温室作物生长模拟模型
基于番茄生长发育模拟模型论文
基于番茄生长发育模拟模型的研究[摘要]自20世纪60年代开始农业模拟模型研究以来，经历40多年的迅速发展，该领域的研究成果已是非常之多。
本文对近年来国内外就番茄生长发育模拟模型的研究进行概况，为番茄模拟研究提供参考。
[关键词]番茄模拟模型概况中图分类号：tv149 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）04-0300-01番茄在我国各地普遍栽培，但生产上主要还是凭经验管理。
目前国外已经发展和建立了温室内环境控制模型和许多作物的生长模型，特别是在番茄作物上。
这些模型总结了人类对作物行为的了解和作物对其生长环境的要求，并且已经广泛应用于温室生产方面。
目前绝大多数温室缺乏系统的环境监测和环境调控设备，难以开展作物生长发育模拟模型的研究，因此温室内作物配套栽培技术往往缺乏量化科学管理指标[1]。
北方日光温室不同于大型现代化温室，设施的调控能力还很差，因此只能借鉴国外已有的技术和模型，研究与我国北方日光温室气候相适应的番茄生长模拟模型。
根据统计资料显示，在作物模型的研究中有关园艺作物模型的研究仅占5 %左右，但随着对作物生长发育机理和模拟技术研究的不断深入以及现代设施园艺的发展，园艺作物的模拟研究得到逐步重视并取得重要进展，促进了整个作物模型研究的理论与技术发展，且丰富了作物模型研究的内涵。
对于园艺作物模型，荷兰依旧保持着研究领域的领先地位，比较有代表性的成果是与以色列等国合作开发的hortistm （horticultural simulator，园艺模拟器），以及与以色列、美国等共同研制开发的温室番茄生长发育模拟模型tomgro等[3]。
hortisim本质上是一个综合的通用模拟模型系统，通过一系列的研究和技术集成，以建立通用模拟工具为导向，实现对番茄、黄瓜、甜椒等多种园艺作物生产发育过程的模拟。
目前该系统己在荷兰和以色列等国家进行了大量的实验验证，但其瓶颈是没有实现交互性友好、操作管理方便的用户界面，这在很大程度上制约了模型与模拟系统的实用化发展。
NPP估算--CASE模型
第三章长江上游初级生产力评估植被既是重要的自然资源，又是自然条件（如地质、地貌、气候、土壤等）和人类开发利用资源状况的综合反映。
随着全球变化的加剧及其对全球变化研究的不断深入，植被作为陆地生物圈的主体，在生态系统中的作用也日益受到重视，尤其是在全球物质循环、能量流动、调节全球碳平衡、减缓大气中CO2等温室气体浓度上升趋势以及维护全球气候稳定等方面具有不容忽视的意义。
植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）是指绿色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物数量，表现为光合作用固定的有机碳中扣除植物本身呼吸消耗的部分，这一部分用于植被的生长和生殖，也称净第一性生产力。
NPP 作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统中碳源/碳汇和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。
自20世纪60年代以来，各国学者对NPP的研究倍受重视，国际生物学计划（International Biological Programme，IBP，1965～1974）期间，曾进行了大量的植物NPP的测定，并以测定资料为基础联系气候环境因子建立模型对植被NPP 的区域分布进行评估如Miami模型、Thornthwaite纪念模型、Chikugo模型等。
建立于1987年的国际地圈——生物圈计划（International Geo-Biosphere Programme，IGBP）、全球变化与陆地生态系统（GCTE）和最近出台的京都协定（Kyoto Protocol）均把植被的NPP研究确定为核心内容之一（IGBP，1998）。
长江上游地区面积广大，地形复杂，气候多样，植被类型丰富，是我国生态屏障关键区，也是重要的生态脆弱区和气候变化敏感区。
同时，它还是我国生物多样性和自然保护集中区和我国重要的森林分布区、草地分布区。
温室番茄动态生长发育模拟模型的技术研究
溫室番茄動態類比技術與類比系統孫忠富陳人傑（中國農業科學院農業氣象研究所 100081）摘要：本文基於對國內外溫室作物模型研究的現狀分析，結合中國溫室作物和環境資源的特點，初步建立了以太陽輻射爲基本驅動因數的溫室番茄生長發育動態模型，並在此基礎上開發出了基於WINDOWS 平臺的類比系統。
該模型包括了太陽輻射、碳平衡、植株形態發育、幹物質分配等作物生長發育的重要過程，使模型具有相對完善的功能。
電腦類比系統採用了MS Visual Basic 6.0 和MS PowerStation Fortran 4.0混合語言編程技術，使類比系統在介面和功能上達到了較好的統一。
由於對機理模型研究的複雜性，今後尚需要對某些模組進行改進、並對某些相關參數進行不斷的調試與驗證。
關鍵字：溫室模型; 專家系統; 溫室番茄; 作物模型; 溫室控制1 前言通過建立溫室作物模型，開展作物類比技術的研究，是進行溫室環境和作物生長發育精准化控制和定量化管理的核心技術。
自二十世紀八十年代開始，一些設施農業發達國家開始從事作物模型的研究，並取得了不少成果。
如以色列、美國等科學家聯合開發了TOMGRO溫室番茄模型；荷蘭的Spitters建立了TOMSIM 溫室番茄模型；荷蘭的Marcelis針對黃瓜、番茄和甜椒等作物進行了研究，也分別建立了類比模型；荷蘭與以色列及美國等科學家還聯合開發了著名的HORTSIM 作物類比系統，是目前溫室園藝作物類比技術發展的典型代表，模型中包括了番茄、黃瓜、甜椒、甜瓜等多種園藝作物的模組。
此外，以色列還針對萵苣和玫瑰等建立了類比模型。
從總體上來說，這些模型的研究和建立不僅豐富了園藝作物模型的理論，也促進了作物類比技術的發展，同時也爲科學研究和實際應用提供了強有力的支援。
我國開展作物模型研究的歷史相對較短，主要集中在大田作物上，如對小麥、水稻、棉花等作物都取得了一定的研究成果，但是對溫室園藝作物的研究，則剛剛起步，甚至處於空白領域。
农业模型与作物模型简介
机理性模型
机理性模型即动态系统模拟模型，具有描述系统状态变化过程的功能，可响应气象和管理
措施等外部变量。这类模型具有解释性，着重解释输入输出变量间的过程机理, 以实现
对系统过程的理论假设进行定量化描述，该类模型都把时间作为变量, 以天或者小时为步
长, 因而具有动态性。
