基于MA-ARIMA-GASVR的食用菌温室温度预测

食用菌温室温度具有时变、非线性、多耦合特性,准确预测对稳定食用菌生产具有重要意义。本研究从挖掘温室历史温度数据时序信息角度出发,提出一种MA-ARIMA-GASVR组合方法建立温度预测模型,利用移动平均方法将历史温度序列分解成线性序列和残差序列,然后采用移动平均差分自回归模预测线性序列的趋势,再将移动平均差分自回归预测值、历史残差数据、历史温度数据作为支持向量回归模型的输入,并结合遗传算法优化支持向量回归模型参数改善其性能,从而获得更符合实际情况的温度预测值。最后选取实测温度数据作为训练集,对未来2d的温度进行预测验证。结果显示,MA-ARIMA-GASVR组合方法能更好地拟合原始温度数据,间隔1h的均方误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差分别为0.18、0.36和1.34,均显示本研究方法预测精度优于支持向量回归、遗传算法优化的支持向量回归单一模型,也优于未经移动平均以及未经遗传算法优化的组合模型;此外,间隔6h的均方误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差为0.29、0.52和1.95,说明本研究方法还能满足6 h以内的多步预测,为食用菌生产者预留更多调整时间。     

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     

基于模糊自适应控制的温室温度调控

为了实现温室在冬季时温度控制精度高、能耗小的目标。该研究提出了一种将热量平衡原理与模糊控制相结合的模糊自适应控制方法,在模糊控制器中加入基于热量平衡方程的输出隶属度函数修正模块,通过监测温室内外温度数据,在上位机中对模糊控制器中的输出隶属度函数进行自适应调整,最终使温室温度稳定在目标温度。结果表明,基于热量平衡方程式的温室温度模糊自适应控制系统具有较好的稳定性和准确性,在设置20℃为目标温度值的情况下,基于热量平衡方程的模糊自适应控制最终使温室温度稳定在(19.8±0.11)℃,一般模糊控制方法最终使温室温度稳定在(13.5±0.5)℃,无法达到目标环境温度值,而阈值控制最终使温室温度稳定在(20.0±0.85)℃;同时,基于热量平衡方程式的温室温度模糊自适应控制能耗较低,且能量利用率更高,模糊自适应控制能量利用率为45.97%,而阈值能量利用率仅为20.21%。研究提出的基于热量平衡方程的模糊自适应控制方法不仅满足温室温度调控需求,而且能够提高能量利用率,降低能耗。     

温室蔬菜生长发育模型研究进展

作物模型是进行作物生产精确管理的有力工具,对设施作物生产优化管理具有重要理论指导意义和应用价值.该文对国内外温室蔬菜生长发育模型的研究成果从功能模型、结构模型两个方面进行了阐述.对功能模型分别从叶面积、冠层辐射传输、光合作用、呼吸作用、干物质分配、产量形成的模拟以及生育期预测等方面进行了总结和评述.对结构模型,重点评述了从结构模型发展到结构-功能模型所取得的成果.最后讨论了研究中存在的薄弱环节以及今后的主要研究方向.     

温室封闭式栽培自适应灌溉方法

为了改进和提高温室封闭式栽培精细灌溉控制方法,针对利用Penman-Monteith(P-M)公式和传感器数据信息相结合进行灌溉控制中因为涉及参数较多而使用不便、需要近似计算导致建立的作物蒸腾模型精度不够等问题,该文根据封闭式栽培可以回收并循环利用多余灌溉水的特点,利用灌溉量与排出量的差值和温室小气候环境数据建立相对精确的作物蒸腾量计算模型,并在此基础上利用人工神经网络算法实现了温室封闭式栽培自适应灌溉控制,结果表明,在10 d内灌溉用水量为实际蒸腾量的97.8%,基本实现了按照作物需水量进行灌溉。研究对于实现按照作物蒸腾量进行准确的水分供给、节约灌溉用水量、提高水分利用效率具有一定的现实意义。     

