基于時間尺度的溫室作物生長指標(biāo)與環(huán)境因子耦合關(guān)系研究(存儲版)
【正文】 的延遲時間研究（電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào)）、睡眠生理參數(shù)的去趨勢波動分析（生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志）、Scale invariance of human electroencephalogram signals in sleep(Physical Review E)等學(xué)術(shù)論文，為本項(xiàng)目研究奠定了算法基礎(chǔ)。7月——12月：開展小波分析、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、集對分析的算法設(shè)計(jì)，仿真驗(yàn)證成功?；A(chǔ)與條件：課題組在農(nóng)作物及環(huán)境監(jiān)測、生長建模、信號處理和分析等方面有較好的研究基礎(chǔ)；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)萃園、安徽省農(nóng)業(yè)信息學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室為研究提供了良好的實(shí)驗(yàn)和支撐環(huán)境；研究團(tuán)隊(duì)配備合理。通過相關(guān)和集對分析，定量獲得生長指標(biāo)環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)、聯(lián)系度以及相應(yīng)的有效時間尺度。小波分析是一種成功的信號時、頻局部化分析方法，十分有利于分析研究系統(tǒng)的多時間尺度變化。擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析（字?jǐn)?shù)不限，可加頁）：研究方案和技術(shù)路線以實(shí)際溫室和栽培作物為研究對象，以先進(jìn)的作物生長監(jiān)測系統(tǒng)為主要研究工具，綜合運(yùn)用基于現(xiàn)代信號處理和多元統(tǒng)計(jì)分析的時間尺度分析方法，研究作物不同生長期的光合作用、葉、徑、果實(shí)、蒸騰等生長指標(biāo)序列與光、溫、水、氣等主要環(huán)境因子序列的時間尺度耦合模型。本部分內(nèi)容是整個研究的基礎(chǔ)。綜上所述：（1）理想的溫室環(huán)境控制方法應(yīng)該將作物生長狀態(tài)和環(huán)境因子控制統(tǒng)一在一個系統(tǒng)中加以研究；（2）作物生長信息的全面、精確檢測和數(shù)字化感知是研究作物環(huán)境系統(tǒng)模型和控制的基礎(chǔ)；（3）需要深入研究作物生長狀態(tài)與溫室環(huán)境因子之間的時間尺度耦合規(guī)律，才能獲得優(yōu)化的控制效果；（4）作物生長環(huán)境因子間的耦合具有較強(qiáng)的不確定性、非線性、時變性和干擾，需要運(yùn)用現(xiàn)代信號處理和統(tǒng)計(jì)分析等方法深入剖析。國際上有代表性的是以色列Tomgro番茄模型和荷蘭的Hortisim 系統(tǒng)。但是作物生長信息的全面、精確檢測和數(shù)字化感知、解析依然是一個瓶頸問題。因此，如何根據(jù)作物的生態(tài)適宜性，采用經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)途徑，將生態(tài)環(huán)境因子調(diào)控在合適的水平上，達(dá)到作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一，就成為溫室高產(chǎn)高效生產(chǎn)的關(guān)鍵[2]。基于時間尺度的溫室作物生長指標(biāo)與環(huán)境因子耦合關(guān)系研究(省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目)一、立論依據(jù)（包括項(xiàng)目的研究意義和必要性、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析，并附主要參考文獻(xiàn)及出處。但是，環(huán)境調(diào)控需要較大的的設(shè)備成本和能源消耗，控制技術(shù)不當(dāng)，會造成產(chǎn)投比低、經(jīng)濟(jì)效益差的現(xiàn)象。目前各種類型的環(huán)境參數(shù)傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程通信、互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)較為成熟，溫室環(huán)境的多點(diǎn)、多參數(shù)、實(shí)時、動態(tài)監(jiān)測已較好實(shí)現(xiàn)[4]。關(guān)于溫室作物的生長環(huán)境關(guān)系或模型方面，國內(nèi)外開展了大量研究并取得了很大進(jìn)展[7, 8, 9]。E．J．Van Henten等的研究成果有力地支持這一觀點(diǎn)：在生菜生長過程的研究中，采用溫室環(huán)境最優(yōu)控制的靈敏度分析方法，獲得濕度對生菜生長和產(chǎn)量的影響，并最后得出動態(tài)相應(yīng)時間是限制經(jīng)濟(jì)最優(yōu)溫室環(huán)境控制因素的結(jié)論[16]。研究內(nèi)容：（1） 溫室作物生長狀態(tài)和環(huán)境因子的動態(tài)監(jiān)測和數(shù)字化感知以新型作物生長監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研究建立溫室中番茄不同生長期的光合作用、葉/徑/果實(shí)、蒸騰等生長狀態(tài)和光照、空氣溫度/濕度、土壤溫度/水分、CO2濃度等環(huán)境因子的動態(tài)監(jiān)測和數(shù)字化感知系統(tǒng)。需要采用有效的方法定量計(jì)算兩者間的相關(guān)性和聯(lián)系度。針對在番茄不同生長階段由各生長指標(biāo)組成的時間序列和各環(huán)境參數(shù)序列，采用小波分析和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解，研究其時間尺度規(guī)律。集對分析法(Set Pair Analysis, SPA)是一種新的處理不確定性問題的系統(tǒng)分析方法，其核心思想是對組成集對的兩個集合特性作同一性、差異性、對立性分析，并建立兩個集合的聯(lián)系度表達(dá)式。技術(shù)手段：采用目前最先進(jìn)的作物生長監(jiān)測系統(tǒng)，可對番茄不同生長期的光合作用、葉、徑、果實(shí)、蒸騰等生長指標(biāo)進(jìn)行全面、動態(tài)、數(shù)字化監(jiān)測；溫室環(huán)境的多點(diǎn)、多參數(shù)、實(shí)時、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)較為成熟。4月——12月：開展溫室番茄生長狀態(tài)和環(huán)境因子監(jiān)測，建立原始數(shù)據(jù)庫?？商峁?shí)驗(yàn)室樣品檢測數(shù)據(jù)）：研究工作積累1）設(shè)施農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)研究課題組依托安徽省農(nóng)業(yè)信息學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境檢測與控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，在溫室作物和環(huán)境的檢測、控制、建模、仿真等方面開展了大量工作，完成了“基于無線傳輸
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