秒尺度温室番茄作物-环境互作模型构建与验证
同济大学电子与信息工程学院
- 摘 要：
- 为了解决现有温室模型时间尺度不统一的问题,该研究建立了一个时间尺度统一的温室番茄作物-环境互作模型,描述作物与环境之间的相互作用,提高模型的精准性.首先,将番茄作物生长模型拆分成SUPPLY、PARTITION、GROWTH 3个子模块,针对3个模块在由天数量级时间尺度到秒数量级时间尺度变换时存在的问题,通过模型替换、结构改造、参数辨识等方法对时间尺度进行了转换,并利用EFAST敏感性分析算法将模型中的不确定参数分为敏感参数和不敏感参数两类.然后,在秒时间尺度番茄作物生长模型的基础上,考虑番茄作物对温室环境的实时反馈,结合小气候模型形成包含未知参数的"通用"的互作模型结构.最后,利用贝叶斯优化方法及番茄生产温室的实际数据,分别对互作模型中生长模型和小气候模型的未知参数进行参数辨识,确定互作模型全部结构与参数,得到可用的互作模型.利用该研究得到的秒时间尺度生长模型对2015—2018年上海崇明A8温室番茄产量进行模拟,其与真实产量值间的均方根误差在7.34~18.85 g/m2之间,平均相对误差在5.8%~18%之间,均小于TOMGRO模型与Integrated模型,可以更好地预测产量变化.含作物反馈的小气候环境模型经参数辨识后,模拟番茄作物3个不同生长时期(幼苗期、开花坐果期、结果期)的环境因子(温室内温度、湿度、CO2浓度)变化的平均相对误差均在3%~6%之间,且相较于未考虑作物反馈的一般小气候模型有更好的模拟效果.互作模型的建立将作物与温室小气候环境统一成一个模型,可以为温室环境控制提供模型基础.
关键词：温室;模型;番茄生长模型;小气候模型;敏感性分析;贝叶斯优化
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