基于光合速率时序模型的设施环境调控目标寻优方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31671587
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1301.农业信息学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

An appropriate and efficiently microclimate construction for plants to promote their photosynthesis and nutrient accumulation is the key problem of modern facility horticulture production. The difficulty is, under the influence of plant-environment interaction, to obtain regulation objective values accurately which integrated with regulation efficiency. In this project, take tomato growth environment regulation as an illustration, we propose a photosynthetic rate time-series model in the whole process based on Genetic Algorithms-Support Vector Machine (GA-SVM) algorithm and design several whole crop growth fine-grained nested factor tests to prove it. Based on the function of temperature and optimistic photosynthetic rate from previous step, we seek the photosynthetic rate sub-optimization map combined with regulation efficiency using curvature inflection point theory to obtain the appropriate temperature range for tomato growth and create desired photosynthetic rate value model. Further step, with the desired value model from previous step and the most optimized regulation financial cost as constraint conditions, we research on tomato growth environment regulation values optimal seeking method. And based on the tomato photosynthetic rate model and the previous optimal seeking method, we construct tomato growth converged data center and development multi-sensor information fashioned test platform to do method validation and improvement. This research will be of great importance in clarifying facility high-efficiency regulation principle, and will also lay the foundation for rapid development of modern facility horticulture.
营造与作物需求相适应的小气候,促进光合作用和物质积累是设施园艺高效生产的基础。针对作物生长过程中多环境因子相互作用对光合速率影响规律复杂,难以融合调控效率精准获取设施环境调控目标值的难题,拟面向设施番茄,研究光合速率时序模型与设施环境调控目标寻优方法。设计作物生长全程细粒度多因子嵌套试验,研究基于遗传支持向量机的全程光合速率时序模型建模方法;利用遗传算法建立温度与最优光合速率映射函数,基于曲率拐点理论研究生长适宜温度区间获取方法,探寻融合调控效率的光合速率次优目标值优化算法,建立温度关联的光合速率目标值模型;基于光合速率时序动态模型,以光合速率次优目标值为约束条件,研究调控成本最优的环境调控目标值寻优方法;以光合速率模型和目标值寻优方法为核心构建数据融合中心,设计多传感器信息融合试验平台,进行方法验证与完善。研究成果对揭示设施环境调控规律具有重要意义,将大力推动现代设施园艺的快速发展。

结项摘要

温室环境是影响温室作物产量与品质的关键因素之一,而多环境因子之间存在相互关联关系,且调控成本差异显著,如何在满足作物生长需求的同时降低调控成本,已成为温室环境高效调控亟待解决的科学问题和难点问题。.本项目在分析影响作物光合速率内外部影响因子的基础上,针对温度对光合速率的影响特性,研究基于径向基插值-鱼群算法的温度适宜区间获取方法,实现不同温度条件下的光与CO2二维寻优,获取光与CO2饱和条件下的温度与光合速率的关系;针对光与CO2对光合速率的影响特性,研究基于遗传-支持向量机算法的光合速率预测模型构建方法,进而探寻基于L离散曲率-粒子群算法的光合速率次优目标值模型获取方法,建立满足温度约束的光合速率次优目标值模型;融合光合速率次优目标值模型和实时信息感知,基于粒子群多目标寻优算法研究约束条件下的效益优先的光与CO2协同调控目标值在线寻优方法,获取效益优先的PPFD与CO2协同调控目标值。基于上述理论研究,设计并研发了温室环境协同调控系统并进行实际部署验证。调控系统原型部署于西北农林科技大学五泉试验基地,能耗数据统计显示,效益优先调控平均日消耗成本为4.48元,光合最优平均日消耗成本为6.96元。相对于自然对照区,效益优先协同调控区CO2日消耗1503.17L,日用电量2.97KW/h, 光合速率平均提升45.15%, 光合最优协同调控区CO2日消耗2290.61L,日用电量4.70KW/h,光合速率平均提升53.64%。本项目按计划完成所有研究内容,达到预期目标,融合作物光合速率次优目标值模型与调控效益,提出了温室环境多因子协同调控模型与方法,对温室环境高效调控和设施产业转型升级具有理论意义。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
基于植株需光差异特性的设施黄瓜立体光环境智能调控系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    智慧农业(中英文)SmartAgriculture
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张仲雄;李斌;冯盼;张盼;来海斌;胡瑾;张海辉
  • 通讯作者:
    张海辉
黄瓜初花期光合速率主要影响因素分析与模型构建
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海辉;张珍;张斯威;胡瑾;辛萍萍;王智永
  • 通讯作者:
    王智永
基于水分利用率与光合速率的温室作物需水模型研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业机械学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡瑾;隆星月;邓一飞;完香蓓;李斌;吴华瑞
  • 通讯作者:
    吴华瑞
CO2 Control System design-based Optimized Regulation model
基于CO2控制系统设计的优化调节模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Engineering in Agriculture
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    辛萍萍;张海辉;胡瑾;邵志成;R. T. Peters
  • 通讯作者:
    R. T. Peters
基于SVM-ACO算法的光环境优化调控模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农机化研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王智永;张海辉;胡瑾;辛萍萍;张珍;张斯威;张盼
  • 通讯作者:
    张盼

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其他文献

电动多旋翼无人机转向能耗测试系统设计与试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    科学技术与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    范叶满;王东;沈楷程;张海辉
  • 通讯作者:
    张海辉
中国“交通扶贫”与地区经济差距——来自1989-2008年省级面板数据的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    财经研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张光南;张海辉;杨全发
  • 通讯作者:
    杨全发
结肠镜反转技术与再次直视退镜观察对右半结肠腺瘤检出率的影响
  • DOI:
    10.13507/j.issn.1674-3474.2019.01.023
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中华实用诊断与治疗杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪丽;张海辉;杨玉秀;李修岭;韩双印
  • 通讯作者:
    韩双印
农田无线传感器网络中的簇首轮换机制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张海辉;赵春江;吴华瑞
  • 通讯作者:
    吴华瑞
Acyclic 5-choosable planar graphs with neither 4-cycles nor chordal 6-cycles
既没有 4 环也没有弦 6 环的非循环 5 可选平面图
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Discrete Mathematics
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    许宝刚;张海辉
  • 通讯作者:
    张海辉

其他文献

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张海辉的其他基金

面向异构资源集成的多维服务质量模型与关键技术研究
  • 批准号:
    61101210
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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