基于图像技术的温室光分布研究

温室内光照环境对作物生长有重要影响,然而受温室形状、方位、覆盖材料、天气等各因素的影响,温室内光分布一直是研究的难点。该文提出基于计算机视觉技术和基于图像的光照技术来采集温室内真实环境的光分布,通过高动态范围图像的制作,以及从图像中的光源信息的提取,得到温室内光分布的辐射度图,该图能够真实反映不同天气情况下以及一天中不同时刻、不同方向的光照强度分布,能较好地模拟场景周围的自然光照。该研究将为温室内复杂光源分布的获取和作物冠层顶部入射辐射的研究提供准确的光照模型。     

基于CFD的两连跨日光温室热环境模拟

相比单跨日光温室,两连跨日光温室具有单位面积建造成本低,土地利用率高等优势,为深入了解两连跨日光温室热环境性能,该研究基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)构建了相同结构参数和构造材料的单跨和两连跨日光温室热环境模型。通过试验测试两连跨日光温室内的环境温度和各围护结构表面热流,并与CFD模拟的温度场进行对比,结果表明模拟数据与实测数据吻合度较高。在此基础上,基于该CFD模型分别对两连跨和单跨日光温室热环境进行模拟,并提取各围护结构表面热流和温度、土壤温度和空气温度进行对比分析。结果表明,在相同外界气候条件下,两连跨日光温室比单跨日光温室夜间气温高1.7～3.8 ℃,土壤温度高2.9～3.0 ℃,墙体内表面温度高2.9～7.9 ℃;两连跨日光温室的土壤和墙体在夜间,持续向南侧棚室放热,热流稳定,热流密度分别为7.11～8.59、12.65～15.19 W/m²,分别比单跨日光温室土壤、墙体表面热流密度高0.76～2.42,9.71～14.36 W/m²。相比单跨日光温室,两连跨日光温室地表土壤温度和室内气温波动较小,热环境调节能力明显提升。该研究结果为两连跨日光温室的结构优化、耕种管理等提供参考。     

日光温室作物热环境模拟及分析

针对日光温室实际生产管理中的气象保障问题，该文从传热学的基本原理出发，考虑了温室内作物对热环境的影响，建立了日光温室内作物生长情况下的温度预测数学模型。将温室内部系统分为5个部分，建立了5个方程，联立方程组，运用高斯主元素消去法对方程组进行求解，对各个面的温度进行模拟，并对模拟结果进行了分析。用试验温室的实测资料对模拟结果进行了验证，结果表明所建模型模拟效果较好，室内气温的平均绝对误差为0.9℃，平均相对误差为5.1％，模拟的精确度较高，可以为温室生产管理提供科学的气象依据。本文还对模型模拟误差产生的原因进行了分析。     

两种风向下单栋塑料大棚内自然通风流场模拟

为分析塑料大棚的侧窗和山墙门对单栋塑料大棚内自然通风的影响，该文运用CFX流体动力学分析软件对简易单栋塑料大棚内的自然通风情况进行了三维稳态模拟。外界风向分别取平行于大棚屋脊和与屋脊夹角15°两种情况。模拟结果显示：当风向与屋脊平行时，室内流场在稳定状态时基本上沿屋脊的中心纵截面对称，室外气流从山墙门和两边侧窗的前半部分进入大棚内，从后半部分的侧窗处流出，气流在大棚中心地带的流速较高，而在侧窗附近流速较低。大棚顶部和后部气流变化比较复杂；在风向与屋脊成15°夹角情况下，室外气流从侧窗的迎风处、背风侧窗的前部和山墙门进入，从背风侧窗处流出，室内气流场有一个明显的偏转过程。从侧窗流入的气流和山墙门流入的气流相遇后在大棚内形成了各种程度的涡流，使得大棚内气流分布较为复杂。室外风向对单栋塑料大棚内气流场的形态有明显影响。     

外遮阳对连栋塑料温室内光环境的影响研究

为探索外遮阳网材料对温室内光环境的影响，借助热辐射的相关理论，在详细分析太阳辐射在温室内传播过程的基础上，建立了在外遮阳覆盖条件下连栋塑料温室内光环境的预测模型。通过对相同透射率、不同反射率外遮阳材料覆盖下模型温室内光照度的测试显示：模拟结果和实测值吻合较好，且遮阳网的反射率越高，温室内光照环境越好。     

