Biosystems Engineering·9月26日 · 周六论文农业人工智能与决策模型阅读 0

A decision-making method for light regulation of cucumber seedlings considering changes of temperature and CO2 in protected agriculture

Pan Gao · Huimin Li · Jinghua Xu 等 5 人

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构建数据驱动光调控决策框架,优化黄瓜幼苗光强与光谱以提升光合效率并降低能耗。

方法

人工神经网络预测净光合速率,U弦法确定光强,三次样条-全局牛顿法优化光谱,支持向

发现

模型预测精度高,较传统策略降低能耗40-46%,动态光谱调整提升光合效率5%。

机会点

可探索多环境因子耦合的实时闭环光调控,并迁移至其他设施作物验证泛化性。

影响力18
信息增量22
专业深度18
信源权威14
时效性9

该研究提出数据驱动的设施黄瓜育苗光调控决策方法,节能40-46%且提升光合效率,方法新颖、数据可靠,对智慧农业光环境管理有较高参考价值。

原文摘要

光作为光合作用的主要能量来源,显著影响植物形态和生物量积累。在设施农业系统中,光环境参数(光强与光谱质量)对作物生产力具有决定性作用。本研究开发了一种数据驱动的黄瓜幼苗光优化框架。首先,基于涵盖多种环境条件的经验数据,建立了人工神经网络(artificial neural network)以预测净光合速率。随后,为实现光合效率最大化与能耗最小化的协同优化,实施了两项关键创新:采用U弦法(U-chord method)确定目标光强,并设计了三次样条-全局牛顿混合算法(hybrid cubic spline-global Newton algorithm)用于光谱质量优化。通过支持向量回归(support vector regression)融合各子系统,构建了用于实时光管理的自适应决策模型。结果表明,人工神经网络模型实现了优异的净光合速率预测精度,决定系数>0.95,均方根误差<1.6 μmol m⁻² s⁻¹,平均绝对误差≤1.2 μmol m⁻² s⁻¹。目标光强点有效划分了净光合速率-光合光子通量密度响应曲线中的光限制阶段与光饱和阶段。最终决策模型表现出良好的泛化能力(光谱决策模型与光强决策模型的决定系数均>0.97)。仿真量化了所提策略的优势。与传统最大净光合速率导向策略相比,该方法将补光能耗降低了40%~46%,同时动态光谱调节使光合效率较静态对照提高了5%。本研究有效提升了光能利用效率,为设施农业光调控提供了理论方法。

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设施农业 光环境 黄瓜育苗相关资讯

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