[發(fā)明專利]一種植物生長用補(bǔ)光燈及其排布計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811639682.5
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109708031A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔世鋼;吳興利;張永立;陳杰杰;李亨;呂慧敏;李欣頎;黃韻祺
• 申請（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
• 主分類號: F21S8/00
• 分類號: F21S8/00;F21V19/00;F21V29/83;A01G7/04;G06N3/00;F21Y115/10
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 劉玲

1.一種植物生長用補(bǔ)光燈，其特征在于：包括補(bǔ)光燈板，所述補(bǔ)光燈板上設(shè)置有電源接口，所述補(bǔ)光燈板上平行設(shè)置有若干LED燈單元，所述LED燈單元包括上排LED燈組及下排LED燈組，所述上排LED燈組的若干LED燈與所述下排LED燈組的若干LED燈對應(yīng)分布形成若干個呈三角形排布的LED燈組件。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長用補(bǔ)光燈，其特征在于：所述LED燈單元的上排LED燈組及下排LED燈組之間設(shè)置有若干散熱孔。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長用補(bǔ)光燈，其特征在于：所述上排LED燈組的若干LED燈間距相同，均為3～8cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長用補(bǔ)光燈，其特征在于：所述下排LED燈組的若干LED燈間距相同，均為3～8cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的植物生長用補(bǔ)光燈，其特征在于：所述上排LED燈組與下排LED燈組的垂直間距與若干LED燈的間距相同，均為3～8cm。

6.一種植物生長用補(bǔ)光燈排布計算方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)定義光源：選用5050封裝LED燈，對植物的照射角度為30°，光通量為110-130lm，單個LED燈的功率為1W；

2)優(yōu)化LED燈排布方式：在補(bǔ)光燈板與照射植物行程的空間內(nèi)建立坐標(biāo)系，補(bǔ)光燈板上單個LED燈在植物平面上的光照強(qiáng)度E計算如下：

其中：x₀，y₀分別表示LED燈的坐標(biāo)點(diǎn)；

m₀，n₀分別表示被照射植物的坐標(biāo)點(diǎn)；

h表示補(bǔ)光燈板與被照植物的垂直距離，數(shù)值為25cm；

m為朗伯輻射指數(shù)，數(shù)值為81；

I₀為補(bǔ)光燈豎直方向的發(fā)光強(qiáng)度，使用光照度計測量；

補(bǔ)光燈板上所有LED燈的光照強(qiáng)度E計算如下：

3)優(yōu)化LED燈排布間距：

被照植物平面的平均光照強(qiáng)度計算如下：

被照植物平面的光照強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差計算如下：

適應(yīng)度f計算如下：

(1)初始化：對種群的大小、最大迭代次數(shù)、初始溫度、學(xué)習(xí)因子等算法參數(shù)設(shè)定初始值，進(jìn)行參數(shù)初始化；對種群中各個粒子的速度和位置進(jìn)行初始化；對個體最優(yōu)位置、個體極值、全局最有位置和全局極值進(jìn)行初始化；

(2)計算適應(yīng)度值：根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)，計算種群中各個粒子的適應(yīng)度值；

(3)比較找出個體最優(yōu)位置、全局最優(yōu)位置、個體極值、全局極值；

(4)更新粒子速度及位置：

假設(shè)在d維的目標(biāo)搜索空間中存在N個粒子的粒子群X＝{X1,X2,…,Xi,…,XN}，其中第i個粒子的速度和位置分別用Xi＝[xi1,xi2,…,xid]和Vi＝[vi1,vi2,…,vid]表示，并且每次迭代過程中，粒子i的個體最優(yōu)位置為pi＝[pi1,pi2,…,pij,…,pid]，其中i＝1,2,…,N。全局最優(yōu)位置為pg＝[pg1,pg2,…,pgj,…,pgd]。

模擬退火-粒子群算法中采用帶壓縮因子的粒子群優(yōu)化算法，選擇最合適的參數(shù)，確保算法的收斂程度，其速度vi,j和位置xi,j的更新公式為：

其中：

c₁,c₂為學(xué)習(xí)因子，是正的加速常數(shù)；

r₁,r₂為0至1之間均勻分布的隨機(jī)數(shù)；

k為迭代次數(shù)。

v_i,j和x_i,j表示粒子i第j維的速度分量和第j維的位置分量；

p_i,j表示粒子i在某次迭代過程中最優(yōu)適應(yīng)值對應(yīng)的第j維的位置分量；

在速度更新公式中存在壓縮因子χ，計算公式如下：

(5)最優(yōu)選擇：

粒子更新前后適應(yīng)度值的變化量計算公式為：

其中：

和分別為粒子i在迭代次數(shù)為k和k+1時的適應(yīng)度值；

如果Δf＜0，那么將接受更新后的速度和位置，反之需要繼續(xù)判斷突跳概率，突跳概率p的計算公式為：

p＝exp(-Δf/T)

其中：T是絕對溫度；

若p＞rand(0,1)，那么同樣接受更新后的速度和位置，若p＜rand(0,1)，將不更新粒子，保持粒子的速度和位置不變。

(6)運(yùn)算終止判斷：判斷迭代次數(shù)是否達(dá)到初始設(shè)定的最大迭代次數(shù)，或判斷最優(yōu)解是否停滯不再變化，若滿足二者條件之一，則停止迭代運(yùn)算，將全局最優(yōu)位置和全局極值輸出；反之，跳回步驟2繼續(xù)運(yùn)算，直到滿足終止條件為止。