温室土壤食物网静态和动态结构特征

Soil food web structure is fundamental to ecosystem process and function; most studies on soil food web structure have focused on agro-ecosystems under different management practices and natural terrestrial ecosystems, but seldom on greenhouses. This study explored the static and temporal variability of soil food structure in two greenhouses of Shandong Province, North China over a two-year period. The static properties were measured directly by surveying functional group composition and a series of parameters portraying the species properties, link properties, chain properties and omnivory properties of the web, as well as indirectly through calculation of nematode indices, enrichment index （EI）, structure index （SI）, and channel index （CI）. The dynamic variability of greenhouse soil food structure was described by the dynamics of functional groups, Bray-Curtis （BC） similarity and cluster analysis. The results showed that the greenhouse soil food web contained 14 functional groups, with microbes having the highest mean biomass, followed by protozoa. Of the three functional groups of protozoa, flagellates were the dominant group on most sampling dates, amoebae only became the dominant group during the summer, while ciliates were the least prevalent group. All nematodes were assigned into one of the four functional groups, bacterivorous, fungivorous, herbivorous and omnivorous, and the fungivorous nematodes had the lowest mean biomass. Mites were assigned into three functional groups and the omnivorous noncryptostigmatic mites were the dominant group. All the functional groups showed significant seasonal changes. The soil food web connectance was 0.15, the maximum food chain length was 5, and the average food chain length was 3.6. The profiles of the EI and SI showed that the food web was resource- depleted with minimal structure. The results of CI indicated that the bacterial decomposition pathway was the dominant pathway in the food web of the greenhouse soils studied and the results of BC similarity showed that the soil food web had higher variability and instability over time. The cluster analysis showed that the functional groups located at high trophic levels with low biomass were in a cluster, whereas those at low trophic levels with high biomass were closer. Compared with the food web structure of agroecosystem and natural terrestrial ecosystem soils, the structure of greenhouse soil food web was simple and unstable, which was likely driven by high agricultural intensification, particularly over application of fertilizers.     

温室环境信息采集系统的USB接口设计

通用串行总线USB(Universal Serial Bus)具有支持热插拔、传输速度快、可靠性高、可扩展性强等优点,作为一种通信接口规范,它被广泛地应用于PC机和外围设备的通信系统中。设计了以AT89C52为MCU,基于USB芯片PDIUSBD12的温室环境信息采集系统,实现了对温室环境的温度、湿度、光照和二氧化碳浓度等各项参数的测定,并设计开发了该接口芯片的固件程序,操作系统驱动程序和主机应用程序。驱动程序采用WDM驱动程序模型,实现了USB设备的热插拔和访问操作。应用程序采用VC++ 6.0为开发环境,把USB设备当作文件来操作,实现了数据的批量传输,大大提高了传输速度。     

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。     

长期施用不同基肥对日光温室土壤环境的影响研究

试验研究长期施用不同种类基肥对日光温室土壤理化特性以及生物环境的影响结果表明:秸秆有机肥处理土壤物理性状良好,土壤速效养分含量、土壤酶活性及放线菌数量较高,细菌和真菌数量比值(B/F)稳定,综合土壤肥力在3个处理中最高;长期施用膨化鸡粪处理土壤酸化快,土壤养分含量处于中等,土壤酶活性较高,土壤细菌和真菌数量增多,可能会引起致病菌的增殖;缓释肥作为基肥施用,可加速土壤速效养分积累,但土壤有机质含量较低,土壤酶活性和微生物活性都不高。生产上应该根据实际情况,利用有机-无机肥料的配合施用以达到理想效果。     

温室环境机电控制系统设计

本文在总结分析了温室智能控制技术的基础上,设计了以8031单片机为核心,并扩展8155I／O芯片的日光温室环境机电控制系统的软件部分。该系统在初始设定的基础上,对温室内温室、湿度、光照实现自动控制。     

日光温室热环境模拟模型的构建

该文建立了日光温室热环境模拟模型,定量描述了日光温室内的太阳辐射、对流换热、辐射换热、热传导、自然通风和水分相变带来的潜热对日光温室热环境的影响,根据质能平衡和传热学理论,得到一组关于覆盖物、室内空气、温室分层后墙、分层地面土壤、分层后坡和作物热平衡的微分方程组。利用MATLAB的强大计算能力与VB的良好用户界面建立模拟计算软件,可求得温室各组成部分的温度。通过试验验证,该模型能够比较准确预测日光温室环境温度。     

地面加热系统温室热环境测定与经济分析

温室加热系统对温室冬季耗能有一定的影响。地面加热系统能够合理地利用加热系统的供暖热能，使之充分有效地供给座落在地面上的植物，并降低植物冠层上部温室空间的气温，减少了温室的能耗，这也是温室冬季节能的一种非常有效的方法。该文研究了应用地面加热系统的温室热环境，测试结果表明，温室有较好的空气温度分布。温度水平分布均匀，南北方向上温度差异在1℃左右；温度垂直梯度分布为从地面附近到保温幕下气温逐渐降低，但温度降低幅度比较小，在1℃以内，与传统加热方式的保温幕下高地面附近低的温度垂直梯度分布有明显不同。温室夜间植物根部温度在19～25℃。与传统加热方式相比，采用地面加热的温室热环境比较有利于植物生长。该文还以传统加热系统为比较对象，简单分析了地面加热系统的节能效果、散热器投资和运行效益，结果表明地面加热系统比传统加热系统节约能源28%，散热器投资费用可以节省34.1%，每年降低运行费用3万多元。     

