基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法与流程

本发明属于设施农业智能栽培，尤其涉及一种基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法。

背景技术：

1、冬季设施农业中的甘薯栽培对保障全年供应和提升经济效益具有重要意义，但低温环境下的地下块根发育调控一直是制约产量和品质的核心瓶颈。传统大棚栽培主要依靠调节棚内空气温度来间接影响土壤热状态，这种方式存在明显的技术缺陷。由于空气传热效率远低于土壤导热速率，棚顶加温后热量需要经过空气对流、地表辐射吸收、土壤层层传导等多个环节才能抵达根系分布层，整个热量传递过程存在显著的时间滞后和空间衰减。更为关键的是，甘薯块根膨大期对根区温度的需求呈现明显的动态变化特征，不同生育阶段要求的适宜地温范围可能相差五到八摄氏度，而现有调温手段无法根据植株实际生长状态实现根区温度的精准匹配。

2、这种调控失配带来的直接后果是，当监测到棚内气温偏低并启动加热设备后，地表以下二十至三十厘米深度的根系活动层温度可能仍处于抑制块根发育的低温状态，等到该层位温度上升到适宜范围时，地表层土壤温度又可能因持续加热而超出安全阈值。以块根快速膨大期为例，此时根系对温度波动极为敏感，若根区实际温度长时间低于生理需求两到三摄氏度，淀粉合成酶活性会显著下降导致干物质积累受阻，但若温度超调引发根际环境过热，又会诱发呼吸消耗加剧和纤维化加重。这种温度调控在时间响应和空间定位上的双重脱节，使得传统方式难以在整个生育周期内维持根区热环境的稳态优化。因此，如何建立直接作用于甘薯根系分布层的温度调控机制，并实现根区热状态与生育进程需求的实时动态匹配，成为突破冬季大棚甘薯栽培技术瓶颈的关键问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、第一方面，为实现上述目的，本发明提供了一种基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法，包括以下步骤：

3、s1、获取大棚内部的空气温度序列以及地表以下预设深度的第一根区温度序列；

4、s2、通过长短期记忆网络处理所述空气温度序列与所述第一根区温度序列，获得空气到土壤的传热滞后时间以及热量传递的空间衰减率，根据所述传热滞后时间与所述空间衰减率对所述第一根区温度序列进行补偿计算，获得根系活动层的第二根区温度序列；

5、s3、获取甘薯植株的当前生育期图像，采用支持向量机对所述当前生育期图像进行特征提取获得形态特征向量，根据所述形态特征向量对甘薯植株的生长状态进行分类，确定当前的块根膨大阶段，根据所述块根膨大阶段查询预先建立的温度匹配表，获得对应的目标地温需求区间；

6、s4、判断所述第二根区温度序列中的当前温度值是否处于所述目标地温需求区间内，若未处于所述目标地温需求区间内则判定发生需求失配事件，针对所述需求失配事件，若所述当前温度值低于所述目标地温需求区间的下限阈值则生成低温抑制预警信号，若所述当前温度值高于所述目标地温需求区间的上限阈值则生成地表过热预警信号；

7、s5、根据所述低温抑制预警信号或所述地表过热预警信号，采用随机森林模型对所述第二根区温度序列进行处理，输出对应的热境稳态调节指令；

8、s6、根据所述热境稳态调节指令生成针对根系活动层的直接加热控制信号。

9、第二方面，本发明还提供了一种基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培系统，用于实施一种基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法，所述系统包括：

10、温度序列获取模块，用于获取大棚内部的空气温度序列以及地表以下预设深度的第一根区温度序列；

11、根区温度补偿计算模块，用于通过长短期记忆网络处理所述空气温度序列与所述第一根区温度序列以获得空气到土壤的传热滞后时间以及热量传递的空间衰减率，并根据所述传热滞后时间与所述空间衰减率对所述第一根区温度序列进行补偿计算以获得根系活动层的第二根区温度序列；

12、膨大阶段识别与地温需求查询模块，用于获取甘薯植株的当前生育期图像并采用支持向量机对所述当前生育期图像进行特征提取以获得形态特征向量，根据所述形态特征向量对甘薯植株的生长状态进行分类以确定当前的块根膨大阶段，并根据所述块根膨大阶段查询预先建立的温度匹配表以获得对应的目标地温需求区间；

13、失配事件判定与预警信号生成模块，用于判断所述第二根区温度序列中的当前温度值是否处于所述目标地温需求区间内，若未处于所述目标地温需求区间内则判定发生需求失配事件，针对所述需求失配事件，若所述当前温度值低于所述目标地温需求区间的下限阈值则生成低温抑制预警信号，若所述当前温度值高于所述目标地温需求区间的上限阈值则生成地表过热预警信号；

14、热境稳态调节指令生成模块，用于根据所述低温抑制预警信号或所述地表过热预警信号并采用随机森林模型对所述第二根区温度序列进行处理，输出对应的热境稳态调节指令；

15、直接加热控制信号生成模块，用于根据所述热境稳态调节指令生成针对根系活动层的直接加热控制信号。

16、第三方面，本发明还提供了一种计算机终端设备，包括：

17、一个或多个处理器；

18、存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

19、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述第一方面中基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法的步骤。

20、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面中基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法的步骤。

21、第五方面，本发明还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法的步骤。

22、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

23、本发明提供的一种基于智能调控的冬季大棚甘薯栽培方法，本发明通过获取空气温度序列和第一根区温度序列并利用长短期记忆网络进行处理，准确获得了空气到土壤的传热滞后时间以及热量传递的空间衰减率，以此为基础对第一根区温度序列进行补偿计算得到根系活动层的第二根区温度序列，消除了热量从棚内空气传导至深层根系过程中的时间滞后和空间衰减带来的感知偏差，使根系活动层的真实热状态得以被精准获知；通过获取甘薯植株的当前生育期图像并采用支持向量机进行特征提取和生长状态分类确定当前的块根膨大阶段，再根据块根膨大阶段查询温度匹配表获得对应的目标地温需求区间，实现了对甘薯植株不同生育阶段根区温度需求的动态识别和精准匹配；通过判断第二根区温度序列中的当前温度值是否处于目标地温需求区间内并在未处于区间内时判定需求失配事件，针对失配方向分别生成低温抑制预警信号或地表过热预警信号，采用随机森林模型对第二根区温度序列进行处理输出对应的热境稳态调节指令，再根据热境稳态调节指令生成针对根系活动层的直接加热控制信号，实现了对根区温度偏离状态的量化捕捉和智能化决策调控，避免了低温抑制和高温超调对块根膨大的不利影响，使根区热环境在整个生育周期内与植株生理需求保持动态匹配。