算方法。
技术介绍
建立温室作物生长模型，是实现温室环境与作物生长精准化和自动化管理的基础。目前发达国家在大型智能连栋温室条件下建立了温室环境控制模型和许多园艺作物的生长模型。由于智能温室实现了温室的光、温、水、气、肥等环境条件的精准控制，使作物处于最佳或适宜的生长环境条件下，因此，作物的生长模型实际应用效果较好。但我国主要的设施类型是日光温室，由于日光温室结构简陋、配套设备不完善、环境调控能力差，光、温等环境因子变化巨大，导致国外温室作物生长模型模拟结果偏差大，难以应用。为此，专利技术人研发了基于台秤称量植株实时重量的：一种日光温室基质袋培作物灌水量的模拟计算方法（申请号：201610414523.X），较好的解决了日光温室环境变化剧烈而导致的传统番茄生长模型模拟不准确的问题。但是，该专利技术采用的是台式电子称，可以将袋培番茄的基质与根系、以及茎、叶、果等全部称量，但只能应用在番茄基质袋培这个栽培方式上，应用范围受到限制，无法应用于大面积日光温室番茄的土壤与槽式基质栽培。为解决上述问题，通过系统研究，本专利技术研制基于吊秤测量的一种番茄实时重量测量系统及其植株生长模型计算方法。然后，结合温室环境的实时光照和温度条件，建立温室番茄生长灌水量计算的模拟模型，能够较好的满足日光温室番茄生长的需求，反应了番茄实际的生长需要。将为实现温室番茄灌水和施肥的精准化与自动化管理奠定基础，为日光温室番茄栽培模式的现代化提供技术支撑。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术涉及一种番茄实时重量测量系统及其植株生长模型计算方法,本专利技术目的是采取吊秤实时测量番茄植株的茎、叶、果等地上部分的实时重量，然后模拟计算植株每日生长量，最后结合日光温室内环境条件计算每日灌水量。此模型不仅应用效果好，而且应用范围广，适用于土壤栽培与袋式无土栽培，还可供其他日光温室或设施果菜类蔬菜作物生长模型与灌水模型计算。技术方案：一种番茄实时重量测量系统，包括电源模块、吊秤、数据采集器、最小系统模块、数据传输模块和上位机，其特征在于：数据采集器与吊秤连接，数据采集器和吊秤皆与电源模块连接，电源模块为吊秤和数据采集器供电，数据采集器还连接有数据传输模块，数据传输模块连接有上位机。所述数据传输模块包括无线发射器和无线接收器，无线发射器连接在数据采集器上，无线接收器连接在上位机上。所述电源模块包括太阳能面板、充电控制器和电池，太阳能面板连接充电控制器，电池与充电控制器相连。所述数据采集器还设有最小系统模块，保障系统正常运行。一种所述使用番茄实时重量测量系统模拟植株生长模型计算方法，其特征在于：包括如下步骤：模拟计算植株每日实时生长量△MTG；计算日光温室每日的光温耦合量DLT；计算植株每日的模拟灌溉量MDI；其特征在于：每日的模拟灌溉量MDI根据植株每日实时生长量△MTG和日光温室每日的光温耦合量DLT计算得到；灌溉量MDI分为以下三种情况：(1).每日实时生长量△MTG小于等于10g，且每日的光温耦合量DLT小于等于0.5MJ·m-2时，不灌溉；(2).每日实时生长量△MTG小于等于10g，且光温耦合量大于0.5MJ·m-2时，灌溉200mL；(3).其他情况按照番茄灌溉模型，秋冬茬和冬春茬番茄灌溉模型分别为：①.秋冬茬模型第i天灌溉量MDI计算公式如下：MDI(i)=f[△MTG(i),DLT(i)]=k+m×exp[n/△MTG(i)]+e×DLT(i),式中：f代表函数，即MDI（i）为f（x）的一个函数；k,m,n,e均为常数，k=273.0020,m=-0.6970,n=48.1364,e=86.7566，是由实测资料分析确定的经验系数，i为从10开始的自然数；②.冬春茬模型第i天灌溉量计算公式如下：MDI(i)=f[△MTG(i),DLT(i)]=p×[△MTG(i,h)×DLT(i)]2+q×△MTG(i,h)+r×DLT(i)+s，式中：f代表函数，即MDI（i）为f（x）的一个函数；p,q,r,s均为常数，p=0.0020,q=6.7754,r=121,2699,s=107.8443，是由实测资料分析确定的经验系数，i为从10开始的自然数。还包括有测量植株每日实际生长量△RAG，用于验证植株每日实时生长量△MTG与每日实际生长量△RAG之间的拟合度。所述拟合度能够达到87.22%。所述番茄植株每日实时生长量△MTG为用第i天后的第n天某一固定时刻的植株实时重量测量值减去n天前同一时刻的植株实时重量测量值，然后除以n，即近似为第i天后(n-1)天内植株每天的平均生长量△MTG，公式如下：△MTG[i+(n-1),h]={PW[(i+n),h]-PW(i,h)}/n式中，PW(i,h)及PW[(i+n),h]分别为第i天h点及第(i+n)天h点的植株实时重量；n为第i天后的天数（n≥1）；△MTG(i+n-1，h)为第i天后(n-1)天内的植株每天平均生长量，i为从10开始的自然数。所述日光温室每日的光温耦合量DLT的计算过程包括如下步骤：(1).计算每个小时的相对温度RT：式中：T为每小时的平均温度，T0为生长最适温度，Tb为生长下限温度，Tu为生长上限温度，开花坐果期所述Tb为10℃，T0为25℃，Tu为35℃，温度计每半小时记录一次这段时间的平均值从而得到每小时的平均温度T；(2).