温室微气候模拟与温室作物生长模型研究进展

现代的温室是一个复杂的环境系统,其中土壤、作物和微气候三个子系统间各种生物和非生物现象时常发生。农业数学模型可以用来模拟和预测温室内微气候和植物生长的变化,从而推荐最优化的生产管理策略。本文对国内外温室气候模型和温室作物生长模型进行了综述,温室气候动态模型可以预测关键气候因子,分为机械模型和黑箱模型。机械模型基于物理方程构建,它描述了基于过程的知识模拟的系统;黑箱模型属于经验模型,更多地用于温室系统控制、优化和设计的应用。作物生长模型是基于科学原理和数学关系的一种定量化工具,可以评估温室内土壤、微气候、水分和管理因素对作物生长发育的影响程度,预测作物生长状况。作物生长模型主要包括两类:描述性模型和解释性模型。温室作物模型是基于露地作物建立的最早的作物生长模型,并在几十年发展过程中对原来各功能模块进行修正、扩展和升级而来。功能-结构植物模型(functional–structural plant modeling,FSPM)是基于植物建筑学并结合气候和作物模块而形成,可以模拟单个植物的生长、形态以及它们与其生长环境的相互作用。最后指出未来趋势是利用数字技术、人工智能结合FSP模型,利用云数据储存计算分析。

基于生长模型的温室小型西瓜栽培管理专家系统(ESWCM)的研究和建立

运用知识工程和信息技术原理,将温室小型西瓜生长模型与A IP 1.0专家系统平台相结合,建立了基于生长模型的温室小型西瓜栽培管理专家系统(ESW CM),包括知识库(KB)、模型库(M B)、数据库(DB)、推理机(IE)和人机界面。系统综合运用推理、预测、解释等机制帮助用户设计栽培管理方案,解答栽培技术问题,以及动态模拟和预测温室小型西瓜的生育进程。基于生长模型的温室小型西瓜栽培管理专家系统将模型的预测功能与专家系统的逻辑推理相结合,提高了温室小型西瓜的栽培管理水平。

面向控制的温室系统小气候环境模型要求与现状

以往的温室作物生长和小气候环境模型,主要是从面向研究而不是面向实际生产的温室获得的,这二者的最大不同是:面向研究的模型主要考虑的是得到作物生长高产所需的"最优"的温室内部气候环境参数设定值,而较少考虑温室内控制设备的能力(控制动态过程)、生产过程中温室外气候变化情况和达到"最优"所需付出的能量等代价;而后者在面向实际生产的自动化控制的温室系统模型中是必不可少的。当前温室系统自动化控制面临的一个最大困难,就是缺乏一个这样的可靠的温室系统模型,而只能采用面向研究的温室系统模型去进行实际生产的温室系统控制,这种忽视实际生产条件下的温室系统模型与理想条件下的模型之间差异的"纸上谈兵"的做法,必然导致温室控制技术水平低、达不到预期效果。该文介绍了温室系统的整个控制过程,对一个实际生产的温室系统中各种变量和参数作了简要描述,并概括了面向实际的温室生产控制要求的温室系统模型的基本结构,对温室环境模型、作物生长模型和能耗及CO_2消耗模型的研究现状作了详细的回顾。从满足控制需求出发对现有的温室系统模型所存在的问题进行了分析,并指出了其中的不足和局限性。探讨了未来温室系统的建模方法和需要解决的关键问题,提出了面向控制需求的温室系统建模要满足的要求,为温室系统的建模研究提供了一种新的思路和方向。

北京地区日光温室光环境模拟及分析

针对北京地区典型日光温室,在2003—2004年试验观测的基础上,从室内直接辐射、散射辐射及作物生长对辐射影响3个方面,进行了模拟和分析,并对地面辐射的模拟结果与实测值进行了比较验证。结果表明:绝对误差为9.41W/m2,相关系数达到0.92,与实测值、文献资料相比,模拟结果的准确性和趋势有较好的一致性,对优化温室环境控制方案具有一定的参考价值。

温室园艺作物生长发育模型研究现状与发展趋势

在总结国内外研究成果的基础上,系统地阐述了温室园艺作物生长发育模型在 科学研究、生产应用等方面所具有的重要意义和潜在应用前景;对温室作物模型研究的现状、 发展趋势、存在的局限性进行了深入分析和系统评述。

基于模型的温室加温控制目标优化系统研究

温室加温控制目标的设定合理与否，直接影响温室作物生长及温室环境调控的能耗。本研究以温室作物生长模拟模型和温室加温能耗预测模型为基础，建立了基于模型的温室加温控制目标计算机优化系统。系统包括一个数据库（温室、作物以及气象资料）和三个模型（作物生长模拟模型、温室加温能耗预测模型以及加温控制目标优化模型）。系统的输入主要为温室类型、温室结构、覆盖材料、作物信息以及室外气象资料，系统输出主要为作物干物质生产量、温室加温能耗量以及干物质生产能耗量利用效率最高和生物量最高的温室白天和夜间的加温控制目标（温度设置点）。以2003年1月20日～2月20日上海孙桥现代农业开发区Venlo型自控玻璃温室水果型黄瓜生产为实例进行分析，结果表明，在上海地区冬季进行温室水果型黄瓜生产时，在开花至果实采收初期将白天和夜间加温控制目标分别设为23℃和17℃时可以获得最高的干物质生产量；将白天和夜间的温室加温的温度分别设为20℃和15℃能够使黄瓜干物质生产的能耗量利用效率达最大，并能够使黄瓜干物质产量也处于较高的水平。本研究建立的基于模型的温室加温控制目标优化系统为中国温室气候控制中温度的优化调控提供了理论依据和决策支持。

