双孢菇工厂化生产环境因子调控系统设计

双孢菇工厂化生产中环境因子是影响双孢菇的生长发育的主要因素。为此,针对双孢菇高效工厂化生产对环境条件的要求,开发了控温、调湿装置,设计了多因素模糊控制策略,实现了环境温湿度、培养料土温湿度的综合调控。试验结果表明:系统正常运行状态下,培养料土温度控制偏差小于0.7℃,温度上升响应速度大于0.4℃/h;环境湿度调控偏差小于3.5%,湿度上升响应速度大于5%/h;喷淋后培养料土各点位均处于最适含水量范围,含水量标准差约为4.04%。所设计环境调控系统整体性能稳定可靠,能够满足双孢菇生长所需环境要求。该系统可为双孢菇工厂化生产环境自动精准调控提供技术支撑。     

蔬菜工厂化生产中夏秋季环境因子的合理调控

在自行设计和自行研制的温室无土栽培系统中进行了蔬菜营养液循环栽培试验，对夏秋季环境因子调控效果，调控指标及相适应的生产技术特点进行了探讨。     

光环境调控在蔬菜育苗中的应用研究

蔬菜幼苗质量的优劣直接影响定植后植株生长发育及产量品质的形成,培育壮苗是实现蔬菜早熟丰产的关键。光环境调控技术是一项环保、经济有效而且简便易行的新方法。为此,从光质、光照强度及光周期3个方面总结了光环境调控在蔬菜育苗中的应用研究进展。     

基于PLC的光调控植物跟踪生长系统

利用植物生长过程中所需光环境三要素光照强度、光质、光周期的研究方法,为解决密闭农业生产系统的最优光照问题,设计了一种基于PLC的光调控植物跟踪生长系统,主要分为上位机和下位机。下位机的设计采用了PLC中的PWM脉宽调制方法,可智能化的对光环境三要素进行调控,在温度调控方面采用了模拟量输入模块。上位机采用了组态王kingview6.53软件可视化操作界面,既能在界面上选择相应植物光环境生产线,又可实时监控植物生长情况。实验结果表明:系统不仅可使光环境因素可控,而且大大降低了植物的生产成本,为密闭农业生产系统的实际生产提供了有效解决措施。     

基于植物电信号的环境因子预测模型

以采集的植物电信号为生理指标,综合分析其时域、频域和时频域中的典型特征值,利用学习速度快、泛化性能好的极限学习机算法,以电信号的多个特征及环境参数作为输入量,建立适合植物生长的环境因子（温度、湿度、光照度）预测模型。结果表明：通过对采集的碧玉叶面电信号进行不同域的分析,得出植物电信号属于低频微弱信号;利用极限学习机(ELM)分别对适合碧玉生长的温度、湿度及光照度3个环境因子建立预测模型,通过与传统的BP神经网络对比,ELM算法下的均方根误差小于0.97,而决定系数大于0.92,训练所需的时间低于0.03s,验证了此方法的可行性,为科学指导温室环境因子调控提供科学依据。     

CFD数值模拟技术在温室环境因子调控中的应用

为了给作物提供适宜的生长环境,使作物免受外部气候条件的影响和虫害的入侵,控制温室内部的微环境十分重要。温室内部的微环境包括温度、湿度和通风速率等环境因子,对作物生长起着至关重要的作用。计算流体力学（CFD）作为一种数值模拟仿真技术,近年来已经广泛用于温室内微环境的模拟,利用CFD对温室内微环境进行模拟,实现温室内流场分布的可视化,有利于优化和改善环境调控措施。讨论了近年来国内外有关CFD在温室通风降温中的研究概况,介绍其在温室微环境模拟中的发展现状、面临的挑战及未来的应用前景。      