温室番茄生长发育动态模型与计算机模拟系统初探

研究建立了以太阳辐射为基本驱动因子的温室番茄生长发育动态模型,并进一步开发出基于Windows的计算机模拟系统,该模型包括太阳辐射、C平衡分析、植株形态发育、干物质分配等重要模块,使模型具有较完善的功能。计算机模拟系统采用MS Visual Basic 6.0和PowerStation Fortran 4.0混合语言编程技术,使模拟系统在界面和功能上达到较好的统一。     

农业温室小气候动态模型研究与仿真

温室小气候具有非线性、强耦合、强干扰、时变等特点。基于热力学和传热学原理,以物质和能量守恒为原则,考虑室外温度、太阳辐射强度、风速和室内湿度等相关因素,建立了以PC板为主要材料的温室温度动态数学模型,采用迭代算法对数学模型中不易确定的参数（叶面积指数）进行了参数估计。以安徽农业大学农业试验园的PC板温室为例,基于Matlab平台,对该温室的数学模型进行了仿真验证。试验结果表明,该温室动态模型的计算输出与实测数据基本吻合,具有较好的通用性。     

玻璃温室和塑料大棚内逐时气温模拟模型

2014-2016年在江苏省不同地区选择塑料大棚和玻璃温室进行设施内气温监测,基于设施内日最高和最低气温,采用余弦分段函数、正弦分段函数、正弦-指数分段函数、一次分段函数和神经网络模型分别模拟不同季节和不同天气状况（晴天和阴雨天）下的逐时气温日变化,探究利用室内最高和最低气温模拟计算逐时气温的方法,以及设施内逐时气温日变化规律。结果表明：5种模型均可通过当日最高、最低气温模拟逐时气温变化,其中神经网络模拟精度较高（RMSE=0.69℃）,并且受温室类型、天气状况和季节变化的影响较小,普适性较高;正弦-指数分段函数模拟效果最好（RMSE=0.43℃）,且受天气和季节的影响较小,但其受温室本身特性和地区的影响较大;余弦分段函数（RMSE=0.85℃）和正弦分段函数（RMSE=0.78℃）模拟效果相近,且受天气和地区的影响;一次分段函数准确度较低（RMSE=0.90℃）且误差变化较大。各方法对塑料大棚内逐时气温的模拟精度均高于玻璃温室。模型模拟精度的季节变化因模型和温室类型有一定差异,但通常情况下,春季和冬季的模拟误差大于秋季,夏季误差最小。     

温室系统综合动态模型的研究

该文将温室中的作物生长、环境控制和经济分析置于一个大系统下进行研究，根据光合速率、环境控制和控制成本三个子模型以及它们之间的关系构造了温室的综合动态模型；将大系统控制论中的“分解—协调”方法应用于求解温室系统的全局最优化问题，得出了在不同的外界气侯条件下同时满足控制效果较好和控制成本较低两个条件的最优综合环境控制方式。     

中国畜牧业温室气体排放的脱钩与预测分析

面对日益严峻的温室气体排放形势,中国做出到2030年左右二氧化碳排放达到峰值的承诺,其中畜牧业成为重要减排领域,因此,研究中国畜牧业温室气体排放现状及趋势尤为必要。基于2000-2014年省级面板数据,在参考《省级温室气体排放清单指南》测算畜牧业温室气体排放量基础上,借助Tapio脱钩模型分析畜牧业温室气体排放与经济发展之间的关系,采用LMDI模型分解其影响因素,并构建不同情景对2020年畜牧业温室气体排放目标进行分析。研究结果表明：畜牧业温室气体排放量总体呈下降趋势,非奶牛减排明显,是下降主因,但其仍处于50%水平之上,排放量达18 180.54万t;羊、生猪、奶牛排放量增加,分别为7 072.56万t、6 202.69万t、4 359.97万t。畜牧业温室气体排放脱钩效应比较理想,全国以弱脱钩状态为主,但经历波动变化、相对平稳、持续上升3个发展阶段,脱钩状态不稳定。综合效应在国家层面呈倒“U”型特征,但在省份间差异明显;生产效率效应是国家和省份减排的最大贡献者,经济发展效应则是增排的最主要推动因素;综合效应差异主要来自产业结构效应和劳动力效应的不同。2020年畜牧业温室气体排放远超管控目标,预测区间端点值分别超过目标12.84%和34.71%,减排压力大。因此,应调整产业结构,适当进口畜产品;针对不同地区脱钩状态差别化治理,提高养殖效率;明确畜牧业减排目标,分解管控任务。     