半机理性模型 半机理性模型介于经验性和机理性模型之间。
◆ 模型概念 ◆ 模型分类 ◆ 模型应用案例
农业模型简介
农业模型概念
农业模型，亦称农业系统模型、农业计算机模拟模型等，它是为研究农业问题的定量规 律所建立数学模型的总称。
具体而言，它是以农业系统要素为研究对象，根据农业系统学与农业科学原理，对农业 系统要素内及要素间关系的定量化表达。
农业模型概念
作物生长模型的构建方法
资料获取与算法构建
资料获取大概有3方面的来源： ◆ 一是已有的工作或文献资料，主要用于模型的构建； ◆ 二是通过合作途径从研究者处获取相关资料，主要用于模型参数的确定及系统的测试； ◆ 三是通过补充试验或支持研究围绕某个方面获得全新的资料，一部分用于模型的构建，另一部分用于模型 参数的确定及系统的测试。
农业模型分类
依据建模方法与本身性质
经验性模型
机理性模型
半机理性模型
农业模型分类
经验性模型
经验性模型主要采用统计学方法建立，着重建立输入和输出变量之间的相互关系, 而引起
变化的机理较少或根本不予反映（或称黑箱，即把所有变量放在一起考虑) , 偏重于应用。
例如：作物产量与某种肥料施用量间的一元二次通用模型： Y =a+bX+cX2
模块验证与改进
模型的检验包括对模型的敏感性分析、校正、核实、测验等四个主要过程；模型的改进则是在检验模型的过程中，对模型进行 必要的改进与完善。
温室甜瓜生长模型的研究及栽培管理专家系统的建立
温室甜瓜生长模型的研究背景
温室甜瓜生长模型的研究主要涉及到农业生物学、植物生理学和环境科学等 领域。在过去的几十年里，许多学者对温室甜瓜的生长规律、环境因素对甜瓜生 长的影响以及甜瓜品质与产量的关系等方面进行了大量研究。这些研究为建立温 室甜瓜生长模型提供了重要的理论基础和实践经验。
温室甜瓜生长模型的研究意义
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1、植物生长模型模块：用于描述作物的生长过程、环境因素对作物生长的 影响以及作物品质与产量的关系等。
2、数据分析模块：用于对采集到的温室环境数据进行分析和评估，为管理 者提供决策支持。
3、知识库模块：储存了大量的农业专家知识和经验，能够为管理者提供作 物栽培、病虫害防治等方面的指导。
4、交互界面模块：为用户提供友好、直观的操作界面，方便用户进行数据 输入、分析和结果展示。
3、系统实现了对温室环境参数的实时监测，有助于及时发现问题并进行处 理；
4、提供了友好的用户界面，使用户能够方便地进行操作和维护。 然而，该系统也存在一些不足之处：
1、系统的准确性和稳定性有待进一步提高； 2、专家知识的获取和整理仍需不断完善和更新；
3、系统的应用范围仍有一定的局限性，需进一步拓展和完善。
基于Web的温室作物栽培管理专 家系统研究现状
基于Web的温室作物栽培管理专家系统是近年来温室农业的另一个研究热点。 该系统通过融合物联网、大数据、人工智能等技术，提供对温室环境的实时监测、 数据分析、作物生长预测等功能。目前，国内外已有多个研究机构和企业在开展 相关研究，并取得了一定的成果。例如，荷兰的AgroWeb公司开发了一套基于Web 的温室作物栽培管理专家系统，实现了对温室内环境参数的实时监测和数据挖掘， 为农业生产提供全方位的决策支持。
农业温室环境温度的建模与仿真
ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｅｎＶｉｒｏｍｎｅｎｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂａｓｅｄ
ＩＩ
ｏｎ
ＡＩⅨｍｏｄｅｌ，ｔ１１ｅ强ａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｓｈｏｗ廿ｌａｔ廿ｌｅ ｍｏｄｅｌ ｃｏｒｒｅｃｔｌｙ，ａ１１ｄ ｉｔ
ｃａｎ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｃａｎ
图４—２温室中能量传递与平衡………．．………………………．．１７
图４—３ 图４—４ 图４—５ 图４—６ 图４—７
ＰＣ板温室自动控制系统………………………………．…２１ 图４—８实验步骤……………………………………………．２２
图４—９模型阶次估计…………………．……………………．．２５
图４一１０ ２００５年９月１ｌ一１４日的室外温度、湿度、风速、太阳辐射强度和仿真温
ａｒｅ
ｍａｌｌｙ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｌｌ ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ ｍｉｃｒｏｃｌｉｍａｔｅ
ｅｎｖｉｒｏ姗ｅｎｔ ｓｕｃｈ船ｓｏｌａｒ
ｒａｄｉａｔｉｏｎ，
ｏｎｅ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｕｍｉｄｉ吼Ｃ０２
ｄｏｍｉｎａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ
ｏｎ
ｃｏｎｃｅｎ仃ａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｅｔｃ，ａｌｌｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ
度模型，结果表明：温室温度模拟值与实测值的变化趋势一致，模型能有效地模拟温
室内的温度，该成果为温室控制系统设计提供参考： （３）运用ＭＡＴＬＡＢ图形用户界面建立温室温度建模与仿真系统； （４）总结本课题的研究意义，对温室小气候建模的研究工作进行设想和展望。
关键词：农业温室；温度；系统辨识法；．ｄ魁模型
对农业温室环境系统的温度建模和仿真，论文首先分析监测到的温室内外数据，运用 相关性分析和相关性显著检验，确定了温度、相对湿度、太阳辐射强度和风速是影响 温室内温度的主要因子，然后运用残差分析法辨识模型的结构，利用递推最小二乘算 法确定模型的参数，并通过试验验证模型的正确性。 本文所做的主要工作有以下几个方面： （１）总结了国内外温室温度建模的方法和在该领域研究概况，指出对温室内温度 的研究对我国现代化温室产业的发展具有至关重要的意义； （２）研究了系统辨识技术在建模中的应用，基于ＡＲＸ模型建立了农业温室环境温
温室番茄光合作用模拟模型中环境因子的影响
化 以前 ， 合 作 用 便 发 生 了变 化 ， 而外 观 上 未 表 现 光 因
萎焉 的轻度缺水就能引起光合作用的减弱。另外 ， 叶
