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    文档序号:18951012发布日期:2019-10-23 02:14
    一种日光温室光照强度控制方法及系统与流程

    二八连码三中二 www.etojf.tw 本发明实施例涉及农业设施及其控制方法技术领域,更具体地, 涉及一种日光温室光照强度控制方法及系统。



    背景技术:

    温室是设施农业的一种主要形式,符合现代农业发展的趋势和要 求。日光温室是我国自主研发的一项农业设施装备,它可以不受地理 条件和气候的条件的限制种植各种蔬菜、药材、花卉等等,具有节能、 成本低、适应性强、连续生产等优点而被大规模的推广应用,有效改 善了农业生产条件,更合理利用土地资源,产生了很大的经济效益和 社会效益。温室设施的关键技术是环境控制,近些年来,日光温室结 合先进的科学技术,致力于控制和改善日光温室内小气候的变化。日 光温室不断朝着自动化、智能化、精量化的方向发展。

    温室因供热热源的不同可分为增温温室和日光温室。增温温室, 白天靠太阳辐射提高温度,夜间主要靠辅助加热保持作物所需的温度, 有时白天温室也需要辅助加热;日光温室,不仅白天的光和热来自太 阳辐射,夜间温度的维持也全靠白天积蓄的热量。因此,研究温室特 别是日光温室的关键是采光。

    冬春季是温室的关键生产期,温室内光照强弱不仅决定温室内温 度的高低,也影响作物的光合作用和产量的形成,能否充分合理利用 太阳辐射,关系到温室生产的成败。不同作物不同生长阶段所需光环 境不同,目前人们通过早晚揭盖保温被的方法实现日光温室内光照的 通过,同时有专家学者对保温被的揭盖时间做了理论和试验研究。为 了使室内作物受外界光环境的影响程度降低,同时最大限度地减少室 内热损和降低放热速度,并为温室补光技术提供更可靠的理论基础, 对室内光环境的控制从目前的自动化智能化向精量化控制方向发展是 十分必要的,也是将是人们未来在温室环境因子控制方面追求的重要 目标和应该解决的问题。

    长期以来,对日光温室采光量方面的研究多集中在采光弧度的设 计方面,但是研究结果表明,不同采光弧度对于提高日光温室采光性 能的贡献很小,尤其是在采光材料透光率变化较大的情况下,单纯通 过改变采光面的弧度效果不显著。在应用作业中,对既定的日光温室, 温室内光照状况随季节和时间不断变化,室内光照通过量完全依靠卷 帘机揭盖保温被实现,而目前操作中仅仅早晚揭盖卷帘被,不能实现 光照强度的实时、定量控制,这不仅会使太阳光的利用效率降低,还 会对室内的热环境造成不必要的损失,因此,亟需提供一种能够解决 上述问题的日光温室光照强度控制方法。



    技术实现要素:

    本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述 问题的日光温室光照强度控制方法及系统。

    第一方面本发明实施例提供了一种日光温室光照强度控制方法,, 包括:

    利用温室内光照强度与所述温室采光面上卷帘开度的第一对应关 系,根据温室内所需的光照强度确定所述卷帘的开度;

    利用所述卷帘开度与驱动所述卷帘的卷帘机相对于所述温室的几 何位置之间的第二对应关系,根据所述卷帘的开度确定所述卷帘机相 对于所述温室的几何位置;

    控制所述卷帘机动作至所述相对于所述温室的几何位置,以实现 对所述温室内光照强度的控制。

    另一方面本发明实施例提供了一种日光温室光照强度控制系统, 包括:

    开度获取???,用于利用温室内光照强度与所述温室采光面上卷 帘开度的第一对应关系,根据温室内所需的光照强度确定所述卷帘的 开度;

    几何位置获取???,用于利用所述卷帘开度与驱动所述卷帘的卷 帘机相对于所述温室的几何位置之间的第二对应关系,根据所述卷帘 的开度确定所述卷帘机相对于所述温室的几何位置;