基于温度积分算法的温室环境控制方法

温室环境控制领域所研究的大多数智能控制算法复杂程度较高,不适宜实际生产应用,生产型温室大多采用设置静态工作点模式进行简单的环境控制,这种模式无法根据环境变化进行自动调整,浪费了大量的能量。针对这一问题,提出了基于温度积分算法的温室环境控制方法,根作物种类和生长阶段确定期望平均温度值,将全天24 h均分为长度更短的若干时间片,然后利用温度积分原理对每一时间片的温度调节点进行计算,根据得到的温度调节点结合当前实际温度进行环境控制。仿真试验表明,在保持温室内实际平均温度相同的情况下,利用温度积分算法对温室进行环境调节所消耗的能量为静态工作点的模式的64.43%。该方法计算量相对较小,适用于普通的温室环境控制器,能够简单有效地实现节能控制。     

基于天气预报的日光温室夜间逐时气温预测模型构建

为得到一种可行的日光温室夜间逐时气温预测方法,从而提高主动集放热系统的适应力,该研究尝试从中国天气网发布的天气预报中获取试验地点72 h天气状况、室外气温等气象信息,同时将爬取筛选的天气状况简分为晴天、多云天以及阴天三类,并基于多元线性回归、支持向量机回归和随机森林回归方法,选取2020年11月－2021年2月中晴天、多云天和阴天各25 d的数据作为训练集,选取训练集外的三种天气各10 d的数据作为测试集,分别构建了三种天气状况下温室内夜间逐时气温预测模型。该研究使用均方误差（MSE）和决定系数（R2）对各类模型预测精度进行评价：晴天和多云天时,随机森林回归模型预测精度最高,MSE、R2分别达到了0.37、0.94和0.05、0.98,而阴天时支持向量机回归模型预测精度最高,MSE、R2分别达到了0.40、0.87;根据不同的天气状况选用精度最高的回归模型进行气温预测,经验证预测气温和实测气温的变化曲线拟合度较高,单因素方差分析显示两者间无显著差异（P＞0.05）,在晴天、多云天和阴天MSE分别为0.19、0.19和0.15,R2分别达到了0.98、0.95和0.90,平均绝对误差依次为0.1、0.3和0.3℃。因此,该研究所构建的基于天气预报的日光温室夜间逐时气温预测模型预测精度较高,可以为主动集放热系统放热策略的制定提供指导。     

温室温度控制系统不确定性与干扰的灰色预测补偿算法

温室温度常规控制方法的控制效果依赖于被控对象模型精确度和干扰测量精确度.而温室系统不确定性、不精确性、时变性和多扰动等特性使温室精确模型很难获得、且干扰很难精确测量.为此,该文采用灰色预测补偿算法对温室对象上述特性进行预测补偿,其优点是可避开温室对象不确定性和干扰因素所带来的在获取对象模型时无法避免的理论和技术上的障碍,摆脱了控制算法对模型精确度和干扰测量精确度的依赖.仿真及实际运行情况均表明,该算法可达到较好的控制效果,控制精度明显提高.统计分析显示,表征不确定性与干扰的灰参量估计值与真值的相关系数分别为0.9968、0.9804、0.9938,决定系数分别为0.9935、0.9585、0.9871;灰参量绝对误差均值为-0.11510、-0.26733、-0.31035,方差为0.05150、0.16324、0.09474,相对误差均值为-1.68%、-8.06%、-8.73%,方差为0.01368、0.00533、0.00581;实测温度曲线与仿真温度曲线相关系数为0.973972,决定系数为0.948621.由于有效地减弱或消除了温度调节过程中的超调和振荡,能耗明显降低,既满足了温度变化的预期要求,又可实现节能.     