基于GPRS和WEB的温室环境信息采集系统的实现

针对农业对象具有的多样性、多变性、以及偏僻分散等特点,提出了一种基于GPRS和WEB技术的远程数据采集和信息发布系统方案。首先,通过RS—485总线与数字传感器连接,并与PC监控计算机构成温室现场监控系统;其次,通过GPRS无线通讯技术建立现场监控系统与互联网的连接,将实时采集信息发送到WEB数据服务器。系统软件核心技术系MS VB.NET和ASP.NET 开发而成,构建了基于B/S(Browser/Server)的“瘦客户”模式,只要通过浏览器不仅可实时浏览监测数据,而且能进行历史数据的查询。该系统的实现为农业网络信息通讯中“最后一公里”瓶颈问题提供了一种便捷的解决方案。     

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。     

中国温室环境智能控制算法研究进展

温室控制技术正面临着新的突破，智能控制将成为温室控制中发展的新阶段。该文以近年来我国温室控制领域的研究成果为基础，结合国际上一些比较值得注意的动向，分析了温室智能控制系统算法方法的特点，对其研究现状进行了评述，进一步探讨了相关问题，并提出了温室智能控制方法在今后可能发展的方向。     

基于作物响应的温室环境SVMR控制仿真

在温室环境控制中,传统的根据专家经验的设定值确定控制的目标,由于经验的局限性和作物生长的适应性等原因而不能准确确定设定值,影响温室生产的效率。该文采用仿真模型,研究根据作物响应自动确定控制目标的温室环境控制方法。根据作物生长模型和温室环境变化模型采用遗传算法自动确定温室环境的设定值,采用稳定性、鲁棒性好的OS-LSSVMR(在线稀疏最小二乘支持向量机回归)内模控制进行温室环境控制。通过仿真,在相同室外条件下,基于作物响应的温室环境控制方法消耗的能量更少,作物的干质量增加的更多,控制的精度更高。说明了该方法     

连栋温室简易内保温幕保温节能研究

对连栋温室内简易内保温幕保温节能研究结果表明,使用简易内保温幕初冬时节可使供暖设施启动时间推延14d左右,早7:0 0平均气温提高2 .6 5℃,比双层充气膜温室约节煤6 2 5 0 .5 g/m2 ,节能率达38.2 4 % ;启动供暖设施后可使温室内早7:0 0平均气温提高2 .16℃,比阳光板温室约节煤70 g/m2 ·d ,节能率为11.84 %。简易保温幕降低了试验开间内光照度,但其透光率仍高于双层充气膜温室和阳光板温室     

中国温室环境控制硬件系统研究进展

该文综述了国内温室控制系统模式的研究现状,介绍了几种典型的温室控制系统模式,指出了制约温室控制系统研究的主要问题:成本高,没有达到智能化的要求.该文提出了建立具有分布式结构的基于CAN总线的温室控制系统模式,可以降低成本,为解决温室控制系统智能化问题提供了有效的途径.提出未来温室控制系统的发展趋势--高层管理与控制网络化;现场检测与控制单元的现场总线化;温室调控系统的行业标准化.     

外保温连栋温室光热环境及保温性能分析

为解决中国北方地区连栋温室冬季加温能耗大、盈利性和可持续性差等问题,该研究以降低屋面热损失为出发点,设计了大屋面外保温连栋温室,将外保温系统创新应用于连栋温室,并在山东寿光地区,以文洛型连栋温室为参照,对该温室光热环境及保温性能进行试验测试与分析。结果表明：1)连续40d白天(10:00—16:00),外保温连栋温室作物冠层上方平均太阳辐射为152 W/m²,总透光率(含天沟下方)为40%,比文洛型连栋温室高7个百分点。外保温连栋温室跨中采光最佳,跨东、跨西及天沟下方太阳辐射强度与跨中相比分别减少17%、29%及46%。2)太阳升起后,外保温连栋温室东、西屋面外保温被依次收拢,09:30—12:00室内气温升速为1.9℃/h,较文洛型连栋温室低0.3℃/h,收拢保温后10min内室内气温骤降幅度比文洛型连栋温室低0.3℃。温室采用空气内循环加温,地面出风,再由设备间风机组内侧窗回风;加温期间(20:00—07:00)室内空气水平方向平均温差不超过1.2℃,垂直方向不超过1.0℃。外保温连栋温室水平方向气温分布均匀,垂直方向温差小于文洛型连栋温室。3)夜间,外保温连...     

基于USB的温室环境便携式数据采集器

为提高温室生产的管理和自动化水平,针对中国农村的经济条件较差、基础设施相对比较薄弱的国情,研究一种具有低成本、高性能等特点的数据采集器。数据采集器以具有USB接口的高性能EZ-USB单片机作为核心器件,以大存储容量的Flash存储器作为数据存储单元;同时为了降低价格减小体积采用串行A/D和键盘输入作为输入单元,为了操作方便采用液晶作为显示单元。采用VC编制了USB主机的驱动以及上位机数据处理软件,设计了实际应用实例。该采集器具有性价比高、体积小、便于携带和使用等特点,适合进一步的推广应用。