[发明专利]人工智能植物生长环境调控专家决策系统

说明书

§1技术领域

现代可控环境农业工厂化生产的核心是对设施内栽培环境能有效地控制，并进行机械化与自动化生产作业。在可控环境农业发达国家大多数温室设施能够通过计算机智能化调控装置进行控制管理，通过各种传感器，对设施内生态环境要素(如温度、湿度、太阳辐射、营养液EC值、二氧化碳浓度、以及作物生长状况等参数)进行测量，根据作物生长所需最佳条件，由计算机智能系统发出指令，对系统和相关设备进行控制，按着作物生长发育的要求，调节控制温、光、水、肥、气等诸因素，大大地提高了作物的生产力和成品产出率。与人工经验操作控制相比，采用智能化综合控制技术可节能15％～50％，并能通过记忆及查询功能、决策支持功能，为种植者全天候24小时提供信息和控制帮助。

§1.1引言

广义的“可控环境农业”是指在人工设施保护条件下，通过工程技术手段为生物提供适宜环境，达到高产优质生产的目的。根据所强调的对象和发展的不同阶段而有不同的称谓，如保护地栽培(ProtectedCultivation)、保护地园艺(Protected Horticulture)、设施农业(Protected Agriculture)、温室农业(Greenhouse Agriculture)、工厂化农业(Industrialized Agriculture)，等等。可控环境农业的最高目标是能使农业生产象工业一样不受自然环境因素制约，并进行自动化的高效生产。可控环境农业的高级阶段被称为“工厂化农业”，其典型的代表是植物工厂(Plant Factory)，植物工厂生产采用全封闭的方式，实行全面严格有效的环境控制技术和先进的植物工程技术，从播种到采收的全过程，全部实现自动化控制、流水线作业，可实现全年连续的生产，完全摆脱了自然条件的限制。自动化环境控制和智能化管理是可控环境农业高级阶段的重要特征，信息或数字化技术是其中的支撑与核心技术。可控环境农业是知识与技术密集的领域，是农业中最容易实现和展示信息或数字化技术的场所，也是国内外开展研究和竞争的制高点。

一些发达国家为了减少劳动强度，减少人工投入、提高生产过程的标准化和规范化水平，不仅开发研制了各种类型、多功能、高性能的设施园艺耕作机具、播种育苗、灌水施肥、通风与加温、二氧化碳施肥、自动嫁接等装置，也开发了用于自动化采摘、分类、包装、储存与运输等自动化设备，大大减轻了劳动强度、提高了生产效率。在国外，对机器人的研究和开发应用已被广泛重视，并取得初步成果。日本、韩国开发出了用于作物嫁接、耕耘、施肥、以及用于组织培养作业的智能机器人，荷兰与以色列等设施园艺发达国家开发研制了自动化采摘、包装、分类等人工智能器械。

在近几年欧洲等发达国家在机器视觉、图象分析诊断、果实采收与作物整枝等智能机械的研究方面均有不少进展。在可控环境农业发达国家，信息技术的开发应用仍然是热点研究课题，例如2004年8月在比利时召开的现代温室技术国际研讨会(SUSTAINABLEGREENHOUSE SYSTEMS，Belgium)，共设置五个研讨主题，分别为：

(1)节能与能源高效利用(Energy saving and efficient energy use)

(2)水与营养循环利用技术(Closed cycles for water and nutrients)

(3)生命支持系统(Life supportsystems)

(4)系统集成与设计(System integration and design)

(5)园艺传感器(Sensors in Horticulture)。

其中在传感器主题中又细分为：软件传感器(Software sensors)，生物传感器(Biosensors)，气候传感器(Climate sensors)，水与营养传感器(Water and nutrient sensors)，植物生理监测系统(Phyto-monitoring)，植物语言传感器(Speaking plant sensors)，高光谱多波段遥感(multi spectralsensing)，产后品质(Post harvest fruit quality sensors)，图象处理、视觉与触觉传感器(Imageprocessing and vision，tactile sensors)。总体上来说，传感器的研究正朝着多样化、数字化、网络化、智能化等方向发展。在“节能与能源高效利用”主题中，系统模拟与控制技术等相关信息技术的论文有很多，包括作物生长模型、营养吸收模型、品质模拟模型、气候模型等方面的内容。