[發(fā)明專利]構(gòu)建冬季晴天時溫室二氧化碳濃度預(yù)測模型的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710116746.2
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106875067B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉乃森;劉福霞;金法華;姜曉劍;吳思凡;周曉霄;張穎;姜佳蓓;馮欣宇;劉麗
• 申請（專利權(quán)）人: 淮陰師范學(xué)院
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/02
• 代理公司: 淮安市科文知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所32223
• 代理人: 謝觀素

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精確農(nóng)作管理領(lǐng)域，特別涉及一種構(gòu)建冬季晴天時溫室二氧化碳濃度預(yù)測模型的方法。

背景技術(shù)

二氧化碳（CO₂）是植物光合作用的重要原料。維持較高的二氧化碳濃度，當(dāng)光照增強(qiáng)時，植物的光合速率會隨之增加，從而生成更多的光合產(chǎn)物，促進(jìn)作物增產(chǎn)，提高產(chǎn)品品質(zhì)。光照下作物持續(xù)地進(jìn)行光合作用，消耗大量的二氧化碳。露天生產(chǎn)中，周圍的空氣會彌補(bǔ)作物所消耗的二氧化碳，從而使之保持穩(wěn)定的濃度。但冬季的溫室作物種植過程中，因天氣寒冷，溫室需要保溫，中午放風(fēng)時間短，有時甚至不放風(fēng)，這使得溫室?guī)缀跆幱诿荛]狀態(tài)，因得不到室外空氣中二氧化碳的補(bǔ)充，溫室的二氧化碳濃度常低于補(bǔ)償點(diǎn)，此時作物的凈光合產(chǎn)物為零，白白浪費(fèi)了進(jìn)入溫室的光能。因此，溫室中通過增施二氧化碳?xì)怏w，可充分利用進(jìn)入溫室的光能，提高凈光合效率，進(jìn)而提高溫室的種植效益。為了有效地控制溫室中二氧化碳?xì)怏w的施入量及施用時間，維持高的凈光合速率，提高二氧化碳?xì)怏w利用率，準(zhǔn)確地預(yù)測未來時刻溫室二氧化碳濃度顯得尤為重要。

目前，不同預(yù)測模型的輸出參數(shù)較為一致，但輸入?yún)?shù)則存在著較大差異。畢玉革等考慮了光合作用、植物的呼吸作用、土壤呼吸作用，二氧化碳施肥以及泄漏等因素，從質(zhì)量平衡角度出發(fā)，構(gòu)建了日光溫室二氧化碳預(yù)測模型。但該模型需要確定大量與光合作用相關(guān)的參數(shù)，參數(shù)需要利用昂貴的儀器測定，此外還需土壤的有機(jī)質(zhì)含量數(shù)據(jù)，過多的輸入?yún)?shù)以及參數(shù)的不易獲取，限制了模型的推廣應(yīng)用。李化龍等假設(shè)溫室中二氧化碳的來源主要為土壤有機(jī)質(zhì)的分解，太陽輻射為土壤有機(jī)質(zhì)的分解提供能量，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，土壤可分解的有機(jī)質(zhì)含量減少，通過土壤來增加溫室二氧化碳濃度的能力降低，利用太陽輻射和黃瓜定植后的日序作為輸入因子構(gòu)建了日光溫室二氧化碳濃度預(yù)測模型。但如果改變了溫室種植的作物，或者黃瓜的定植密度不同，則模型的預(yù)測值將與實(shí)際情況存在較大的差異。此外，模型沒有考慮氣象因素，影響了模型的預(yù)測精度，而模型僅將土壤有機(jī)質(zhì)分解釋放的二氧化碳作為溫室二氧化碳的來源，顯然限制了模型在溫室增施二氧化碳?xì)夥手械膽?yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種構(gòu)建冬季晴天時溫室二氧化碳濃度預(yù)測模型的方法，構(gòu)建的預(yù)測模型預(yù)測精度高，普適性好。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種構(gòu)建冬季晴天時溫室二氧化碳濃度預(yù)測模型的方法，包括以下步驟：S1：以等時間間隔采集溫室的溫度和CO₂濃度數(shù)據(jù)，獲取溫度和CO₂濃度的時間序列數(shù)據(jù)；S2：按自然日對所述S1中獲取到的溫度和CO₂濃度的時間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，從分割后的溫度和CO₂濃度的時間序列數(shù)據(jù)中隨機(jī)選擇部分?jǐn)?shù)據(jù)用于建模，稱為數(shù)據(jù)集RA，剩余數(shù)據(jù)用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ停Q為數(shù)據(jù)集RB；S3：使用滑動時間窗口分別從所述RA和所述RB中的溫度和CO₂濃度的時間序列數(shù)據(jù)中提取數(shù)據(jù)以構(gòu)建數(shù)據(jù)集A和B；S4：根據(jù)所述數(shù)據(jù)集A構(gòu)建溫度動態(tài)變化預(yù)測模型M1；S5：根據(jù)所述數(shù)據(jù)集A中的夜晚數(shù)據(jù)和所述M1構(gòu)建作物有氧呼吸和土壤呼吸二氧化碳釋放速率預(yù)測模型M2；S6：根據(jù)所述數(shù)據(jù)集A中的白天數(shù)據(jù)和所述M2構(gòu)建作物凈光合作用消耗二氧化碳速率的預(yù)測模型M3；S7：根據(jù)所述M1、所述M2和所述M3構(gòu)建冬季晴天時溫室二氧化碳濃度預(yù)測模型M4。

進(jìn)一步地，在所述S3中，在構(gòu)建所述A和B時，滑動時間窗口的寬度設(shè)為3，滑動步長設(shè)為1，窗口內(nèi)3個數(shù)據(jù)的采集時間點(diǎn)分別以、和表示，距現(xiàn)在的時間最近，距現(xiàn)在的時間最遠(yuǎn)，、和時刻的溫度分別以、和表示，、和時刻的CO₂濃度則分別以、和表示。

進(jìn)一步地，在所述S4中，所述M1為：，其中，所述為所述M1預(yù)測的所述時刻的溫度℃，所述、和為待定系數(shù)，利用所述A和SPSS軟件的非線性擬合功能計(jì)算所述、和，計(jì)算所述、和時令所述。

進(jìn)一步地，在所述S5中，所述M2為：

，其中，所述為所述M2預(yù)測的所述到所述時刻植物有氧呼吸和土壤呼吸的平均CO₂釋放速率，所述，所述、、、、、、、、、為待定系數(shù)，利用所述A和SPSS軟件的非線性擬合功能計(jì)算得到上述待定系數(shù)，計(jì)算上述待定系數(shù)時令所述。