[發(fā)明專利]面向碳中和需求的效率最優(yōu)溫室植物調(diào)控方法

有效

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• 申請日: 2021-08-28
• 公開（公告）號: CN113625806B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡瑾;盧有琦;雷文曄;魏子朝;高攀;張瑤嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 西北農(nóng)林科技大學(xué);北京云耘智薈科技有限公司
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: 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

面向碳中和需求的效率最優(yōu)溫室植物調(diào)控方法，以溫度、光照強(qiáng)度和環(huán)境空氣CO₂濃度作為輸入，以光合速率作為輸出，構(gòu)建光合速率模型；獲取不同溫度與光照強(qiáng)度組合條件下的CO₂濃度飽和點(diǎn)曲面，分別離散化出溫度?CO₂飽和點(diǎn)關(guān)系曲線和光照強(qiáng)度?CO₂飽和點(diǎn)關(guān)系曲線，并分別獲取曲線曲率，將曲率極值點(diǎn)作為劃分調(diào)控區(qū)間上下限；將CO₂濃度飽和點(diǎn)曲面劃分為9個區(qū)域，中心區(qū)域即為目標(biāo)調(diào)控區(qū)間；當(dāng)環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度處于中心區(qū)域時，不做干預(yù)；當(dāng)環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度處于中心區(qū)域外部時，選擇目標(biāo)調(diào)控區(qū)間中距離當(dāng)前環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度歐式距離最短點(diǎn)作為調(diào)控目標(biāo)值，將環(huán)境調(diào)控至目標(biāo)調(diào)控區(qū)間，從而可智能調(diào)控環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能農(nóng)業(yè)設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域，涉及溫室環(huán)境調(diào)控，特別涉及一種面向碳中和需求的效率最優(yōu)溫室植物調(diào)控方法。

背景技術(shù)

碳中和是指在一定時期內(nèi)CO₂排放量與CO₂吸收量相平衡的狀態(tài)，其目標(biāo)就是通過各種努力，采取各種措施使CO₂排放量下降到和生態(tài)系統(tǒng)吸收量平衡的狀態(tài)。現(xiàn)有的CO₂利用途徑主要包括：1、燃料與化學(xué)品，2、礦物化，3、飲料與食品加工，4、生物利用，5、其他領(lǐng)先與具有前景的技術(shù)。其中，CO₂的生物利用因其經(jīng)濟(jì)且安全的特性受到了大量學(xué)者的關(guān)注。火電廠等能源企業(yè)在生產(chǎn)過程中會制造大量碳排放，CO₂的生物利用是一種最有效的CO₂固定方式，其主要依靠植物和微生物的光合作用完成。植物工廠受其相對密閉結(jié)構(gòu)的影響，一般很難達(dá)到1500PPM以上的CO₂需求量，在最低階段常常低于300-400PPM的室外CO₂平均濃度，導(dǎo)致在大部分時間需要補(bǔ)充大量CO₂。因此，工廠廢棄的CO₂與植物工廠所需的CO₂形成了天然的互補(bǔ)關(guān)系，如果能夠?qū)⒋罅康墓S廢棄CO₂氣體及時供給植物工廠，不僅能有效降低工廠碳排放達(dá)到工廠碳排放指標(biāo)，而且能在減少植物工廠生產(chǎn)成本的同時增加植物工廠產(chǎn)出，從而共同提升兩者經(jīng)濟(jì)效益。隨著該項技術(shù)日益成熟，具有大量碳固定能力的植物工廠可出售碳交易配額直接盈利。

適宜的CO₂濃度將有效促進(jìn)作物生長，不足或過高時將對作物產(chǎn)生有害影響，光合作用的強(qiáng)弱不僅受到CO₂濃度的影響，還受到溫度和光照強(qiáng)度的影響。隨著溫度升高，光合速率先快速提高，后緩慢變化最后快速下降；隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光合速率先上升至光飽和點(diǎn)再緩慢下降。同樣的CO₂濃度在不同的光照和溫度下產(chǎn)生的光合速率也不同，而考慮到CO₂響應(yīng)曲線的飽和效應(yīng)，不同的光照和溫度下的CO₂飽和點(diǎn)也會出現(xiàn)規(guī)律性變化。當(dāng)溫度和光照強(qiáng)度適宜時，CO₂飽和點(diǎn)出現(xiàn)的位置會出現(xiàn)明顯的向高濃度CO₂方向移動。因此考慮溫度和光照強(qiáng)度的影響，研究不同環(huán)境條件下的溫度-光照調(diào)控目標(biāo)值動態(tài)獲取方法，對于促進(jìn)植物高效固定CO₂具有重要意義，但現(xiàn)有生物固碳系統(tǒng)均沒有考慮上述問題對固碳的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種面向碳中和需求的效率最優(yōu)溫室植物調(diào)控方法，以最大程度提升植株固碳能力為目標(biāo)，通過構(gòu)建溫度-光照強(qiáng)度調(diào)控目標(biāo)值區(qū)間，獲取適宜目標(biāo)溫度和目標(biāo)光強(qiáng)。當(dāng)植物處于適宜環(huán)境區(qū)間時，CO₂飽和點(diǎn)達(dá)到較高水平，高濃度的CO₂對植株的光合抑制效應(yīng)降低，促使植株在高濃度CO₂下繼續(xù)高速光合作用。基于該調(diào)控目標(biāo)值區(qū)間，本發(fā)明設(shè)計了智能溫室調(diào)控系統(tǒng)，可智能調(diào)控環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

面向碳中和需求的效率最優(yōu)溫室植物調(diào)控方法，包括：