[發(fā)明專利]一種融合向量機(jī)模型的嵌入式設(shè)施二氧化碳優(yōu)化調(diào)控方法與系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2018-04-08
• 公開（公告）號: CN108596779A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡瑾;汪健康;辛萍萍;劉行行;田紫薇;盧有琦;張仲雄
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué)
• 主分類號: G06Q50/02
• 分類號: G06Q50/02;A01G7/02;G05D27/02
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種融合向量機(jī)模型的嵌入式設(shè)施二氧化碳優(yōu)化調(diào)控方法與系統(tǒng)，首先獲取大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在Qt軟件中基于Python語言應(yīng)用支持向量機(jī)算法構(gòu)建光合速率預(yù)測模型，對預(yù)測模型中每條CO₂響應(yīng)曲線進(jìn)行曲率分析獲取CO₂調(diào)控目標(biāo)值，基于上述結(jié)果應(yīng)用支持向量機(jī)算法構(gòu)建CO₂優(yōu)化調(diào)控模型，獲得可移植于嵌入式系統(tǒng)的調(diào)控模型文件。檢測節(jié)點(diǎn)實(shí)時檢測的CO₂濃度、光照強(qiáng)度和溫度，并通過ZigBee協(xié)議傳輸給主控節(jié)點(diǎn)，主控節(jié)點(diǎn)通過調(diào)用CO₂優(yōu)化調(diào)控模型訓(xùn)練集，進(jìn)行預(yù)測仿真獲取CO₂調(diào)控目標(biāo)值，并判斷當(dāng)前環(huán)境下的CO₂值和CO₂調(diào)控目標(biāo)值的大小，然后通過ZigBee協(xié)議傳輸控制信號到調(diào)控節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到實(shí)時智能調(diào)控大棚內(nèi)的CO₂濃度的目的，本發(fā)明可有效提高作物光合速率，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種融合向量機(jī)模型的嵌入式設(shè)施二氧化碳優(yōu)化調(diào)控方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光合作用是植物制造有機(jī)物的主要途徑，影響植物光合作用的因素有很多，其中CO₂作為光合作用的原料尤為重要。隨著現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，建造了越來越多的溫室大棚，溫室大棚因其空氣流動性較差，造成溫室內(nèi)CO₂虧缺嚴(yán)重。因此，溫室大棚內(nèi)的CO₂施肥技術(shù)變的越來越重要。然而，現(xiàn)有的CO₂施肥技術(shù)并不完善。傳統(tǒng)的溫室CO₂施肥技術(shù)大都采用閾值控制，閾值范圍約在600～900μL/L的施肥濃度。但由于溫室內(nèi)一天中CO₂濃度變化較大，夜間植物進(jìn)行呼吸作用放出CO₂，不進(jìn)行光合作用、不消耗CO₂，因此，清晨溫室內(nèi)CO₂濃度最高。日出后隨著光照和溫度的升高，植物光合速率逐步提升，而此時CO₂濃度慢慢降低，產(chǎn)生CO₂供需差，特別是在正午，當(dāng)光合能力最強(qiáng)時，CO₂濃度最低，嚴(yán)重不能滿足作物光合對CO₂需求。在變化的溫室環(huán)境條件下，植物對CO₂的需求程度也不一樣，固定施肥濃度的CO₂施肥方式不能很好的滿足植物對CO₂的需求，會造成CO₂的浪費(fèi)與補(bǔ)充不足并存現(xiàn)象，因此這種固定閾值CO₂施肥的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)可行性并不高。

近年來的調(diào)控技術(shù)研究以發(fā)現(xiàn)了閾值調(diào)控的不足，陸續(xù)出現(xiàn)了考慮CO₂飽和點(diǎn)變化的調(diào)控系統(tǒng)，但這類系統(tǒng)通常以CO₂飽和點(diǎn)的非線性擬合公式為模型，不僅模型精度差，而且沒有考慮到CO₂飽和點(diǎn)附近CO₂濃度對光合速率的影響較小，長期采用CO₂飽和點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控經(jīng)濟(jì)效益不高。因此，如何發(fā)明一種不僅精度高、處理數(shù)據(jù)能力速度快、可移植的建模方法，而且在節(jié)約CO₂能源前提下最大程度的提高作物光合速率的CO₂調(diào)控方法，變得十分重要。

通過生理分析作物光合速率的主要影響因素的分析，可以從CO₂響應(yīng)曲線上發(fā)現(xiàn)，CO₂限制點(diǎn)為響應(yīng)曲線彎曲程度最大的點(diǎn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)對曲線的曲率進(jìn)行尋優(yōu)獲取曲率最大點(diǎn)，以此作為CO₂調(diào)控目標(biāo)值點(diǎn)，進(jìn)而構(gòu)建連續(xù)高精度、可移植的CO₂調(diào)控目標(biāo)值模型成為研究的關(guān)鍵。隨著智能算法和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，融合智能算法模型的嵌入式系統(tǒng)由于具有高精度預(yù)測的能力已成為一個研究熱點(diǎn)。但現(xiàn)有的CO₂調(diào)控系統(tǒng)通常采用單片機(jī)作核心處理模塊，工控屏做人機(jī)交互窗口，而相比較于嵌入式系統(tǒng)而言，單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)能力較差，數(shù)據(jù)輸出精度有限，進(jìn)而使得工控屏的反應(yīng)速度較慢；且由于單片機(jī)自身的局限性，智能算法并不能被單片機(jī)很好的兼容，因此，單片機(jī)已成為限制CO₂精準(zhǔn)施肥技術(shù)發(fā)展的因素之一。