片 的含 水量 变 化必 然 影 响 到 叶 绿体 的水 分 含 量 ， 而 进
影 响光 合作 用 ， 叶 片 的水 分 平 衡 主 要 决 定 于 土 壤 水 但 分状况 和潜在 蒸散 ， 此采 用土壤 水分胁 迫 因子 Ｆ 因
由上 式 可 以计 算 出 番 茄 群 体 冠 层 每 一 分 层 的 光
２ ２ 水分 订正 系数 ．
合 日总量 Ｐ Ｇ ， Ｃ 从而得出番茄群体 的光合 日总量为
３
水 分是 作 物 进 行 光 合 作 用 重 要 的 物 质 之 一 。 在 正 常条 件 下 ， 壤 含 水 量 因 浇 灌 、 发 等 会 经 常 处 于 土 蒸 变 化之 中 ， 物 体 内 的水 分 状 况 也 随 其 而 变 化 ， 而 作 从 引起 光 合作 用 的变 化 。大 多 数情 况 下 ， 土 壤 含 水 量 在
１ 番茄群体 光合作用模型简介
１ １ 单 叶光合 作用 模型 ．
点， 针对现有光合 作用模 型存在 的问题 ， 在综合 国内 外各类机理模型和经验模 型优点 的基 础上 ， 结合我 国 温室番茄生长 的特点 ， 建立 了适合我 国温室番茄群体 光合作用模拟模型 ， 模型包括叶面积动态和温室 内冠
气候 的角度来研 究它。当然 温室在运作 时会 同时具 有以上几种 系 统 的特征 ， 无论 以哪种 系统 特 征为 但
叶光合作用 广泛采 用 的形式 ， 本研 究亦 采用 这种 形
式， 即在 正 常 Ｃ 浓 度 和适 宜 的 温 度 条 件 下 ， 茄 单 Ｏ 番 叶光 合作 用 强 度 主 要 受 光 合 有 效 强 度 的 影 响 。其 表
基于 CFD 数值模拟方法的日光温室建模研究
基于 CFD 数值模拟方法的日光温室建模研究王向军;刘志刚;李荣;林卫国;汪小志【摘要】随着计算机软件技术的发展， CFD计算流体数值仿真模拟被广泛地应用到实际工程中，但是在农业方面的应用还比较少。
CFD通过建模和数值仿真模拟可以对真实环境的尺寸以及外形进行数值建模，能够模拟真实环境的温度、压力以及速度场等参数，并将模拟结果进行二维和三维立体呈现。
运用CFD 数值模拟技术，以温室的生长环境为例，对温室通风前后的温度以及湿度情况进行了数值模拟仿真。
通过计算发现温室最高温度由通风前的307K降低到了304K，有了明显的改变，验证了数值模拟计算机的准确性。
通过对湿度的 CFD 数值模拟仿真发现，进行通风之后气体流动性比较好，没有出现热空气的集聚现象，非常有利于农作物的生长，从而为日光温室农作物生长环境的研究提供了理论参考。
%With the development of computer software technology , CFD numerical simulation of fluid simulation has been more widely applied in practical engineering but less in agriculture .CFD can form the numerical modeling of the size and shape of real environment , it can simulate temperature , pressure and velocity field parameters of the real environment . We can compare the results of two-dimensional simulation with that of three-dimensional simulation .By using CFD nu-merical simulation technology , taking the environment for the growth of greenhouse as an example , the greenhouse venti-lation , temperature and humidity were investigated by numerical simulation , the calculation showed that the maximum temperature of greenhouse ventilation reduced from 307K to 304k,which has changed significantly to verify the accuracy of the numericalsimulation .Based on the numerical simulation of CFD , humidity , ventilation is good after gas liquidity without agglomeration of hot air , which is very conducive to the growth of crops and provides the theory reference for the crop growth environment of solar greenhouse .【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P184-188)【关键词】日光温室;CFD技术;数值建模;计算机数值仿真;流场分布【作者】王向军;刘志刚;李荣;林卫国;汪小志【作者单位】北京农业职业学院信息技术系，北京 102442;南昌大学环境与化学工程学院，南昌 330031;北京农业职业学院信息技术系，北京 102442;华中农业大学工学院，武汉 430070;南昌大学环境与化学工程学院，南昌 330031【正文语种】中文【中图分类】S625.5;S126CFD是计算流体力学数值仿真的简称。
冬季日光温室内微气候模拟与优化
冬季日光温室内微气候模拟与优化作者：王灿来源：《新教育时代·学生版》2016年第32期摘要：日光温室内的温度分布和变化决定了植物生长的环境，对农作物种植效率有至关重要的作用。
本文针对呼和浩特市典型的日光温室，研究冬季环境下室内的微气候。
采用CFD方法对温室内一天的温度变化进行数值模拟，找到变化规律，并通过地板采暖方式对温室进行优化。
该研究对CFD方法在农业应用中的可能提供了参考。
关键词：日光温室计算流体动力学地板采暖引言日光温室作为我国设施农业产业中的主体，近年来已成为农业种植业中效益最高的产业。
不仅解决长期困扰我国北方地区冬季的蔬菜淡季供应问题，同时促进农业产业结构调整、带动相关产业发展、提高城乡居民生活水平。