小麦管理智能决策系统的设计与实现

运用知识工程和信息技术原理， 将小麦生长模型与专家系统相结合，建立一个基于生长模型的小麦管理智能决策系统 （ Ｉ Ｄ Ｓ Ｗ Ｍ ）。系统应用元级控制、模式匹配等策略， 采用产生式规则表达专家知识， 逆向推理机制进行推理。建立了知识库 （ Ｋ Ｂ）、模型库 （ Ｍ Ｂ）、数据库 （ Ｄ Ｂ）、推理机 （ Ｉ Ｅ） 和人机界面。系统以 Ｗ ｉｎｄｏｗ ｓ 为应用平台， 综合运用推理、预测、解释等机制帮助用户设计栽培管理方案， 解答栽培技术问题， 以及动态调控小麦的生育进程。基于生长模型的小麦管理智能决策系统将模型的预测功能与专家系统的逻辑推理相结合， 增加了指导生产的准确性和科学性。

基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统

为改进传统农业专家系统的决策性能,动态表达其决策结果,提出并实现了基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统。介绍了系统的总体框架与功能模块,分析了系统实现的若干关键技术,如开发工具、知识表示方法、知识库的构建、虚拟番茄生长模型等。系统综合运用推理、预测、可视化与解释等机制帮助用户设计栽培管理方案,可视化模拟和预测温室番茄的生长发育进程。基于虚拟生长模型的温室番茄栽培管理专家系统初步实现了积温模型、形态发生模型与专家系统知识模型的综合集成,更适合温室番茄栽培管理的实际需要。试验表明该系统具有较好的应用前景。

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。

作物生长模拟模型在上海精准农业和智能温室中的运用及前景(综述)

作物生长模拟模型是精准农业支持技术的核心部分之一 ,也是温室生产智能化操作与管理软件的核心部分。本文综述了作物生长模拟模型建立的过程 ,及目前国内外在精准农业和智能温室中的运用现状。进一步提出现阶段我国开展蔬菜作物模型和专家系统研究的若干方法。并展望了蔬菜作物生长模拟模型在精准农业和智能温室应用领域中的作用和前景。

我国设施园艺作物生长模型研究进展

作物生长模型是温室生产智能化操作与管理软件的核心部分,对温室设施中作物生长环境参数的调控和发挥设施农业优质高效的生产功能具有重要作用。对目前国内设施园艺作物生长模型和专家系统的研究现状、生产应用进行了综述,认为近年来国内在温室栽培的黄瓜、番茄、甜瓜等作物的生长模型和应用上建立了一系列综合、完整的体系,在建模技术及算法上均有创新。但在模型的适应性、准确性、可靠性等方面还比较薄弱,有待进一步加强,从而促进我国设施园艺作物生长模型的进一步研究和提高实用化程度。

基于现代系统理论基础上的作物模拟模型方法概述

从基本概念、基础理论、研究内容、组织结构、系统内容及特征、研究展望等方面阐述了基于现代理论基础上的作物模拟模型的研究方法概况。

日光温室系统模型的研究现状与对策

日光温室作为我国所独有的设施农业形式,为解决我国北方地区冬季的蔬菜供应、提高农民的收入等均做出巨大贡献,产生巨大的经济、社会和生态效益。建立日光温室控制所需要的温室系统模型,是实现对温室环境科学控制的前提和基础。通过研究现有温室系统模型的现状,系统分析其存在问题,按照面向控制的要求提出问题的解决方法和路径,对于进一步提出面向控制的温室系统模型框架,构建以实现温室优化控制为目标对温室系统模型,对于温室环境控制领域具有重要的理论研究意义。

温室西瓜栽培管理决策系统的研究

通过建立温室西瓜生长模型和综合栽培专家多年的经验,将温室西瓜生长模型与AIP1.0系统平台相结合,建立了基于生长模型的温室西瓜栽培管理决策系统,包括知识库、模型库、数据库、推理机和人机界面。系统综合运用推理、预测、解释等机制帮助用户设计栽培管理方案,进行决策咨询,系统还可进行动态预测和调控温室西瓜的生育进程。该系统的建立为我国温室蔬菜生长模型研究提供了一个新的范例,有助于提高我国温室西瓜的栽培管理水平。

作物信息技术及其在棉花生产中的应用与展望

阐述了作物信息技术的内涵以及作物生长模拟模型、农业专家系统和作物生产决策系统的应用及发展概况 ,并阐述了作物信息技术在棉花生产中的应用状况和发展前景。

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。

温室作物生长对地面辐射的影响

针对北京地区常见日光温室,在建立辐射和作物生长模拟模型的基础上,分析叶面积指数变化对地面辐射的影响,并对模拟结果与实测值进行了比较验证。结果显示:叶面积指数达到3.5以上时,约90%辐射量被作物层吸收或反射;模拟值与实际值的平均绝对误差为22.17W.m-2,相关系数约为0.92;基于辐射模型和作物模型对地面辐射量动态变化进行模拟,具有较好的可行性。

基于作物生长模型的WSN温室环境智能监控系统

实现一种结合作物生长模型和无线传感网技术的应用于温室环境的智能监控系统。在环境监控中,为了解决温室监控范围广导致的节点能量消耗大等问题,设计了适合大规模温室环境监控的基于分簇的低功耗网络通信协议。主要以番茄为研究对象。智能决策的依据是番茄生长模拟模型。根据模型能预测番茄的发育期,进而对处于不同发育期的温室做出决策。