本發(fā)明涉及作物補(bǔ)光調(diào)控，具體涉及一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、作物（如葡萄等水果）轉(zhuǎn)色期是作物品質(zhì)（如果實(shí)品質(zhì)）形成的關(guān)鍵階段，光照和溫度對(duì)光合作用效率及果實(shí)糖分積累、花色苷合成具有重要影響。傳統(tǒng)方法多依賴植物生長調(diào)節(jié)劑和農(nóng)藥促進(jìn)轉(zhuǎn)色，但存在藥物殘留超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，影響食品安全。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，作物的光照調(diào)控多采用固定補(bǔ)光模式，但該種固定補(bǔ)光模式存在諸多不足。一方面，固定補(bǔ)光模式未能充分考慮光照強(qiáng)度與溫度的協(xié)同效應(yīng)，導(dǎo)致能源浪費(fèi)和光合效率低下；另一方面，固定補(bǔ)光模式多是面對(duì)溫室中光照強(qiáng)度恒定的植物，無法在優(yōu)先接受外界自然光照射的前提下進(jìn)行動(dòng)態(tài)、智能補(bǔ)光。

3、基于此，亟需提出一種能夠精準(zhǔn)調(diào)控光照和溫度強(qiáng)度，以兼顧光合效率與能耗的智能補(bǔ)光的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、（一）解決的技術(shù)問題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法精準(zhǔn)調(diào)控光照和溫度以兼顧光合效率與能耗的問題。

3、（二）技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、第一方面，本技術(shù)首先提出一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法，所述方法包括：

6、基于雙sigmoid函數(shù)建立溫度與光合速率的非線性關(guān)系，并基于所述非線性關(guān)系，結(jié)合光照強(qiáng)度與光合速率的關(guān)系，構(gòu)建光溫交互模型；

7、基于所述光溫交互模型構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型，且所述多目標(biāo)優(yōu)化模型以最大化光合速率和最小化電能消耗為優(yōu)化目標(biāo)；

8、求解所述多目標(biāo)優(yōu)化模型獲取最優(yōu)解，并基于所述最優(yōu)解制定當(dāng)前光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)下的最優(yōu)補(bǔ)光策略。

9、在一個(gè)實(shí)施例中，所述光溫交互模型用公式可表示為：

10、

11、其中，為作物與光合有效輻射及溫度有關(guān)的凈光合速率； α是光響應(yīng)曲線的初始斜率； β和 γ為系數(shù)； i為總光合有效輻射；為暗呼吸速率； l為曲線的最大值； k為控制增長的速率；是曲線的中心點(diǎn)，決定了增長的起始點(diǎn)；為開始下降的點(diǎn)； t為當(dāng)前環(huán)境的溫度。

12、在一個(gè)實(shí)施例中，所述多目標(biāo)優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)用公式可表示為：

13、

14、

15、其中，表示最大化光合速率；表示最小化電能消耗； t表示包括溫度的變量集；表示補(bǔ)充光合有效輻射；表示自然光合有效輻射； t表示補(bǔ)光時(shí)間； p n表示光合速率； e el表示補(bǔ)光燈電能消耗；

16、所述目標(biāo)函數(shù)的約束條件為：

17、

18、

19、

20、其中， i sat表示光飽和點(diǎn)； i表示總光合有效輻射；表示補(bǔ)光燈電能消耗。

21、在一個(gè)實(shí)施例中，求解所述多目標(biāo)優(yōu)化模型獲取最優(yōu)解時(shí)，包括：

22、s31、基于spea-2多目標(biāo)優(yōu)化算法尋找所述多目標(biāo)優(yōu)化模型的帕累托前沿。

23、在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，基于所述最優(yōu)解制定當(dāng)前光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)下的最優(yōu)補(bǔ)光策略，包括：

24、s32、基于步進(jìn)搜索確定當(dāng)前光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)下的最佳補(bǔ)光點(diǎn)；