日光温室产业能充分利用有限的光热资源，通过加强人的主观调控能力，最大限度的减弱气候带来的不利因素，大幅度地提高了作物的产量、质量、经济效益。
在同内蒙古一样的寒冷干旱地区，传统的日光温室在严寒天气下有时未能为植物生长提供所需的条件。
通过改变日光温室的保温措施和适当供热，能有效解决这一问题。
本文通过CFD方法模拟日光温室一天内的温度变化，采用以上两种方式对日光温室进行优化，并比较优化后对室内温度的影响规律。
为提高和控制日光温室夜间温度，促进生产效率给出了可行的参考。
一、温室模型建立1.数学模型由于地面土壤的蓄热能力较强，温室靠近地面的温度最高，植物生长区域约为264K，采光面没有太阳辐射，材料较薄，温度最低。
三、优化后的室内温度场模拟为了在夜间获得更高的温度，在传统后墙的情况下，夜间对温室地下进行供热。
在地面加入80W/m2的热流密度，得到的温度场分布趋势与不加温时相似。
但整体温度有了较大提高，靠近地面的温度约为294K，刚好能满足一般蔬菜作物20至22℃的生长需求。
结语传统日光温室由于墙体结构简单，保温能力差，白天温室内温度偏低，16点以后急速降低，对植物生长影响很大。
通过夜间对温室地下进行供热能有效提高温室内整体温度，且分布均匀。
作物模拟模型的研究进展
0引言作物生长模拟模型简称作物模型，用以定量和动态地描述作物生长、发育和产量形成过程及其对环境的反应。
该模型综合了作物牛理、生态、气象、土壤、水肥、农学等学科的研究成果，采用系统分析方法和计算机模拟技术，对作物生长发育过程及其与环境和技术的动态关系进行定量描述和预测。
核心是对整个作物生产系统知识的综合和对生理生态过程及其相互关系的量化。
它的建立有利于已有科学研究成果的综合集成，同时也是作物种植管理决策现代化的基础。
作物生长模型的应用使得科学研究避免在不同的地方重复相同的试验。
目前的作物模拟模型虽然借助3S技术得到长足发展，但依然存在着一些问题。
1国内外作物模拟模型研究进展1．1 国外作物模拟模型研究进展20世纪60年代，随着农业科学以及计算机技术的发展以及对作物生理动态机理认识的不断加深，作物生长模型的研究得到了初步发展。
经过几十年的发展，已经取得了较大的成就，主要以荷兰、美国、澳人利亚这3个国家所发展的模型影响为主。
1．1．1荷兰作物模拟模型1965年，de wit对叶冠层的光合作用进行了研究，奠定了作物生长动态模拟模型基础。
de Wit学派的第一个模型ELCROS(初级作物模拟器)是用于探讨不同条件下的作物潜在生产水平，模型包含了详细的、具有机理性的冠层光合作用部分、描述器官生长速率的部分及有关呼吸作用的最初设想。
在其基础上又发展了BACROS(基本作物模拟器)模型和ARID CROP。
de Wit学派的第一个概要模型SUCROS所描述的物理过程和生理过程适用于不同的环境条件，具有通用性。
世界粮食研究中心在SUCROS的基础上开发了WO—FOST作物模型，着重强调在定量土地评价、区域产量预报、风险分析和年际间产量变化以及气候变化影响等方面量化中的应用。
MACROS 模型作为SARP计划的一部分是比较完善和成熟的机理性作物生长模拟模型，该模型可以模拟作物潜在生产力、水分限制和养分限制条件下的作物生长。
温室微气候模拟与温室作物生长模型研究进展
2023 ，43（1） : 055J.SHANXI AGRIC, UNIV . （ N atural Science Edition ）学报（自然科学版）04167温室微气候模拟与温室作物生长模型研究进展金梁1，魏丹1*，殷大伟2，邹国元1，张亦涛3，丁建莉1，王磊1，李艳1，左强1，申慧波4，王宇先4，王俊强4，孙磊5，王伟6，梁丽娜1，孙鑫2，王文7（1.北京市农林科学院 植物营养与资源环境研究所，北京 100097；2.黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319；3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；4.黑龙江省农业科学院 齐齐哈尔分院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；5.黑龙江省农业科学院，黑龙江 哈尔滨 150086；6.黑龙江省黑土保护研究院，黑龙江 哈尔滨 150086；7.北京农学院，北京 100096）摘要：现代的温室是一个复杂的环境系统，其中土壤、作物和微气候三个子系统间各种生物和非生物现象时常发生。
农业数学模型可以用来模拟和预测温室内微气候和植物生长的变化，从而推荐最优化的生产管理策略。
本文对国内外温室气候模型和温室作物生长模型进行了综述，温室气候动态模型可以预测关键气候因子，分为机械模型和黑箱模型。
机械模型基于物理方程构建，它描述了基于过程的知识模拟的系统；黑箱模型属于经验模型，更多地用于温室系统控制、优化和设计的应用。
作物生长模型是基于科学原理和数学关系的一种定量化工具，可以评估温室内土壤、微气候、水分和管理因素对作物生长发育的影响程度，预测作物生长状况。
作物生长模型主要包括两类：描述性模型和解释性模型。
温室作物模型是基于露地作物建立的最早的作物生长模型，并在几十年发展过程中对原来各功能模块进行修正、扩展和升级而来。
功能-结构植物模型（functional –structural plant modeling ，FSPM ）是基于植物建筑学并结合气候和作物模块而形成，可以模拟单个植物的生长、形态以及它们与其生长环境的相互作用。
温室生产系统环境控制算法综述
第11卷第2期2021年2月农业工程Agricultural EngineeringVol. 11 No. 2Feb. 2021温室生产系统环境控制算法综述杜尚丰，董乔雪，徐云，冯磊(中国农业大学，北京100083)摘要：温室是实现作物优质高效生产的重要设施，可以在一定程度上克服传统农业难以解决的限制因素，消除对作物生长不利的环境条件，使其部分或者全部脱离外界气候条件及土壤因素的制约，达到作物高产出、高质量、高效益和工厂化生产的目标。
先进温室生产系统的标志之一是可基于温室环境控制系统进行温室生产过程调控，为作物构造合适的生长环境，以提高产量，改善质量。
温室生产过程性能的好与坏取决于控制算法。
在检索中外文献基础上，介绍了目前控制算法的类型、存在的问题、改进措施和未来发展趋向。