融合黄瓜光质需求的设施光环境智能调控模型

设施光环境是影响作物生长发育的重要因素之一,其包括设施光强和光质。不同温度下,两者与光合速率存在显著的互作关系,建立融合作物光质需求的设施光环境智能调控模型,是设施农业环境调控急需解决的问题之一。本文以黄瓜为试验材料,设计了温度、光照强度、光质比嵌套的植株净光合速率测试试验,获取了多因子耦合的试验样本,并利用支持向量机建立了融合黄瓜光质需求的光合速率预测模型。其次,提出了基于粒子群算法的光照强度和光质比寻优算法,获取了不同温度条件下最适合植物生长的光照强度和光质比。最后,基于寻优结果,利用偏最小二乘回归法构建红蓝光目标值调控模型。验证结果表明,光合速率预测模型训练集数据和测试集数据的拟合度分别为0. 997 1和0. 996 9,均方根误差分别为0. 363 0、0. 436 7μmol/(m~2·s)。红、蓝光目标值调控模型均方根误差分别为15. 087 8、10. 138 3μmol/(m~2·s),可满足调控模型精度要求。其调控效果相比于传统固定光质比调控模型有明显提升,为有效地进行设施光环境调控提供了重要依据。     

基于SVM-ACO算法的光环境优化调控模型

设施光环境优化调控是提高作物产量与品质的关键,而光饱和点决定作物利用光的能力。因此,如何根据温度、CO_2浓度变化实现光饱和点的动态获取是设施光环境调控技术发展的重要问题。针对上述问题,本文提出基于支持向量机—蚁群算法(SVM-ACO)的黄瓜光环境优化调控模型。通过多因子嵌套试验获得不同光光量子通量密度、CO_2浓度、温度组合条件下的光合速率值,利用支持向量机算法建立光合速率模型,设计基于连续蚁群寻优算法获取光饱和点并以其为调控目标,建立全范围温度、CO_2浓度下的光环境优化调控模型。调控模型可实现光饱和点的动态获取,且模型决定系数为0.995,均方根误差为15.73,为设施光环境高效精准调控提供了理论依据。     

温室生产系统环境控制算法综述

温室是实现作物优质高效生产的重要设施,可以在一定程度上克服传统农业难以解决的限制因素,消除对作物生长不利的环境条件,使其部分或者全部脱离外界气候条件及土壤因素的制约,达到作物高产出、高质量、高效益和工厂化生产的目标。先进温室生产系统的标志之一是可基于温室环境控制系统进行温室生产过程调控,为作物构造合适的生长环境,以提高产量,改善质量。温室生产过程性能的好与坏取决于控制算法。在检索中外文献基础上,介绍了目前控制算法的类型、存在的问题、改进措施和未来发展趋向。      

基于神经网络的温室光环境调控模型改进研究

温室种植在我国应用很普遍,主要原因是温室的保温性能得到了广大种植户的青睐。然而温室在不同的光照条件下室内外温差较大,由于光照引起的温室种植损害事件屡有发生,因此根据光照对温室进行科学控制与搭建有着重要的意义。文章首先根据实验基地的大棚结构,设计4种模型,根据温室自身结构特征分析不同模型下温室地温和气温的变化特征,基于不同距离光照强度对比与不同温室内连续三天气温日变化比较,引入激励函数的离散值,通过误差纠正学习使得输出值趋于最优化,根据仿真曲线,可以准确判断温室光环境的强度及影响,输出时结果稳定性接近于正常状态,具有很强的实用性。     

家禽LED光环境调控新技术教学与科研探索

家禽LED光环境调控新技术已成为现代物理农业工程的重要方向。介绍了浙江大学农业工程学科在家禽LED光环境调控新技术方面的教学与科研探索,包括多学科交叉的课程体系、多层次教学与科研训练体系、多方位的产学研合作体系和多形式的国际交流体系,以期为现代物理农业工程其他技术方向的教学与科研发展提供有益的借鉴。     

基于改进型鱼群算法的番茄光环境调控目标值模型

针对光温耦合条件下番茄光环境调控目标值难以快速、精确获取的问题,在光温嵌套光合速率试验结果基础上,为提高人工鱼群算法寻优速度,基于视野和步长动态调整思想,提出了改进型鱼群算法的光温耦合寻优方法,对不同温度下光饱和点进行快速精准寻优,建立了番茄光环境调控目标值模型,模型决定系数为0.999 9。验证试验结果表明,不同温度下光饱和点的模型计算值与实测值高度线性相关,相关系数为0.988,最大相对误差在±2%内,明显优于遗传算法构建模型的相对误差(±6%)。快速、动态获取不同温度下光饱和点,对设施光环境精准调控效率具有重要意义。     