25、其中，s32包括：

26、s321、基于所述帕累托前沿生成包含多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)列表，基于當(dāng)前環(huán)境的光照強(qiáng)度值和溫度值確定目標(biāo)坐標(biāo)；

27、s322、遍歷所述數(shù)據(jù)列表，檢查是否存在與所述目標(biāo)坐標(biāo)完全匹配的數(shù)據(jù)點(diǎn)，若存在，則返回所述數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)參數(shù)；若未找到完全匹配的數(shù)據(jù)點(diǎn)，則初始化一個(gè)搜索半徑；

28、s323、通過計(jì)算數(shù)據(jù)點(diǎn)與目標(biāo)坐標(biāo)的歐幾里得距離，篩選出當(dāng)前搜索半徑內(nèi)的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)；若半徑內(nèi)僅存在一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，則返回該點(diǎn)的目標(biāo)參數(shù)；若存在多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，則返回其中光合速率最大的數(shù)據(jù)點(diǎn)的目標(biāo)參數(shù)；若未找到任何數(shù)據(jù)點(diǎn)，則逐步擴(kuò)大搜索半徑；

29、s324、重復(fù)s323，直至找到滿足條件的數(shù)據(jù)點(diǎn)并返回其目標(biāo)參數(shù)；

30、所述目標(biāo)參數(shù)包括需要補(bǔ)光燈補(bǔ)光的補(bǔ)光值。

31、在一個(gè)實(shí)施例中，基于直角雙曲線修正模型擬合光照強(qiáng)度與光合速率的關(guān)系。

32、在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：基于所述最優(yōu)補(bǔ)光策略動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)光燈的補(bǔ)光光照強(qiáng)度。

33、第二方面，本技術(shù)還提出一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

34、數(shù)據(jù)采集模塊，被配置為實(shí)時(shí)采集自然光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)；

35、光溫交互模型獲取模塊，被配置為基于雙sigmoid函數(shù)確定溫度與光合速率的非線性關(guān)系，并基于所述非線性關(guān)系，結(jié)合光照強(qiáng)度與光合速率的關(guān)系，獲取光溫交互模型；

36、多目標(biāo)優(yōu)化模型獲取模塊，被配置為基于所述光溫交互模型獲取多目標(biāo)優(yōu)化模型，其中，所述多目標(biāo)優(yōu)化模型以最大化光合速率和最小化電能消耗為優(yōu)化目標(biāo)；

37、最優(yōu)補(bǔ)光策略輸出模塊，被配置為求解所述多目標(biāo)優(yōu)化模型獲取最優(yōu)解，并基于所述最優(yōu)解輸出當(dāng)前光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)下的最優(yōu)補(bǔ)光策略。

38、第三方面，本技術(shù)進(jìn)一步提出一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一項(xiàng)所述的基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法的步驟。

39、第四方面，本技術(shù)最后提出一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述任一項(xiàng)所述的基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法的步驟。

40、（三）有益效果

41、本發(fā)明提供了一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法、系統(tǒng)、電子設(shè)備及存儲(chǔ)介質(zhì)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備以下有益效果：

42、本技術(shù)提出的基于多目標(biāo)優(yōu)化的作物節(jié)能補(bǔ)光調(diào)控方法，首先基于雙sigmoid函數(shù)建立溫度與光合速率的非線性關(guān)系，并基于該非線性關(guān)系，再結(jié)合光照強(qiáng)度與光合速率的關(guān)系，構(gòu)建光溫交互模型；然后基于光溫交互模型，以最大化光合速率和最小化電能消耗為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型；最后求解該多目標(biāo)優(yōu)化模型獲取最優(yōu)解，并基于最優(yōu)解制定當(dāng)前光照強(qiáng)度和溫度數(shù)據(jù)下的最優(yōu)補(bǔ)光策略。本技術(shù)可以確定自然光照前提下補(bǔ)光燈所需的最優(yōu)補(bǔ)光點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光燈的精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)調(diào)控，全面兼顧了電能消耗和葡萄轉(zhuǎn)色期的光合作用效率，進(jìn)而提高了果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量。