物联网温室监测系统搭建及温室温度随机模型构建研究

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21世纪以来,物联网技术在多个产业领域的应用得到长足进步。在现代温室环境的智能管理中,怎样把物联网技术良好地应用到其中,对设施农业的智能化水平提升,有着里程碑式的意义。本文结合物联网技术与现代温室,搭建了一个可以实时采集数据的智能化温室,通过ZigBee和GPRS的异构网络,有效地将ZigBee网络功耗低、成本低与GPRS网络传输距离远的特点相结合,使温室远程、实时监测环境的功能得到实现;以Web网站为开发平台,构建了一个可以将远程温室采集到的数据进行汇总处理与显示的上位机,实现温室环境自动监测、数据管理和远程查看温室实时状态等功能。温室利用覆膜材料隔离外部环境,自成空间,构建了一个特殊的小气候环境。阳光辐射、空气温湿度、二氧化碳浓度和空气流通状态等因素都时刻影响着温室小气候环境,其中对温室小气候环境造成深远影响的主导因子之一是温度。如何构建科学有效的温室温度控制系统,之于温室能量损耗的减少,促进植物生长发育有着深远的意义。因为温室小气候环境有着非线性、时变、强滞后等特点,一般的温室温度控制系统很难对温室小气候进行有效控制,需要确定温室温度变化的模型,才能进行有效预测,达到精准控制的目的。因此,在建立温室温度控制系统前,需对其建模。传统的控制方法都要求基于被控对象,建立其精确的数学模型,因此,对于温室环境控制的实现,建立温室环境模型是必不可少的前提。近年来国内学者对温室气候模型构建进行了大量的研究工作,并发表了许多关于这个问题的研究成果。通常,有两种不同的方法来构建温室模型。一种是基于物理变化过程的机理机制建模方法,另一种是基于对输入-输出数据分析的辨识建模方法。另一方面,随机建模已经在许多科学和工程领域发挥了重要作用。使用随机模型而非确定性模型可以获得真正的好处。首先,现实生活基本是随机的而不是确定性的,随机模型可以更符合温室温度变化的实际情况;其次,随机扰动在某些情况下可能有助于稳定系统。然而,温室温度系统的随机模型还没有得到适当的研究,仍然是一个有趣且具有挑战性的研究课题。基于这种情况,本文考虑了温室温度随机建模问题,考虑到通风受到白噪声的干扰,假设扰动是独立的、均匀分布的白噪声,建立了温室温度系统的随机微分方程模型;进而,按照最大似然估计法,通过使用观察数据获得了漂移项和扩散项的未知参数;最后,通过预测和实际测量温度的数值模拟对比图,运用数值模拟验证了该随机模型的有效性。
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