温室作物模型与环境控制管理研究

阐述了国内外作物模型研究现状 ,温室园艺作物模型研究进展以及温室作物模型在现代化农业环境控制管理中的重要作用 ,并简介了温室番茄作物模拟系统研制开发现状及其进展     

基于作物模型的温室环境管理系统设计与实现

为改进温室环境管理系统的性能,获取实时动态生成的决策信息,建立了基于作物模型的温室环境管理系统。在借鉴前人先进研究成果的基础上,通过实验建立了简化的温室番茄和黄瓜作物生长模型;其次,通过收集资料和专家经验建立了温室环境管理知识库;最后,应用农业环境实时监测数据,综合利用模型预测和知识推理建立了温室环境管理决策支持系统。通过实际运行表明,系统可实时动态输出室内温度、光照等参数的优化值及其它相关辅助决策信息,通过进一步完善可望取得更好的应用前景。     

基于Web的温室作物模拟系统的实现

基于Web技术、OOP(面向对象设计)思想,根据作物生长发育模型特点,提出了计算机模拟系统的结构设计方案,并采用ASP.NET技术规范和Visual C#程序语言,初步实现了一个基于Web技术远程调用的温室作物生长发育计算机模拟系统,该系统目前可对番茄和黄瓜等温室作物光合作用、干物质积累与分配等过程进行模拟与分析。     

温室内作物茎秆直径变化对基质含水率的响应

通过对北京地区温室内黄瓜和番茄生长期茎液流(SF)和茎直径变化(径差SD)过程以及同期温室内微气象因子的连续观测,利用相关分析方法分析了总辐射通量密度和饱和水汽压差(VPD)对茎液流和茎直径变化的影响以及茎直径变化与基质含水率的关系。发现SF与SD与温室内总辐射通量密度间的相关性并不显著,而与VPD的相关性均达到了极显著水平。分别对每日12∶00、13∶00、14∶00和15∶00的SD(与每日6∶00的茎直径之差)与VPD进行相关分析,均通过了0.01水平的显著性检验,其中以14∶00的相关系数最大。以各种作物每日14∶00的SD/VPD(径差与饱和水汽压差的比值)与基质含水率进行相关分析,表明两者间有极显著正相关关系。而且,在不同基质含水率范围内,每日14∶00的SD/VPD值保持在一个相对稳定的区间,说明14∶00的SD/VPD对基质中的水分状况很敏感,可以作为启动温室灌溉系统的参考指标。     

基于作物生长和控制成本的温室气候控制决策支持系统

根据试验和观察获得的数据建立了温室作物生长模拟模型、温室的环境调控的技术效果模型和温室的环境调控成本模型,并建立相应的模型库;通过收集资料和专家经验建立了温室环境调控的知识库。以温室生产的“产出投入比”最大为目标,综合利用模型预测功能和知识库系统的推理功能,建立了温室环境调控决策支持系统。系统能够根据温室内外的环境信息、作物生长信息和温室调控设备状态信息给出温室环境调控实时最优的温度、湿度、光照和CO₂浓度等参数,并提供相应的调控方案。     

基于ANFIS的温室气温模糊控制仿真

该文实现了通过改变温室通风口开度来模拟和控制温室内气温的目的。根据能量平衡原理构建了温室气温数学模型,基于自适应神经模糊控制系统（ANFIS）完成了控制器设计,其中包括对控制变量的选取、模糊集的定义、论域的量化、隶属函数的选择及控制器的训练。最后用Simulink工具箱建立起室温控制过程的MATLAB仿真模型,并对控制模型进行了仿真分析。仿真结果证明了该温室环境温度模糊控制系统的有效性及合理性,该成果对温室小气候智能调控的发展具有一定的参考价值。     

温室移动机器人运动模糊控制策略仿真

采用模糊控制技术对温室内移动机器人的避障控制算法进行了研究,并通过计算机仿真技术进行仿真实验来验证其控制算法的正确性,采用C++和MATLAB语言编制了仿真程序.通过仿真实验表明该模糊控制算法可行,能够避开一定形状的障碍物,能够应用于实践中.     

基于物联网的温室大棚环境监控系统设计方法

目前农业物联网通信协议尚不统一。为了更好地封装和传输农业信息,提出一种适用于农业物联网的通信协议AGCP（agricultural greenhouses communication protocol）。利用AGCP协议结合物联网架构完成了基于物联网架构的农业大棚监控系统的设计,重点完成了感知层中协调器和节点终端的信息采集以及设备控制的软硬件设计,并详细设计了光照控制模块、温度控制模块和灌溉控制模块,最后进行了系统测试和分析。试验表明,该系统能有效监测温室大棚的空气温度、湿度、二氧化碳以及土壤湿度等农业环境信息,并能进行相应设备的自动控制,验证了AGCP协议在农业物联网的有效性以及构建系统的可行性。     

基于Proteus和Keil软件的温室环境监测系统开发

针对现有农业环境监控系统设计方式的不足,该文研究与开发了一套温室、大棚监测系统,用于测量空气温度、湿度及二氧化碳浓度。该系统引入Proteus与Keil软件联合调试的开发方式,采用C#语言构建了具有良好交互功能的上位机软件,引入Access数据库管理历史数据;解决了关键数据的处理、串口中断数据流的构建、Access数据库的设计、Proteus软件与上位机的通信等系统若干关键问题。系统实际运行良好,验证了所采用开发方式的有效性。     