基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统

光是植物进行光合作用的主要能量来源,光照好坏直接影响作物的产量和品质。本研究针对现有植物补光系统多以功能叶光合能力为基准进行冠层补光,导致冠层新生叶光抑制、株间功能叶位补光不足以及补光位置不能适应作物生长进行动态调整的问题,以黄瓜为研究对象,设计了一种基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统。该系统由智能控制子系统、冠层-株间LED补光子系统、冠层-株间环境监测子系统和补光灯升降子系统组成,通过ZigBee技术实现各子系统间无线通信。其中冠层-株间环境监测子系统分别获取冠层和株间环境信息并发送至智能控制子系统,智能控制子系统根据环境实时信息调用冠层调控模型和株间适宜叶位调控模型获得相应调控目标值,并将其下发至冠层-株间补光灯,实现冠层与株间补光灯的动态实时调控。在陕西省泾阳县蔬菜产业综合服务区蔬菜基地分别部署立体补光设备和传统冠层补光设备,并进行系统调控效果验证试验。结果表明,立体补光区黄瓜植株的株高和茎粗显著增长,其中相比传统冠层补光区平均株高、茎粗分别增长了8.03%和7.24%,相比自然处理区平均株高、茎粗分别增长了26.51%和36.03%;在一个月的采摘期内,立体补光区相比传统冠层补光区和自然处理区产量分别提升了0.28和1.39 kg/m²,经济效益分别增加了2.82和4.88 CNY/m²,说明立体光环境调控系统能够提高经济效益,具有应用推广价值。     

基于ZigBee无线传感器网络的植物工厂环境调控系统

以太阳光和人工光并用型植物工厂为研究对象,采用ZigBee无线传感器网络技术、嵌入式技术和Web技术,设计一种适合植物工厂的环境调控系统。在保证功能实现的前提下,相对传统的温室环境监控系统而言,具有易于安装、维护方便、灵活性强和价格低廉等优势,为植物工厂的环境数据监测提供了一种全新的实现方案。     

环境因子对温室甜瓜蒸腾的驱动和调控效应研究

为探明温室环境对甜瓜蒸腾的驱动和调控机理,以土壤相对含水率、空气温度、相对湿度和光辐射量为试验因素,按四因素五水平二次回归正交旋转组合设计,测定了不同环境因子组合下甜瓜叶片蒸腾速率和气孔导度。利用水量平衡法控制土壤含水率,用Li-6400型光合仪叶室控制温度、相对湿度和光辐射量,定量分析了瞬时尺度上土壤和气象环境因子对甜瓜叶片蒸腾速率影响的的主效应、单因子效应、边际效应和交互作用,建立了环境因子驱动的蒸腾速率模型。研究结果表明:除相对湿度外,土壤相对含水率、空气温度和光辐射量对蒸腾速率均为正效应,其中土壤相对含水率和空气温度的单因子效应趋近线性函数,光辐射量和相对湿度的单因子效应分别为开口向上和向下抛物线函数;土壤相对含水率和空气温度的边际效应随编码值的递增变化较平缓,且在试验编码范围内均为正效应,光辐射量和相对湿度对蒸腾的边际效应随编码值的增加分别呈显著递增和递减趋势,其正负效应临界编码值分别为-0.69和-1.49;环境因子对蒸腾的影响存在交互作用,表现为协同促进或拮抗调控作用,大气水汽压亏缺是环境影响蒸腾的重要中转因子,在瞬时尺度叶片蒸腾的调控中起主导作用。     