    控制???,用于控制所述卷帘机动作至所述相对于所述温室的几 何位置,以实现对所述温室内光照强度的控制。

    第三方面本发明实施例提供了包括处理器、通信接口、存储器和 总线,其中,处理器,通信接口,存储器通过总线完成相互间的通信, 处理器可以调用存储器中的逻辑指令,以执行第一方面提供的日光温 室光照强度控制方法。

    第四方面本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质, 所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使 所述计算机执行第一方面提供的日光温室光照强度控制方法。

    本发明实施例提供的一种日光温室光照强度控制方法及系统,通 过温室内所需的光照强度确定卷帘的开度,再根据卷帘的开度确定卷 帘机相对于温室的几何位置,进而根据几何位置驱动卷帘机动作,实 现了对温室内光照强度的实时、定量控制。

    附图说明

    为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显 而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普 通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附 图获得其他的附图。

    图1为本发明实施例提供的一种日光温室光照强度控制方法的流 程图;

    图2为本发明实施例中温室采光面划分示意图;

    图3为本发明实施例中每个折面与太阳方位示意图;

    图4为本发明实施例中温室内光辐射示意图;

    图5为本发明实施例中温室内水平面光辐射示意图;

    图6为本发明实施例中温室横剖面结构坐标系示意图;

    图7为本发明实施例中温室采光面数学模型建立简图;

    图8为本发明实施例提供的一种焊接熔透质量实时控制系统的结 构框图;

    图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

    具体实施方式

    为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结 合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚地 描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的 实施例?;诒痉⒚髦械氖凳├?,本领域普通技术人员在没有做出创 造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明?;さ姆段?。

    图1为本发明实施例提供的一种日光温室光照强度控制方法的流 程图,包括:

    S101,利用温室内光照强度与所述温室采光面上卷帘开度的第一 对应关系,根据温室内所需的光照强度确定所述卷帘的开度;

    S102,利用所述卷帘开度与驱动所述卷帘的卷帘机相对于所述温 室的几何位置之间的第二对应关系,根据所述卷帘的开度确定所述卷 帘机相对于所述温室的几何位置;

    S103,控制所述卷帘机动作至所述相对于所述温室的几何位置, 以实现对所述温室内光照强度的控制。

    首先,对日光温室的结构和工作方式进行说明。日光温室的透光 结构称为采光面,采光面上设置有卷帘,卷帘通过卷帘机的驱动实现 收起或对采光面的覆盖。卷帘机通过其一个或多个支撑臂对卷帘进行 驱动,卷帘机相对于温室的几何位置实质上是指支撑臂相对于温室的 位置或多个支撑臂之间的相对位置,通过卷帘机相对于温室的几何位 置的改变,可以改变覆盖在采光面上卷帘的面积。

    在步骤S101中,开度是指采光面上透光区域面积与采光面整体面 积的比值。温室内所需的光照强度可以根据不同作物不同时间段来确 定,以利于作物生长为准。

    具体地,首先,获取温室内作物所需的光照强度,并根据温室内 光照强度与所述温室采光面上卷帘开度的第一对应关系获取卷帘的开 度。然后,根据卷帘的开度确定卷帘机相对于所述温室的几何位置。 最后,按此几何位置驱动卷帘机,以使卷帘机的支撑臂处于该几何位 置,使得卷帘达到所需要的开度,使得温室获取所需的光照强度,从 而完成了对温室中光照强度的定量控制。

    本发明实施例提供的一种日光温室光照强度控制方法,通过温室 内所需的光照强度确定卷帘的开度,再根据卷帘的开度确定卷帘机相 对于温室的几何位置,进而根据几何位置驱动卷帘机动作,实现了对 温室内光照强度的实时、定量控制。

    在上述实施例中,在利用温室内光照强度与所述温室采光面上卷 帘开度的第一对应关系,根据温室内所需的光照强度确定所述卷帘的 开度之前,还包括:

    获取所述第一对应关系。

    具体地,温室内光照强度与温室采光面上卷帘开度的对应关系与 采光面的材料、形状以及太阳的入射角度等都有关系,在材料确定的 情况下,需要综合考虑采光面的形状和太阳的入射角度来确定第一对 应关系。

    在上述实施例中,所述获取所述第一对应关系,具体包括:

    将所述温室的采光面划分为多个折面,并根据太阳方位获取每个 折面在所述温室内的投影面;

    根据每个折面在所述采光面上的位置以及在所述温室内的投影面 上的光照强度,获取所述第一对应关系。

    进一步地,每个折面在所述温室内投影面上的光照强度,通过以 下方法获?。?/p>

    获取每个折面在所述温室内的投影面上的瞬时光照强度的表达 式;

    将所述光照强度表达式在预设时间段内进行辛普森积分,得到每 个折面在所述温室内的投影面上的光照强度。

    其中,对于一个给定的平面,在给定时刻,整个平面上其透光率 处处相同,而曲面则不然,由于采光面沿温室跨度方向每个点上的太 阳入射角不同,所以在各点上的太阳辐射透过率也不同。因此,为了 便于计算,把采光面分割成许多小折面。小折面数的多少取决于对计 算精度的要求,从理论上讲,当折面数趋于无穷大时,小折面完全逼 近曲面,如图2所示。

    具体地,本发明实施例仅以温室地面的直射采光为例来进行说明, 且假设温室中无作物。对于单个折面,太阳方位与计算平面的方位如 图3所述,其中,ω为倾斜平面与水平面的夹角;Ag为太阳方位角; As为倾斜面方位角;为太阳光线与计算平面法线的夹角,且 计算出太阳直接辐射进入日光温室 内投射到地面上的投影,结合太阳辐射相关知识即可得到温室内地面 上的瞬时光照强度分布情况,对指定时间段做辛普生积分即可求得光 照强度的累计值,则:

    温室地面直射光平均透过率的瞬时值:

    温室地面直射光平均透过率的累积值:

    其中,τ为透光材料对直射光的透过率;Ai为折面投影面积;Jsc为 太阳常数,Jsc=1367W/m2;P为大气透明度;m为大气质量;h为斜面 太阳高度角。温室透光率τ受温室的地理纬度、建筑方位、采光面的材 料、骨架结构和排列密度等等因素的影响。大气透明度Pm是表征大气 对辐射衰减程度的一个重要参数,通常将Pm修正到m=2的透明度P2。 大气质量m是一个无量纲量,它是太阳光线穿过地球大气的路径与太 阳光线在天顶角方向时穿过大气的路径之比。从地球上观察太阳的位 置,一般用太阳高度角与方位角表示,指向太阳的向量与地平面的夹 角称为太阳高度角,用h表示。

    每一折面都为矩形,故太阳直接辐射通过某一折面的投影必为平 行四边形,在温室地面上的投影面必为四边形,分别计算各个节点和 小斜面在温室地面上的投影。由投影点x坐标与原点及跨度点坐标之 间的位置关系,判断出有直射光进入的斜面及相应的投射地段,再分 别计算每个小斜面的透光率及相应投射地段上的透射光量。如图4所 示,表示某一点在日光温室地平面上的投影,P2点坐标即是P1点 (L'+L,0,1)在温室地面相应的投影点。

    设(X',Y',Z')为采光折面Ix上的顶点位置坐标,由以上P1点的投影 规律可得出小折面的投影平行四边形的顶点位置坐标关系如图5示意 图和公式(3)所示。在分析空间平面上采光情况时,需在Z轴上减去 相应的空间高度差值分析。

    若采光面被划分为n个小折面,从n个小折面中任取第i个小折面 进行讨论。首先判断第i个小折面是否有光进入温室内,如果该小折面 无光进入温室,则判断第i-1个小折面是否有透射光,以此类推;反之, 如果第i个小折面有透射光进入温室,则进一步判断透射光到达温室内 的位置。根据折面的划分情况即可获取在所需光照强度下,哪些折面 需要通光,进而可根据几何关系换算为卷帘的开度,从而获取第一对 应关系。