计算有效光合光照强度EPLI：把光照强度转化为有效光合光照强度EPLI：EPLI=μ·lux式中：μ是转换系数，取值为5.07*10-3。Lux是光照强度，采用照度计每隔三分钟自动记录温室内光照强度数据得到；(3).计算光温耦合量DLT：HLT(a)=RT·EPLI·3600DLT(i)=∑(HLT(a)/1000000)式中：a=1,2,3……,24,表示一天24个小时；HLT(a)为第i天24小时中每个小时的光温耦合量；3600是把小时转换成60*60秒；DLT(i)为第i天24小时总的光温耦合量1000000为焦耳J转换为兆焦耳MJ的转换系数。所述植株每日实际生长量△RAG包括如下步骤：(1).取样：自定植后10天开始每隔d天，进行破坏性取样一次，d≥1，一般取5～10天之间的自然数；取长势一致的植株，用精度0.01g的吊秤分别测量植株的茎、叶、花、果的鲜重。(2).作物实际生长量的计算：植株的茎、叶、花和果的鲜重之和即为总鲜重，每隔d天之间的两次连续取样的总鲜重差值，即为植株间隔d天内总的实际生长量△TAG(dj)=Sj+1–Sj=RAG(c+j×d)-RAG(c+(j-1)×d)；式中，Sj+1和Sj分别为第(j+1)次和第j次取样，RAG为取样时植株总鲜重，c为从定植到第一次取样的间隔天数，取值为10；dj和dj-1分别为第j个d天和第(j-1)个d天的取样，j为取值1,2,3,……的自然数；用d天中平均每天的实际生长量△RAG(i)模拟作物植株第i天的生长量，用以下公式计算：△RAG(i)=△TAG(dj)/d=[RAG(c+j×d)-RAG(c+(j-1)×d)]/d式中，i的取值范围从[c+(j-1)×d]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种番茄实时重量测量系统，包括电源模块、吊秤、数据采集器、最小系统模块、数据传输模块和上位机，其特征在于：数据采集器与吊秤连接，数据采集器和吊秤皆与电源模块连接，电源模块为吊秤和数据采集器供电，数据采集器还连接有数据传输模块，数据传输模块连接有上位机。

【技术特征摘要】
1.一种番茄实时重量测量系统，包括电源模块、吊秤、数据采集器、最小系统模块、数据传输模块和上位机，其特征在于：数据采集器与吊秤连接，数据采集器和吊秤皆与电源模块连接，电源模块为吊秤和数据采集器供电，数据采集器还连接有数据传输模块，数据传输模块连接有上位机。2.根据权利要求1所述的番茄实时重量测量系统，其特征在于：所述数据传输模块包括无线发射器和无线接收器，无线发射器连接在数据采集器上，无线接收器连接在上位机上。3.根据权利要求1所述的番茄实时重量测量系统，其特征在于：所述电源模块包括太阳能面板、充电控制器和电池，太阳能面板连接充电控制器，电池与充电控制器相连。4.根据权利要求2所述的番茄实时重量测量系统，其特征在于：所述数据采集器还设有最小系统模块，保障系统正常运行。5.一种如权利要求1所述使用番茄实时重量测量系统模拟植株生长模型计算方法，其特征在于：包括如下步骤：模拟计算植株每日实时生长量△MTG；计算日光温室每日的光温耦合量DLT；计算植株每日的模拟灌溉量MDI；其特征在于：每日的模拟灌溉量MDI根据植株每日实时生长量△MTG和日光温室每日的光温耦合量DLT计算得到；灌溉量MDI分为以下三种情况：(1).每日实时生长量△MTG小于等于10g，且每日的光温耦合量DLT小于等于0.5MJ·m-2时，不灌溉；(2).每日实时生长量△MTG小于等于10g，且光温耦合量大于0.5MJ·m-2时，灌溉200mL；(3).其他情况按照番茄灌溉模型，秋冬茬和冬春茬番茄灌溉模型分别为：①.秋冬茬模型第i天灌溉量MDI计算公式如下：MDI(i)=f[△MTG(i),DLT(i)]=k+m×exp[n/△MTG(i)]+e×DLT(i),式中：f代表函数，即MDI（i）为f（x）的一个函数；k,m,n,e均为常数，k=273.0020,m=-0.6970,n=48.1364,e=86.7566，是由实测资料分析确定的经验系数，i为从10开始的自然数；②.冬春茬模型第i天灌溉量计算公式如下：MDI(i)=f[△MTG(i),DLT(i)]=p×[△MTG(i,h)×DLT(i)]2+q×△MTG(i,h)+r×DLT(i)+s，式中：f代表函数，即MDI（i）为f（x）的一个函数；p,q,r,s均为常数，p=0.0020,q=6.7754,r=121,2699,s=107.8443，是由实测资料分析确定的经验系数，i为从10开始的自然数。6.根据权利要求5所述的使用番茄实时重量测量系统模拟植株生长模型计算方法，其特征在于：还包括有测量植株每日实际生长量△RAG，用于验证植株每日实时生长量△MTG与每日实际生长量△RAG之间的拟合度。7.根据权利要求6所述的使用番茄实时重量测量系统模拟植株生长模型计算方法，其特征在于：所述拟合度能够达到87.22%。8.根据权利要求5所述的使用番茄实时重量测量系统模拟植株生长模型计算方法，其特征在于：所述番茄植...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙周平，王丹丹，张大鹏，富红丹，孙少坤，李诗利，宋庆，李天来，崔会坤，
申请(专利权)人：沈阳农业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21