关键词：温室；环境控制；优化算法；生产模型；耦合；智能控制中图分类号：S625.5*! 文献标识码：A文章编号：2095-1795(2021)02-0021-05Review of Control Algorithms for Environment ofGreenhouse Production SystemDU Shangfeng, DONG Qiaoxue, XU Yun, FENG Lei(China Agricultural University，Beijing100083，C hina)Abstract：Greenhouse is an important facility for achieving high-quality and high-efficiency production of crops. To a certain extent ,it can overcome constraints that traditional agriculture can hardly solve, eliminate unfavorable environmental conditions for crop growth, and make it partly or completely free from external climatic conditions and soil factors, and achieve goal of high yield, high quality, high efficiency and factory production. One of the hallmarks of advanced greenhouse production system is that it can control greenhouse production process based on greenhouse environment control system, and construct a suitable growth environment for crop growth to increase yield and improve quality. The performance of greenhouse production process depends on control algorithm. Based on retrieval of Chinese and foreign documents, current types of control algorithms, existing problems, improvement measures, and future development trends were introduced.Keywords：greenhouse, environmental control, optimization algorithm, production model, coupling, intelligent control〇引言温室生产系统复杂，多变量耦合，存在扰动，存 在未建模动态，整个生产过程涉及作物栽培知识，因此对温室生产系统的环境调控带来挑战。
NPP估算--CASE模型
第三章长江上游初级生产力评估植被既是重要的自然资源，又是自然条件（如地质、地貌、气候、土壤等）和人类开发利用资源状况的综合反映。
随着全球变化的加剧及其对全球变化研究的不断深入，植被作为陆地生物圈的主体，在生态系统中的作用也日益受到重等温视，尤其是在全球物质循环、能量流动、调节全球碳平衡、减缓大气中CO2室气体浓度上升趋势以及维护全球气候稳定等方面具有不容忽视的意义。
植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）是指绿色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物数量，表现为光合作用固定的有机碳中扣除植物本身呼吸消耗的部分，这一部分用于植被的生长和生殖，也称净第一性生产力。
NPP 作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统中碳源/碳汇和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。
自20世纪60年代以来，各国学者对NPP的研究倍受重视，国际生物学计划（International Biological Programme，IBP，1965～1974）期间，曾进行了大量的植物NPP的测定，并以测定资料为基础联系气候环境因子建立模型对植被NPP的区域分布进行评估如Miami模型、Thornthwaite纪念模型、Chikugo 模型等。
建立于1987年的国际地圈——生物圈计划（International Geo-Biosphere Programme，IGBP）、全球变化与陆地生态系统（GCTE）和最近出台的京都协定（Kyoto Protocol）均把植被的NPP研究确定为核心内容之一（IGBP，1998）。
长江上游地区面积广大，地形复杂，气候多样，植被类型丰富，是我国生态屏障关键区，也是重要的生态脆弱区和气候变化敏感区。
同时，它还是我国生物多样性和自然保护集中区和我国重要的森林分布区、草地分布区。
第二届植物生长模型、模拟、可视化及其应用国际研讨会在北京召开
将 不 司 研 究 背 景 包 括 植 糁 学 、林 学 、 友 学 、环 境 科 举 、数 学 和 计 算 科 学 的研 究 者 皇 鲷 在 一起 其 探 讨 噎 劫 生 长 模 型 且
本次大会共有来 自２ ５Ａ国家的１ ３名代表参会， ３ 其中营兰参会人数迭 ５ 人 ． ４ 意大利 １ 人 ． １ 比利时 １ 人 ， Ｄ 其宅超过 ４ 人豹国家有美萤、
