现代农业温室环境控制策略研究进展

温室能够有效改善茄科作物(包括番茄、辣椒、茄子等)生长过程,温室环境控制策略对作物实现高效高产至关重要。为了充分利用国内外的研究成果、促进我国温室环境控制策略的研究应用,分别从常规比例微积分(Proportional Integral Derivative,PID)控制、模糊控制、人工智能控制、温室小气候模型和作物生长模型等5个方面,综述了温室环境控制策略的研究进展。针对目前我国该领域存在的问题,提出了今后应将智能温室控制与作物生长模型耦合,构建智慧型作物生长模型;针对不同区域作物的生长预测,与遥感技术进行结合,增强模型的普适性,形成具有中国特色的温室环境控制策略。     

基于模糊控制的温室大棚光照度测控系统设计

光照度是温室大棚作物生长发育的核心要素,其直接影响植物光合作用的速率与效率。文章以温室大棚常见作物——西红柿的光照需求为例,在充分研究光照强度对西红柿生长特性影响的基础上,设计了一种基于模糊控制的温室大棚光照度测控系统。该系统可以实现对温室大棚光照度信息的实时监测和无线传输,并利用模糊控制算法对信息进行运算处理,实现对遮阳装置或者补光装置的智能控制,从而达到自动调光目的。     

基于分段控制策略的温室智能测控系统设

以PID算法和模糊控制理论相结合的分段控制理论为控制策略,嵌入温室作物生长模型和栽培专家知识,基于RS485总线,设计了一个分布式温室智能测控系统,对温室生产环境因子进行实时监测、分析、智能决策输出,调节温室控制设备,创造最佳的温室作物生长环境条件.实践证明,分段控制算法使控制输出准确跟踪设置值.     

基于作物光照需求的温室光调控系统

针对传统的温室光照环境控制方法粗糙、易造成作物光照不足及能源浪费的问题,考虑作物生长对光照的需求,基于光合速率模型,分析环境温度对作物生长光照需求的影响,推导创建了温室补光模型;同时,应用无线通讯技术设计了一个基于作物光照需求的温室光环境远程控制系统,介绍了系统的软硬件结构;最后,针对秋冬季节温室环境在1天内的实际变化情况,对系统的光照调控方法进行验证。结果表明:该方法能够根据环境的实时变化采取不同的光照控制措施,既满足作物生长的需求,又能更有效地利用能源。     

基于遗传算法的模糊神经网络温室温度控制器

为了创造适合作物生长的环境,针对温室系统的特点提出了一种新的基于遗传算法的模糊神经网络控制器,利用遗传算法训练模糊神经网络模型,并采用此模糊神经网络控制器控制温室温度系统.运用该方法对温室温度控制系统进行了Matlab 仿真,结果表明:采用遗传模糊神经控制器的系统,不但提高了阶跃响应的快速性,而且大大减少了超调量.     

基于奇异摄动理论的综合温室控制系统设计

为了建立集环境因子、作物生长过程和上层指标的综合温室控制系统,分析了现有温室控制研究成果,基于控制周期原则将温室控制系统分为分钟级温室环境因子控制系统(快速时变系统)、天或旬级的作物生长周期控制系统(中速时变系统)、年级的温室上层指标控制系统(慢速时变系统)。通过多时间尺度分析发现3类控制系统具有多时标特性,借助奇异摄动理论,对温室控制系统进行了分层递阶设计,进而得出该理论下的总体温室控制系统模型与控制器求解过程。通过算例演绎该设计方法的步骤,进行了仿真研究,结果表明,基于奇异摄动理论的温室控制系统设计思路清晰、计算量小、易于工程实现。     

温室温湿度的远程监控系统

在科学研究中,为了研究作物在不同环境中的生长情况,需要控制不同的环境参数模型。在实际生产中,为了提供适合作物生长的生态环境,需要对温室环境参数进行实时监控。为此,基于LabVIEW平台,利用DataSocket技术开发了温室温湿度远程监控系统,实现了远程监控终端对温室温湿度的控制以及温湿度数据的实时共享。     

温室小气候环境监测预警技术及应用研究

为避免极端环境对作物生长造成损伤,提出一种基于温室小气候模型的环境监测预警技术。通过无线传感器网络实时获取温室环境数据,建立温室小气候模型,将模型预测结果与预警指标库中作物受灾指标对比,及时预测温室异常环境。该技术以LabVIEW为开发平台,实现温室环境自动监测、数据管理、温室小气候模拟、异常环境预警和远程发布等功能。结果表明,该技术能够有效对温室小气候环境进行实时监测预警,可靠性高,具有较好的实用价值。     

基于PID算法的温室环境控制系统设计

随着现代计算机信息技术和自动化控制技术在农业领域的快速发展，温室的结构档次正不断提高，加之农作物对外部环境的依赖性强，搭建一种适合农作物生长的温室环境控制系统，已成为农业种植者的迫切需求。该文针对温室环境信息智能化管理需求，通过调控农作物的环境因素，创造出适宜农作物生长的环境，从而达到农作物反季节生产和提高产量的目的。为了进一步提高温室智能控制的精准度以及提高农作物生产效率，基于PID控制算法，设计了一套典型的、符合我国农情的温室环境控制系统。该系统将在调节温室环境参数和改善作物生长环境方面发挥重要作用。      