不同含水率下日光温室土壤温度变化规律的峰拟合法拟合

为了探讨中国西北寒冷干旱地区冬季日光温室内土壤含水率和温度变化规律,该文对内蒙古呼和浩特市日光温室内土壤温度和含水率进行了测试,并利用峰拟合法对不同含水率下的土壤温度进行了拟合。试验表明,在强蒸发条件下,随着土壤温度的升高,土壤非饱和导水率提高,从而将干湿发生面下方的液态水引入干湿发生面。峰拟合函数的最小拟合度为0.95907。通过计算得知,降低含水率能提高白天和夜间的土壤平均温度。验证估计Extreme函数得知,只要确定偏移y0、中心xc、宽度w、幅值A即可得土壤温度对时间的变化函数。该方法可以有效地减少测试点的数量,并把离散的数据点转化为连续函数从而进行微积分分析,提高检测效率。     

温室环境分析中冬季室外气温日变化及数学表达

在温室热环境准确的动态分析中室外逐时气象数据是不可缺少的,但系统完整的室外逐时气温气象观测资料相对较少,为此,该文研究了2009－2011年冬季1月份室外气温的日变化规律。根据连续2 a的观测数据,分析了华北5省区2009－2011年1月份室外气温的逐时变化情况,并归纳出根据日最高气温和日最低气温采用温度逐时变化系数计算逐时气温的方法。结果表明,该方法所得的室外逐时气温模拟结果与实测温度较为吻合。在此基础上,采用傅立叶级数展开的方法,给出了推算冬季任意时刻室外气温的数学表达式。该文为温室环境的精确模拟分析提供详尽的室外温度数据。     

温室黄瓜叶片光合速率的类卡方模型

为了精确模拟不同光照下温室黄瓜光合作用的变化规律,提出了一种类卡方模型（QCSM）进行建模。使用Li-6400便携式光合测定系统测定了温度分别为16℃、20℃、24℃、26℃、28℃、30℃和光量子流通量密度（PPFD）为0～ 2000 μmol/(m2?s)动态条件下温室黄瓜叶片净光合速率（Pn）,以Pn测定值为基础对QCSM参数进行了模拟。结果表明：QCSM拟合得到的黄瓜叶片净光合速率估计值 与实测值Pn相符。经过前一年的数据验证,模型精度较高,拟合优度达0.9908,残差标准误差（RSE）为0.4537。与负指数模型（ME）相比,QCSM净光合速率估计值与实测值较接近,同时,QCSM能得到包括光饱和点、补偿点、最大光合速率、暗呼吸、表观量子效率等在内的五个光合作用参数值。与非直角模型（NRH）相比,由QCSM估计的光饱和点、补偿点、暗呼吸与实际较接近。     

基于灰色预测的温室地源热泵系统温度变频调控及验证

地源热泵空调系统已是一种成熟的温室温度节能控制设备,但尚有通过改变运行方式节约能源的空间。为此,针对温室温度纯滞后、非线性、强耦合难以精确建模的特点,引入灰色预测的方法对温室温度进行建模,并设计控制器对地源热泵循环泵进行变频调控。其系统是：设计引入温室温度灰色预测的控制器,根据温度预测值和设定值之差决定地源热泵循环泵的工作频率,以确保系统合理运行,降低运行能耗。由2015年1月15日和2015年1月16日的试验表明,引入灰色预测对地源热泵循环泵进行变频调控比改造前节约了24%的能源。该方法提高了循环泵的控制品质,而且在温室温度适应范围的前提下,较好地达到了节约能源的目的。     

日光温室内传热筒与空气间的换热量及对气温的影响

为探讨热风炉加热期间日光温室内的热量分布规律,根据传热学原理,分析了日光温室加温期间热风炉传热筒与空气间的热量交换量。结果表明,距离炉体越远,日光温室传热筒外壁温度越低,并对筒外壁的递减趋势进行模拟。筒外壁与温室空气间的自然对流换热量和塑料筒放热孔与室内空气的换热量相当。塑料筒上放热孔的数量越多,其与温室空气的换热量也越大。热风炉的位置对室内气温的影响较大,热风炉所在一侧的气温要明显高于远离热风炉一侧的气温,在同一剖面内,夜间加温时气温的分布规律呈现出上部气温高于下部气温,1 m以下南侧气温高于北侧气温的趋势,1 m以上有相反的趋势。通过研究,为日光温室热风炉科学合理地安装与配置提供一定参考。     

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。