丹麦 、 法 匡 、以 色 列 、 中 国 和 哥伦 比亚 。 呆 自南 京 农 业 大 学 的 罗卫 红 博 士 、 戴 建 峰 博 士 ． 立 国寂 科 院 蔬 菜 花 卉 研 究 新 的 贺超 兴博 士和 中 科 学 院 自动化 究 所 的康 盂 珍 博 士 等 ４位 审 国代 表 参 会 。 连 续 ３天 韵 会 议按 主题 柱 舟 成 １ ０个 Ｓ ｓｉ ． 共安 排 了 ３ ｅｓ ｎ ｏ ２个 大 会 援告 和 ６ ７ 个 墙 报 及 软 件 演 示和 温 室参 观 等 活 动 ， 通 过 严呜 掌 握 时 ，会 议 进 行 焊 紧张 有 序 ，通 过 各 种 活 动 安排 大 家 进 奸 了充 井 的 学 术 交 渍 ，取 得 了 良好 的效 果 。 国际 模 型 研 究 多 与 本 国 研 究 实际 瑁 结 台 ．从 温 室节 能 、环 境 模 拟 、 生 长 发 育 、甜 椒 连 续 座 果 惺 、 水肥 模 型 、三 维 可 视 化 等 不 同 角 度 来 优 化 生产 、 测 产 量 ， 多 工 作 测重 子模 型 有效 性 验 证 由 于 荷 兰温 室 蔬 菜 生 产水 平 很 高 ． 此 采 用模 型 井 不 能 使 其 解决 多少 生 产 问题 ， 预 很 因 只 能 与 实 际 水 平相 当 ｔ 而 中莲 毒干 生 产 水 平低 。采 甩模 型 研 究 优 化 各 种 环境 园 子对 于 担 决 生 产 题应 该 有 很好 的 应 月前 景 ， 因 此 这 为 科 研 工作 者 在 中 匡 开 展 湿 室 蔬菜 生长 发 育 模 型 研 究 增 强 了信 心 。 通 证 会 议 裴 感 觉 到 中 国的 模 型 研 究 已 基 本 接 近 国 际前 沿 ，但 主 要 集 中 在 门 光 湿 环 境 模 型和 生长 发 育 的 模 拟研 究方 面 ．对 月 水气 菩 的 影 响 尚 不 多见 ． 墨于 中 匡 多 采 用土 壤 栽 培 ，与 荷 兰标 准 的 岩 棉 营 养渣 栽 培 不 同 ， 巴 因此 加 强 水 肥模 型和 环 境 模 型 与植 物 生 长 发 育 的结 台 应 是 我 们未 来 研 究 的 重 席 。 会 后 大会 组 织 了 聍 荷 兰 蔬 菜 生 产涅 宣 韵参 观 访 问 。在 典 型 的 荷 兰 Ｖ ｌ 温 室 壹 ，城 璃 温 室 高 这 ６米 左 右 ．茄 子 、 甜 椒 从 １月 份 穹 ｅｏ型 苗 生长 至 １ 月 ，椿 高 可 这 ５米 左 右 上面 挂 满 了茄 子 ，采 用 电动 轨 道 车 进 行 采 收 ．栗 技 后 茄 子 经 自动 化 的生 产 流 水 线 结 台 人 工 按 单 １ 个 重量 大 小 进 行 分 级 后 分 别装 人 不 同 包 装 箱 上 甫 。 整＾ 生 产 迁 程 中只 进 行 单 干 整磕 ，不 ＾ 工 打 叶 ，饪 下 部 ｊ 片 因遮 荫 至 于 枯 掉 乃 至 十 脱 蔫 ．这 样 增 加 了光 台 营 养 面 积 叉减 少 了ｆ 叶 的人 工 消 耗 ， 确 实 蓬台 于苛 兰的 型 温 室 生 产 。温 室 基 本 都 采 慝 了补 充 二 复化 嵌装 置 ，且 均 有 环境 监 测 系 统 对 温 室环 境 进 行 监 控 ，保 证 了 生 产 条件 的 优 化 管理 。
不同季节露地结球生菜生长模型初探
不同季节露地结球生菜生长模型初探孙亚男1，刘元军1，马铁民1，苟党庆2（1.凯盛浩丰农业有限公司，山东青岛 266000，2.青岛浩丰生物科技有限公司，山东青岛 266000）摘要：为掌握和预测结球生菜生长情况，以露地栽培结球生菜为材料，构建生长模型。
通过分析结球生菜的田间表型数据的匹配温度，建立了山东地区春季和秋季露地栽培结球生菜的植株最大直径、株高、叶片数、叶长、叶宽、球高和球宽的生长模型；为了提高田间调查效率，对生长指标间的相关系数进行分析后，确定仅调查植株最大直径、叶长、球高这3项生长指标即可掌握生菜的生长情况。
通过日最高温度、日最低温度和生长天数来预测结球生菜生长情况，当预测值与实际值差异高于5%时，需要及时调整种植管理方案，以确保生菜正常生长。
关键词：露地栽培；结球生菜；温度；生长期；生长模型Study on the Growth Model of Head Lettuce in Open Field inDifferent SeasonsSUN Ya'nan1, LIU Yuanjun1, MA Tiemin1, GOU Dangqing2(1. Triumph-Haofeng Agriculture Co., Ltd, Qingdao 266000, China; 2. Qingdao Haofeng Biological Technology Co.,Ltd., Qingdao 266000, China)Abstract: In order to grasp and predict the growth of head lettuce, a growth model was established with head lettuce cultivation in open fi eld as material. By analyzing the matching temperature of fi eld phenotypic data of head lettuce, the growth models of the plant maximum diameter, plant height, leaf number, leaf length, leaf width, bulb height and bulb width were established in spring and autumn in Shandong. In order to improve the effi ciency of fi eld investigation, the correlation coeffi cient among the growth indexes was analyzed, and it was determined that the growth of head lettuce could be understood only by investigating the three items of plant maximum diameter, leaf length and bulb height. The growth of head lettuce was predicted by the daily maximum temperature, daily minimum temperature and growing days. When the difference between the predicted value and the actual value was more than 5%, the programme of planting and management should be adjusted in time to ensure the normal growth of head lettuce.Keywords: open fi eld cultivation; head lettuce; temperature; growth period; growth model结球生菜（Lactuca satire L．var．captitata DC．）为菊科莴苣属1年或2年生草本植物，含有蛋白质、糖类、维生素和丰富的矿物质，且风味独特，无论生吃、炒食都深受人们的喜爱，因此种植面积越来越大。