基于GPRS的远程控制温室自动施药系统设计

针对温室环境施药劳动强度大,药雾对操作人员的健康影响严重的问题,该文研究开发了一种在温室(或温室群)中基于GPRS通信技术和集散控制原理的远程控制自动施药系统。采用多线程技术和socket编程技术设计了弥雾机远程管理系统软件,用户指令基于GPRS网络在上位机端与弥雾机端之间传输。根据弥雾机的不同工作条件定义了3种工作模式并设计了不同工作模式下的数据通信格式。弥雾机以STM32芯片为控制器采用Fuzzy-PID控制策略控制输出脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)信号,用SIM900A模块接收上位机数据。通过通信试验、弥雾试验及沉积试验对远程控制自动施药系统验证,结果表明:上位机软件能够准确向弥雾机发送控制指令,弥雾流量、总弥雾量误差分别在3.9%、5%以内,系统的反应时间约2.25 s,弥雾机速度设定为18 cm/s时雾滴沉积变异系数最小。该研究可为温室弥雾机的研制提供参考。     

基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端开发

针对温室农业控制的需要,开发了温室无线智能控制终端。该系统基于ZigBee无线网络,以Jennic公司生产的ZigBee无线微型控制器JN5139-M01模块为核心,整个无线传感器网络由无线生理生态监测节点、ZigBee温室无线智能控制终端和智能语音模块组成。无线传感器节点分布于温室的各个测量点执行各数据的采集、预处理和无线发送等工作,温室无线智能控制终端负责处理所有无线传感器节点采集的数据信息。智能语音模块能够根据采集到的信息及时提供生产指导建议。温室无线智能控制终端实现了对温室环境因子（土壤温度、叶片温度,光照、茎秆生长、土壤水分等）的数据采集和有效控制。通过试验验证,该系统运行稳定,并且操作简单,使用方便。     

基于改进多目标进化算法的温室环境优化控制

该文围绕温室环境控制问题,以温湿度2个主要环境因子为研究对象,建立了温室环境动态模型。设计1种基于改进的非支配排序多目标进化算法(modified non-dominated sorting evolutionary algorithm,MNSEA-II)的双比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制器的多输入、输出温室控制系统,以误差平方矩的积分型(integrated time square error,ITSE)为性能指标,使用多目标进化算法对其确立的目标函数进行寻优,求出Pareto最优解,进而对PID控制器的参数进行整定,使系统获得良好的控制性能。本文以Matlab/Simulink为仿真环境,对此温室控制系统进行了仿真研究。结果表明了温室模型的合理性和多目标进化算法优化的PID控制方法的有效性。     

基于Android系统的温室异构网络环境监测智能网关开发

为实现温室环境监测中异构网络的统一管理,该文开发了以Exynos4412为核心处理器的智能网关,设计了基于Android的智能网关应用软件。异构网络管理过程为:配置网关通信接口、数据采集单元、传感器数据流的字段描述等信息,建立基于XML的信息配置文件,数据接收线程根据配置文件描述与接收数据流逐字节段比对,实现传感器数值从数据流中定位、解析、数值转换得到监测参数实际值,并与监测参数ID组成键值关系,最终存储于SQLite数据库,提供接口给上层模块进行实时数据查询和历史数据查询。系统对Zigbee、RS-485、Wi-Fi3种异构网络进行了试验,14d的运行结果表明,智能网关实现了监测参数解析、存储和显示功能与配置信息描述实现了对应,满足温室环境监测异构网络的统一管理要求,具有较好的稳定性,可进一步扩展异构网络。     

相变蓄热墙体对日光温室热环境的改善

该文以北京市郊区某蔬菜种植基地日光温室为研究对象,将所研制的新型相变蓄热墙体材料应用于日光温室北墙内表面,通过提高温室墙体太阳能集热与蓄热能力,达到提高太阳能热利用效率和改善日光温室热环境的目的。采用40mm厚相变蓄热墙体材料板的试验温室与同尺寸的普通砖墙的对照温室比较,2010年12月21日至2011年1月18日的比较试验结果表明:草帘开启时段(白天),前者后墙表面温度平均提高1～2.7℃,耕作层(0～20cm)土壤平均温度提升0.5℃,室内环境平均温度提升0.2～2.1℃;草帘关闭时段(夜间),试验温室后墙表面温度平均提高2.1～4.3℃,耕作层土壤平均温度提升0.5～1.4℃,室内环境平均温度提升1.6～2.1℃。所研制的相变蓄热墙体材料较好地改善了温室作物生长热环境,提高了日光温室的太阳能热利用率。     

融合粗糙集和证据理论的温室环境控制推理决策方法

针对温室环境控制专家决策的需求,该文提出了一种融合粗糙集和证据理论的推理方法,建立基于粗糙集和证据理论的决策模型,模型推理流程包括连续属性离散化、专家决策表形成、属性约简、证据组合推理。首先采用模糊C均值聚类方法离散连续的环境指标数据,利用基于信息熵的属性约简算法对决策表进行优化,剔除专家知识中的冗余成分,然后引入证据理论组合优化后的指标,最后依据基于基本可信度分配的决策,判定温室应采取的控制方法。实例研究表明该方法能有效提高控制决策可信度,减小决策的不确定性,将其应用于温室环境控制决策具有可行性。     

日光温室土壤温度环境边际效应

为探索日光温室边际区域的界限和边际环境特点,在暖温带的河南省郑州市冬春季,选择当地有代表性的全钢架无支柱日光温室,实测了边际土壤温度,测试确定日光温室边际区域的界限点。结果表明：土温界点在不同时期是不同的。11月下旬土温界点距离南底脚105 cm。在最冷的1月,土温界点距南底脚270 cm。3月下旬,此界点距南底脚仅为45 cm。土温界点在一天中也是不同的。代表最冷季节的1月中旬最远界点出现在6︰00～8︰00,距南底脚285 cm,最近界点出现在15︰00～17︰00,距南底脚150 cm。边际区域的界点可作为日光温室优化设计的指标,并指导设施保护区域自然资源的充分利用。