    在上述实施例中,在利用所述卷帘开度与驱动所述卷帘的卷帘机 相对于所述温室的几何位置之间的第二对应关系,根据所述卷帘的开 度确定所述卷帘机相对于所述温室的几何位置之前,还包括:

    获取所述第二对应关系。

    进一步地,所述获取所述第二对应关系,具体包括:

    建立所述温室的采光面的数学模型;

    根据所述卷帘机相对于所述温室的几何位置及所述温室采光面的 数学模型,获取所述第二对应关系。

    进一步地,所述数学模型包括圆、双曲线、抛物线、椭圆、对数 曲线或摆线。

    具体地,本发明实施例以图6所示的温室为例来进行说明,但可 以理解的是,本发明实施例提供的方法所适用的温室结构不以此为限。 获取第二对应关系的过程如下:

    步骤1,日光温室坐标系的建立

    如图6所示,日光温室主要由采光面(前坡面)、后墙、后屋面和 东西山墙组成。日光温室横剖面结构坐标系如图所示,X轴为水平地 面,正方向代表正南方向,Z轴表示竖直方向,以室外地面线与墙面线 交点作为坐标原点,图中AB为采光面,L为跨度,H为屋脊高度,h 为墙体高度,L'为后屋面水平投影宽度,(L-L')为采光面两端点的水 平距离,L1为卷帘机上支撑杆长度,L2为下支撑杆长度,L3为温室前 屋角与卷帘机支撑杆固定点的距离,α为下支撑杆与地面的夹角,β为 上支撑杆与下支撑杆的夹角。其中,α角和β角即可决定卷帘机相对于 温室的几何位置。

    在卷帘机揭盖卷帘被作业过程中,上下支撑杆也随之做往复移动, 卷帘机在采光面上的位置在水平面上的投影与α、β之间具有一定相对 应的关系,如图6所示,即卷帘机在日光温室水平面上的投影位置x如 公式(4):

    x=OC=L-BC=L-(CE+DE-L3) (4)

    其中,DE=L2cosα。

    步骤2,日光温室采光面数学模型的建立

    采光曲面的形状影响直接辐射的进入量。日光温室的采光面不是 规则的曲面,目前可选用圆、双曲线、抛物线、椭圆、对数曲线、摆 线等6种标准数学函数模拟采光曲面,经比较验证,采用圆弧曲线函 数的模拟结果最为理想。在此将日光温室的采光面看成是由N个小圆 曲面组成的,建立上述坐标系下采光曲线的方程为:

    y=F(x) (5)

    当N=1时:

    F(x)=(x-xi)2+(y-yi)2=Ri2 (6)

    其中,(xi,yi)表示小圆曲面的圆心位置,在A、B两点连线的垂直平分 线上,yi≤0。

    该模型每条小曲线的X轴坐标必须满足在温室采光面两端点的水 平距离(L-L')范围内,Z轴坐标在AB组成的斜面方程φ(x)和脊高H之 间,函数单调递减且向下凹的特点,即公式(7)所示:

    步骤3,日光温室卷帘开度的确定方法

    基于步骤2中建立的日光温室采光面的数学模型,对日光温室卷 帘开度做以下分析,如图7中:

    故整个温室采光棚面的弧长为:

    又可知:

    ∠IO1B=∠O1-ε=π-2τ-ε (10)

    故温室棚面的揭开弧度为:

    由以上公式可知采光棚面的卷帘开度K为:

    由上可知,只需求出ε就可得出卷帘开度值K。由卷帘机两支撑杆与 温室的几何关系:

    可知:

    由正弦定理可知:

    其中,∠AIF=π-∠O1AI-∠AFI

    由以上公式可知:

    故可知卷帘开度值K:

    以上即获得了第二对应关系,故即可通过实时控制下支撑杆与地 面的夹角α以及上支撑杆与下支撑杆的夹角β得出卷帘开度值K的大 小。

    图8为本发明实施例提供的一种焊接熔透质量实时控制系统的结 构框图,如图8所示,包括:开度获取块801、几何位置获取???02 及控制???03。其中:

    开度获取???01用于利用温室内光照强度与所述温室采光面上 卷帘开度的第一对应关系,根据温室内所需的光照强度确定所述卷帘 的开度。几何位置获取???02用于利用所述卷帘开度与驱动所述卷 帘的卷帘机相对于所述温室的几何位置之间的第二对应关系,根据所 述卷帘的开度确定所述卷帘机相对于所述温室的几何位置??刂颇??803用于控制所述卷帘机动作至所述相对于所述温室的几何位置,以实 现对所述温室内光照强度的控制。

    在上述实施例中,所述系统还包括第一对应关系获取???,具体 用于:

    将所述温室的采光面划分为多个折面,并根据太阳方位获取每个 折面在所述温室内的投影面;

    根据每个折面在所述采光面上的位置以及在所述温室内的投影面 上的光照强度,获取所述第一对应关系。

    在上述实施例中,所述系统还包括第二对应关系获取???,具体 用于:

    建立所述温室的采光面的数学模型;

    根据所述卷帘机相对于所述温室的几何位置及所述温室采光面的 数学模型,获取所述第二对应关系。

    本发明实施例提供的一种日光温室光照强度控制系统,通过温室 内所需的光照强度确定卷帘的开度,再根据卷帘的开度确定卷帘机相 对于温室的几何位置,进而根据几何位置驱动卷帘机动作,实现了对 温室内光照强度的实时、定量控制。

    图9为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图,如图9 所示,电子设备包括:处理器(processor)901、通信接口(Communications Interface)902、存储器(memory)903和总线904,其中,处理器901, 通信接口902,存储器903通过总线904完成相互间的通信。处理器 901可以调用存储器903中的逻辑指令,以执行如下方法,例如包括: 利用温室内光照强度与所述温室采光面上卷帘开度的第一对应关系, 根据温室内所需的光照强度确定所述卷帘的开度;利用所述卷帘开度 与驱动所述卷帘的卷帘机相对于所述温室的几何位置之间的第二对应 关系,根据所述卷帘的开度确定所述卷帘机相对于所述温室的几何位 置;控制所述卷帘机动作至所述相对于所述温室的几何位置,以实现 对所述温室内光照强度的控制。

    上述的存储器903中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实 现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存 储介质中?;谡庋睦斫?,本发明的技术方案本质上或者说对现有 技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体 现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用 以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备 等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存 储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、 随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等 各种可以存储程序代码的介质。

    本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质,所述非暂态 计算机可读存储介质存储计算机指令,所述计算机指令使所述计算机 执行上述各方法实施例所提供的方法,例如包括:利用温室内光照强 度与所述温室采光面上卷帘开度的第一对应关系,根据温室内所需的 光照强度确定所述卷帘的开度;利用所述卷帘开度与驱动所述卷帘的 卷帘机相对于所述温室的几何位置之间的第二对应关系,根据所述卷 帘的开度确定所述卷帘机相对于所述温室的几何位置;控制所述卷帘 机动作至所述相对于所述温室的几何位置,以实现对所述温室内光照 强度的控制。

    本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部 分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于 一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实 施例的步骤;而前述的存储介质包括:ROM、RAM、磁碟或者光盘 等各种可以存储程序代码的介质。

    以上所描述的通信设备等实施例仅仅是示意性的,其中作为分离 部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示 的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者 也可以分布到多个网络单元上??梢愿菔导实男枰≡衿渲械牟糠?或者全部??槔词迪直臼凳├桨傅哪康?。本领域普通技术人员在不 付出创造性的劳动的情况下,即可以理解并实施。

    通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解 到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然 也可以通过硬件?;谡庋睦斫?,上述技术方案本质上或者说对现 有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软 件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光 盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机, 服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的 方法。

    最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而 非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领 域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技 术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修 改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方 案的精神和范围。

    再多了解一些
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