基于植株-环境交互的温室黄瓜虚拟生长模型研究
基于植株-环境交互的温室黄瓜虚拟生长模型研究唐卫东;刘欢;刘冬生;胡雪华;李萍萍;卢章平【摘要】以温室黄瓜生长为例,对实验观测数据进行预处理并采用关联分析法获取植株-环境互作信息,依据作物发育动态理论模型建立了植株-环境的信息响应模型和信息反馈模型,再从植株生长的系统变化过程对相关模型进行耦合.运用规则化处理方法与面向对象技术建立植株拓扑演变模型与器官形态发生模型,并构建虚拟植物动态模型.实验表明,模型拟合度均达到95％以上,能较好地虚拟外部环境作用下的植物生长发育,为动态掌握和预测适宜植物生长的温室环境条件提供依据.【期刊名称】《农业机械学报》【年(卷),期】2014(045)002【总页数】7页(P262-268)【关键词】温室;黄瓜;模型耦合;面向对象技术;虚拟植物【作者】唐卫东;刘欢;刘冬生;胡雪华;李萍萍;卢章平【作者单位】井冈山大学电子与信息工程学院,吉安343009;井冈山大学电子与信息工程学院,吉安343009;井冈山大学电子与信息工程学院,吉安343009;井冈山大学生命科学学院,吉安343009;江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室,镇江212013;江苏大学图形技术研究所,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TP391;S126引言近年来，信息与计算机技术极大地促进了现代农业的发展，与农田相比，温室具有环境可控的优势并已成为推动现代农业发展的重要载体［1］。
研究表明，作物模型在温室作物生产与环境管理方面发挥重要作用，为此温室作物建模方法受到国内外有关研究者的普遍关注。
一些发达国家早期采用关联方法建立作物生长与温室设施之间的函数关系，获得温室环境参数最优值［2］；为了适应温室环境自动化控制需求，采用决策支持系统工具和模糊PID控制相结合的方法，建立基于作物模型的决策支持系统并用于温室环境的模糊决策和预测控制［3－4］。
随着温室环境自动化控制水平的提高，一些研究人员基于Web技术或无线传感网，并在建立不同季节作物产量预测模型等基础上，开发温室环境自动控制系统，利用该系统及作物生长信息对作物生长环境进行自动调控［5－7］。
基于辐热积的温室微灌基质栽培生菜生长模拟
基于辐热积的温室微灌基质栽培生菜生长模拟刘志刚;徐勤超【摘要】To find out the effect of cultivation methods on vegetable growth and development, the lettuce leaf area, dry matter production and fresh production were studied in four substrates under drip and mico-sprinkler irrigation. Based on the experimental data of the lettuce and the productof thermal effectiveness and PAR to establish the simulation models of leaf area, dry matter production and fresh production. The result indicated that lettuce characters in different substrates were no significantly different (P>0. 05) under the same irrigation method. These data of repeat test were employed to veri-fy the establishing models. The maximum root mean square error between simulated and observed values of lettuce leaf are-a, dry matter production and fresh production under drip and mico-sprinkler irrigation were 71. 6 cm2 , 0. 32 g and 10. 67 g, respectively.%为探明不同栽培方式对生菜生长的影响,采用滴灌、微喷灌2种灌溉方式和醋糟与草炭复配而成的4种栽培基质,根据生菜对温度和有效光合辐射的响应,以光温因子-辐热积( TEP)为驱动变量,建立不同灌溉方式和不同基质配方条件下的温室基质栽培生菜营养生长模拟模型,模型包括单株生菜叶面积模型、干物质累积模型和单株生菜产量模型。
基于源库生长单位的温室番茄干物质生产-分配模拟
基于源库生长单位的温室番茄干物质生产-分配模拟朱晋宇;温祥珍;李亚灵【摘要】为了量化研究温室番茄果穗间干物质的分配,提高温室番茄栽培的效益,采用源库生长单位的测定方法,将经典的单叶同化物生产模型与GreenLab模型相结合,构建了干物质向源库生长单位内茎节、叶片、果实分配的动态模型,利用越冬茬、早春茬和春夏茬温室番茄各器官的干物质测定数据对模型进行了验证.结果表明:所构建的模型模拟结果与实测结果吻合性较好,不同茬口同化物生产模拟值与实测值的回归方程斜率为0.93,R~2为0.92;源库生长单位内茎节、叶片、果实以及根系的模拟值与实测值间回归方程斜率在0.85～0.89之间,其相对误差(R_e)均值分别为5.3%、5.6%、8.1%和3.6%,说明模型的模拟准确度较高,可为不同茬口温室番茄栽培管理提供理论依据和决策支持.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2009(029)012【总页数】7页(P6527-6533)【关键词】温室番茄;源库生长单位;干物质生产分配;模型【作者】朱晋宇;温祥珍;李亚灵【作者单位】山西农业大学园艺学院,山西太谷,030801;中国农业科学院蔬菜花卉研究所,北京,100081;山西农业大学园艺学院,山西太谷,030801;山西农业大学园艺学院,山西太谷,030801【正文语种】中文【中图分类】Q948无限生长类型的番茄从第一穗果开始，一般是按照每3片叶一穗果的规律无限生长。