融合叶位光合差异的设施黄瓜立体光环境优化调控模型

黄瓜整株光合积累不仅与温度、CO2浓度、光照强度有关,而且与不同叶位的光合特性显著相关,实现不同叶位需光参数动态获取,是设施黄瓜立体光环境优化调控亟待解决的问题。本文提出了融合多智能算法的黄瓜立体光环境优化调控模型,设计了多因素嵌套实验获取多维样本数据,构建耦合叶位、温度、光照强度、CO2浓度的回归型支持向量机光合速率预测模型;基于粒子群算法进行光饱和点寻优,获取不同环境条件下不同叶位的目标光照强度;采用回归型支持向量机算法,针对目标光照强度构建立体光环境优化调控模型。结果表明,本文所提方法可动态计算作物整株不同叶位不同环境因子作用下的目标光照强度,模型决定系数为0. 999 3,均方根误差为2. 349μmol/(m~2·s),进一步分析不同叶位叶绿素含量与光合特性关系,证明两者具有强关联性,研究对提高设施藤蔓类作物立体光环境调控效率具有重要意义。     

家禽规模养殖LED光环境调控技术进展与趋势分析

家禽视觉系统高度发达,LED光源优点突出,两者协同创新并正在迅速形成新的交叉领域。综述了具有代表性的家禽——鸡规模养殖LED光环境调控技术的研究现状。在肉鸡方面,通过LED的光色、光照度与光周期等因子的调控,可影响小肠黏膜结构来提高营养吸收和促进生长,通过影响卫星细胞增殖及肌肉纤维发育提高屠宰性能与鸡肉品质,同时影响行为和健康,增强免疫力,降低死亡率和疾病发生率等。在蛋鸡和种鸡方面,通过对光环境进行调控,可影响其饲料消耗,并促进促黄体素和促卵泡素等激素的释放来影响性成熟、开产日龄、产蛋率等,同时提高种鸡的受精孵化率,改善鸡蛋品质情况,有效降低啄癖现象。最后,分析了家禽规模养殖LED光环境调控技术存在的问题,并对发展趋势进行了展望。     

宁夏平原沟渠湿地植物群落分布的主要环境因子影响分析

从植物群落的基础样方调查出发,研究了宁夏平原沟渠湿地植物群落分布的主要影响因子及其相互关系。结果表明:宁夏平原沟渠湿地的植物群落分布主要受到水分、有机质、盐分和土壤pH的影响。其中,水分是其最主要的环境影响因子,其次是有机质,盐分和pH。盐分和有机质分别对群落的生物多样性和平均高度两个群落数量指标有着显著的影响,分别用Y=0.08×17.731x(R2=0.219*)和Y=0.679x-0.068(R2=0.207**)两种曲线方程拟合,进而将环境因子和群落数量指标量化。     

畜禽设施精细养殖中信息感知与环境调控综述

畜禽设施精细养殖是现代畜牧业发展的前沿领域,其核心在于物联网与传统设施养殖的深度融合。近年来,随着传统家庭式养殖模式逐渐退出,中国畜禽养殖场的管理方式已逐步迈向集约化、规模化和设施化,基于养殖动物个体管理和质量保障且满足动物福利要求的畜禽设施精细化养殖已成为畜禽养殖业的最新发展趋势。本文在阐述畜禽设施精细养殖信息感知与环境调控的重要性的基础上,介绍了信息感知与环境调控相关前沿技术,分析了面临的问题与挑战,指出智能传感器技术将成为推动畜禽设施精细养殖进步的底层驱动技术,兼顾畜禽福利和生产性能的动物拟人化智能调控技术和策略等是面临的重要挑战。最后,就中国畜禽设施精细养殖关键技术如何落地提出了相关建议,旨在为中国畜禽设施养殖业的转型升级和可持续发展提供理论参考和技术支撑。     

CFD技术在人工光植物工厂的应用前景

计算流体力学软件(Computational Fluid Dynamics,CFD)是以电子计算机为工具的软件系统,它可以准确的模拟密闭环境内的温度和气流分布,目前广泛应用于航空航天、船舶、环境、建筑等多个领域。人工光植物工厂作为现代农业的发展形势,具有安全卫生、高质高产、环境可控等优点,但由于造价高,资源消耗大,无法广泛推广。利用CFD技术分析植物工厂内温度和气流场不仅可以减少运行能耗,同时稳定的环境还可以保证植物的产量。本文主要介绍CFD技术在农业领域的应用,分析其未来在植物工厂的前景。