[发明专利]一种基于云计算的温室数据同步模拟系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于云计算的温室数据同步模拟系统和方法，包括：室外气象站、室内环境数据传感器、云计算服务平台、同步模拟模块和参数校准模块，室外气象站用于采集环境气象数据；室内环境数据传感器用于采集温室内环境数据；云计算服务平台根据环境气象数据和室内环境数据生成无法通过传感器直接测量的数据，将所有的数据输入模型对温室环境和作物状态进行模拟；同步模拟模块用于将模拟结果和实测结果进行比较，计算二者误差，并生成参数调整命令；参数校准模块，根据调整命令对模型的参数进行校准。其通过测量少量的参数，获得较为精确的温室模拟系统，操作简单，准确度高且成本较低，同时为分析温室状态提供了更多数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种基于云计算的温室数据同步模拟系统和方法，属于农业信息化技术领域，特别涉及温室数据模拟技术领域。

背景技术

智能温室，拥有综合环境控制系统，利用该系统可以直接调节室内温、光、水、肥、气等诸多因素，可以实现全年高产、稳步精细蔬菜、花卉，经济效益好。其根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，利用RS485总线将传感器信息送转换器，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警。

但智能温室需要对室内外温度、光线、水分等多因素进行检测，势必需要多个传感器，导致智能温室成本较高，限制了其使用范围，而且有一些参数，例如玻璃面水汽冷凝量、玻璃温度等，即使设置了相应的传感器也很难获得具体准确的数值。这就导致若要对温室系统进行精确模拟，则需要很多传感器，测试成本非常高，实现难度大；若减少传感器的用量，则模拟出的温室系统和实际系统存在较大的差别，不能很好的对实际系统进行指引，导致很多优化方案不能进行种植策略和原因追溯。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于云计算的温室数据同步模拟系统和方法，其通过测量少量的参数，获得较为精确的温室模拟系统，操作简单，准确度高且成本较低，同时为分析温室状态提供了更多数据支撑。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于云计算的温室数据同步模拟系统，包括：室外气象站、室内环境数据传感器、云计算服务平台、同步模拟模块和参数校准模块，室外气象站，用于采集环境气象数据；室内环境数据传感器，用于采集温室内环境数据；云计算服务平台，根据环境气象数据和室内环境数据生成无法通过传感器直接测量的数据，将所有的数据输入模型对温室环境和作物状态进行模拟；同步模拟模块，用于将云计算服务平台的模拟结果和实测结果进行比较，计算二者误差，并根据误差生成参数调整命令；参数校准模块，根据调整命令对模型的参数进行校准。

进一步，室外气象站采集数据包括：空气温度、相对湿度、太阳总辐射强度、风向、风速和CO₂浓度。

进一步，室内环境数据传感器测试的数据包括：室内的空气温度和相对湿度。

进一步，无法通过传感器直接测量的数据：玻璃面水汽冷凝量、玻璃温度、地表温度、作物冠层温度、冠层蒸腾量、室内CO₂浓度、叶面积指数、作物根、茎、叶、果实干鲜重和产量。

进一步，无法通过传感器直接测量的数据通过将传感器测得的室内环境数据引入环境模型、作物生长模型和机理模型中进行计算。

进一步，地表温度采用温室内各部分温度计算采用传热学定律，通过计算温室地面向下的热传导，温室地面与空气之间对流换热，温室地面向外长波辐射换热，地表水分蒸发潜热损失，求解温室地面温度变化量，进而求解微分方程得到的温室地表温度。

进一步，在作物模型中，通过模拟室内作物生长状态获得作物产量、冠层温度和叶面积指数，通过冠层温度，结合光层上方光合有效辐射量计算CO₂浓度，结合水分限制因子，计算光合作用速率，通过源库关系，求解光合产物到根、茎、叶、果实的物质流，通过植物干物质平衡，求解作物根、茎、叶、果实干鲜重。