Tanaka和Fujita[1]定义某一果穗与其果穗下3片叶及其茎组成一个源库生长单位，整个植株由若干个源库生长单位构成。
番茄产量由各穗果实产量构成，对各穗果实干物质生产规律的模拟研究是量化番茄产量构成的有效途径。
作物产量形成的基础是同化物的积累与分配，同化物在各器官之间的积累与分配主要受各器官自身的库强调节 [2，3]。
Heuvelink[4]建立了基于“源-库”调节理论的温室番茄TOMSIM模型，肖深根[5]采用此模型模拟了温室番茄叶片修剪对干物质生产和分配的影响。
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• 2、国内
国内农业计算机的应用开始于 70 年代中期， 到80年代初期开始研究计算机应用于温室环境 的控制管理。进入90年代随着国外现代化温室 设备不断引进以及温室计算机应用水平的提高， 特别是现代化信息技术的飞速发展，也为设施 农业提供了前所未有的发展动力。但总体来说， 国内温室作物模型的研究方面尚处于前期准备 阶段或起步阶段。
• 荷兰 的作物生长模拟模型特点是强调作物的共性，只 要输入所需要的统一参数和数据，模型可适合于大多 数作物。这就决定于模型 在应用于评价农业生态系统 生产力和农场决策方面的研究工作较深入 。但模型对 播种密度，光合产物在各器官分配受光温水影响，库 和源间的关系和根系生长及其对养分和水分吸收机理 考虑较粗。 • 美国建立的作物生长模型，深入考虑作物共同生长机 理，还强调各种作物的特点，建立不同作物生长模拟 模型。 主要目的是研究作物生长生物化学过程和环境 的关系及解决作物栽培和管理中的一些实际问题 ，为 作物生长管理和决策提供依据。
1. 基于现场总线技术的 计算机分布式控制系统
现场总线计算机分布式控制系统示意图
国内首创的新一代网络集成式全分布温室控制系统 系统特点
①现场控制设备具有通信的功能，具有设备之间互可操作性， 便于构成底层控制网络；
②通信标准公开一致，使系统具备良好的开放性；
③功能块与结构规范化，使相同功能设备间具有互换性； ④控制功能下放到现场，系统结构具备良好的机动灵活性； ⑤用一对双绞线可挂接多个控制设备，节省安装和维护费用； ⑥采用数字传输监控信息，大大提高了系统的可靠性；
三、现状与问题
• 相当一部分温室、尤其是大型连栋温室生产效益低。 • 生产能耗大、成本高。 • 温室环境调控能力和调控水平、生产管理水平低，仍主要是 依据管理者个人经验和主观感觉进行决策的粗放式管理。 • 温室环境调控与生产管理设施未完善配套。 • 温室是一个复杂的系统，室内环境受外界自然条件、结构和 环境调控设施等因素影响；而温室栽培植物的生长和产量、 品质是环境、水肥和生产管理等多因素综合作用的结果。因 此，温室环境的合理调控和生产高效管理是一项复杂的工作， 只有依靠有效的调控管理设施，采用现代计算机信息技术， 实行智能化调控，才可以达到理想的效果。
2
研究意义
科学价值
•
通过作物模型的建立和模拟分析，研究作 物生产系统的内部结构、要素之间的相互关系、 系统整体的机理和功能等，从中发现新的规律和 知识，为优化管理决策提供科学依据。
•
经济意义
完善的模型可以不同成度地代替物理试验， 田间需要几个月甚至若干年才能完成的试验， 用计算机模拟只需要几分钟或几十分钟即可完 成。它具有周期短、易于调控、不受人为因素 和客观条件制约等特点，节省大量人力财产， 加快了研究周期
温室作物生长模拟模型的 研究与应用
一、作物生长模拟模型的概念与研究意义
1
概念
• 所谓模型是指对现实系统经过简化的或抽象的表示。 • 所谓模拟是指通过数学方法研究系统的结构、功能和相关 行为。 • 作物生长模拟模型用以定量和动态地描述作物生长、发育 和产量形成过程及其对环境的反应。 • 该模型综合了作物牛理、生态、气象、土壤、水肥、农学 等学科的研究成果，采用系统分析方法和计算机模拟技术， 对作物生长发育过程及其与环境和技术的动态关系进行定 量描述和预测。核心是对整个作物生产系统知识的综合和 对生理生态过程及其相互关系的量化。
国际上大致在70年代末80年代开始进行温室作 物模拟研究，较大田作物晚10年左右。研究集 中在番茄、黄瓜等，也包括一些花卉。
如有代表性的模型有 TOMGRO(Tomato Growth Simulation Model)，这是关于温室番茄生长的 动态模型， 另一个是 HORTISIM(Horticultural Simulator)， 意思园艺模拟器。
图像监视分析模块
• • • •
可自动水平扫描和水平、垂直步进 可实现图像的拉近、退远 定时、定点自动采集作物图像并保存 分析图像、计算作物形态参数
2. 温室环境监测专用传感器的研制
①土壤(基质)水分传感器 • 利用驻波率原理， 国际首创 • 测量精度高(含水量 0～50％VOL时， 精度为±3％VOL) • 可靠性好
除此之外，通过模型的应用指导生产中的 管理决策，设施工程设计。
二、国内外研究与应用现状
• 1、国际
上世纪自60年代以来，随着农业计算机技术的应 用普及，开展作物模拟的研究逐步兴起。以荷兰、美 国为代表，在作物计算机模拟技术方面得到很大发展， 建立了不少作物模拟模型。较有代表性的如 荷兰的ELECROS模型——作物碳素平衡模拟模型、 MCAROS模型——全年作物生长模型， 美国的CERES(Crop-Environment Resource Synthesis) 模型——作物-环境资源综合系统、 COMAX-GOSSYMCotton Management Expert system-Gossypium Simulation Model)模型——棉花 专家管理计算机模拟系统模型 。
• 较多温室环境监测与控制系统硬件与软件依赖国外进口。
四、研究成果
1. 基于现场总线技术的计算机分布式控制系统 2. 温室环境监测专用传感器的研制 3. 温室栽培作物生长模型仿真系统 4. 温室环境综合模拟、分析预测模型 5. 温室智能化监测与管理总系统软件 6. 灌溉施肥过滤一体化机 7. 温室水肥信息采集与灌溉施肥自动控制系统 8. 温室作物栽培管理专家决策支持系统
⑦系统集成灵活，便于推广，便于扩展和升级。
上位机
电器控制柜
测控模块
温 室 智 能 控 制 器
特点： • 采用485总线与测控模块联接，便于扩展 • 具有实时采集、存储、控制控能 • 可脱离上位机独立工作 • 便于实现温室的集群控制 • 具有自主知识产权，填补国内物的图像 • 可进行自动水平扫描和水平、垂直步进 • 可实现图像的拉近、退远 • 定时、定点自动采集作物图像并保存