现代温室环境智能控制的发展现状及展望

在简述智能控制技术基本理论的基础上,分析了现代温室环境智能控制系统的拓扑结构以及智能控制技术在现代温室环境控制中的研究和应用进展.现代温室环境智能控制涉及硬件结构和控制算法等问题.控制系统硬件配置多采用分布式系统框架,现场控制站功能可以采用单片机、可编程控制器或工业控制机来完成,系统网络结构有CAN总线、现场总线和工业以太网等多种形式.将多种控制算法交叉与融合的混合控制算法更能满足现代温室环境智能控制的要求.为此,探索了新型的温室内环境和生物信息的获取方法,开展了温室内小气候模拟和实验研究,为实现温室内作物生理指标的智能控制、智能控制系统硬件配置及结构优化提供了理论依据.     

中国温室作物模型研究状况

在分析国内外作物模型研究现状的基础上,对温室作物模型的研究作进一步分析。介绍作物生长模型的主要理论——作物积温机理,对我国温室黄瓜和番茄作物模型的研究作了说明,并对我国开展温室作物生长模型相关研究提出建议。     

基于灰熵关联分析的温室智能调控系统研究

[目的]解决传统温室环境参数较难控制、水肥利用效率低等问题.[方法]引入灰色熵权理论,将各种环境要素视为不确定型多属性决策,计算与理想情况的接近度,建立了评价植物生长环境要素的数学模型;通过无线传感网络片上系统CC2530与传感器、物联网相结合,设计温室环境调控系统,调配温湿度、光照等各生长要素达到最优值,从而给植物配...     

温室环境控制方法研究进展分析与展望

温室环境优化调控方法和技术能有效改善温室作物的生产条件,提高光能资源的利用效率,从而实现温室作物的高产、高效、优质生产。为了充分利用国内外的研究成果,促进我国在该领域的研究与应用,从基于设定值、智能算法、多目标优化、多因子耦合和基于作物生长信息的环境控制方法等5方面,综述了温室环境控制方法的国内外研究进展。针对我国该领域的研究现状和存在的问题,提出今后应解决光/温/营养耦合高效控制机理、植物表型高通量检测方法等重大科学问题,突破信息感知、物联网、智慧管控等关键技术,形成具有中国特色的温室智能化测控技术体系。     

基于经济最优目标的温室环境控制策略

将温室作物整个生长季节分为营养生长阶段和生殖生长阶段。在营养生长阶段，以温度优先为控制策略，即以温度为主控参数，根据温室内加温和降温的幅度等级来选择相应的执行机构，实现温室内作物栽培的环境参数控制要求。在作物生殖生长阶段，综合控制成本模型、温室环境的预测调控模型和作物生长模型，以温室产出与投入比最大为温室环境控制目标进行决策，为温室内作物生长提供经济适宜的环境参数和生长条件。以黄瓜为栽培对象，进行了温室周年生产。实践表明，按经济最优目标的控制策略来实现温室环境控制，既保证了作物正常生长的需要，又兼顾了经济成本。     

不同灌溉方式下温室湿度变化及对青椒生长的影响

以土壤含水率下限作为灌水控制指标,即60%~70%占田持,灌水定额为15 mm,研究了小管出流、渗灌、滴灌与沟灌4种灌溉方式下温室内湿度的变化趋势以及对青椒生长情况的影响,并分析了不同灌溉方式下的作物病虫害发病率以及灌溉方式和温室内大气湿度的相关性。结果表明,灌溉方式和温室内大气湿度相关性显著,不同灌溉方式下的湿度差异明显,其中渗灌条件下温室的大气湿度最低。温室内温度和湿度呈异步变化,当温室温度控制在25~28℃范围内,可使温室内的湿度保持在低水平范围内,减少病虫害发生。渗灌条件下作物病虫害的发生率最小,与小管出流较接近,比沟灌降低约35%;而且渗灌条件下青椒的产量最高,为34650 kg/hm2。滴灌、渗灌和小管出流较沟灌增产分别为17%、39%、34%。     

基于计算机视觉数据对大棚作物生长趋势的挖掘

设施农业具有可控的环境条件,可以通过工程技术手段实现作物的高效生产。大棚是设施农业的重要形式,能够显著提高作物的抗灾减灾和反季节生产能力。大棚作物的生长状况反映出大棚生产管理的效果,并作为农艺操作和产量预测的依据。为此,开发了通过计算机视觉分析大棚作物的植株颜色和发育阶段等生长信息的方法,利用专家系统挖掘视觉分析数据,评判作物的生长状况,预测后续生长趋势和最终产量。大棚黄瓜的试验结果表明:基于计算机视觉的数据挖掘可以准确评判黄瓜的生长状况,较为准确地预测成熟时期和最终产量,提高了大棚生产的智能化水平。     

一种基于FCS的花卉温室控制系统方案

从温室花卉生长原理和温室控制原理出发,提出了一种基于FCS的花卉温室控制系统的设计方案,并与其它方案进行对照.实验证明,该系统方案具有稳定性好、可靠性高、通用性好和环境适用性强等优点,满足设计要求,便于推广应用.