一种自适应牧场主动降温调控方法及系统

本发明涉及牧场降温调控，尤其涉及一种自适应牧场主动降温调控方法及系统。

背景技术：

1、随着规模化牧场养殖模式的普及，牧场内牲畜密度不断提升，环境温度对牲畜生长状态、健康水平及生产性能的影响愈发显著。传统牧场降温多依赖人工经验或单一设备启停控制，难以应对牧场内不同区域因空间结构差异、牲畜分布不均及外界环境变化形成的复杂热场分布。同时，牧场运营对能耗成本控制与降温效率的双重需求，促使行业寻求能够动态适配牧场环境变化、精准匹配降温需求的调控方案，而数字孪生、多物理场仿真及智能算法的成熟应用，为构建兼顾精准性与经济性的牧场主动降温调控体系提供了技术支撑，因此，亟需开发一套整合多技术模块的自适应牧场主动降温调控方法及系统。

2、现有牧场降温调控技术存在两方面显著缺点：一方面，现有技术多采用单一热传导模型或简单环境参数阈值判断进行降温决策，未充分融合热传导、热对流及热辐射多物理场耦合作用，无法准确仿真牧场内复杂热场分布，导致降温需求判断与实际区域热环境偏差较大，易出现过度降温或降温不足的情况；另一方面，现有技术在降温设备负荷分配上缺乏动态迭代逻辑，多基于固定设备功率或预设顺序进行调控，未结合设备实时运行状态与区域降温需求等级进行动态优化，不仅难以实现各设备负荷的合理分配，还可能因设备运行参数与实际需求不匹配，造成能耗浪费或降温效果不佳，且无法通过实时数据反馈更新调控策略，难以形成闭环调控体系。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种自适应牧场主动降温调控方法及系统。

2、本发明所采用的技术方案是，一种自适应牧场主动降温调控方法，包括以下步骤：s1、获取牧场内不同区域实时环境参数与牲畜活动状态参数，将所述参数传输至牧场数字孪生温控平台，建立与实际牧场空间结构一致的数字孪生模型；s2、基于牧场数字孪生温控平台内存储的历史环境数据与降温调控数据，调用牧场多物理场耦合热仿真模型，对牧场内不同区域热传导、热对流及热辐射过程进行仿真计算，输出各区域热场分布结果；s3、根据s2输出的热场分布结果，调用模糊逻辑动态温控算法，将热场分布结果与预设温控阈值进行模糊推理，确定各区域降温需求等级，同时提取各区域降温设备当前运行参数；s4、调用马尔可夫负荷分配模型，以s3确定的降温需求等级与降温设备当前运行参数为输入，计算不同降温设备组合下的负荷分配系数，筛选出最优负荷分配方案；s5、基于s4筛选的最优负荷分配方案，生成牧场主动降温调控指令，所述调控指令包括各降温设备的运行功率调整参数、运行时长参数及启动顺序参数；s6、将s5生成的主动降温调控指令下发至牧场内对应降温设备，同时将调控指令执行过程中实时采集的环境参数、设备运行参数反馈至牧场数字孪生温控平台，更新数字孪生模型，进行降温调控过程的动态迭代。

3、进一步地，所述牧场多物理场耦合热仿真模型表达式为：，其中，为牧场内坐标处t时刻的温度值，为牧场空气热扩散系数，为拉普拉斯算子，为气流速度影响系数，为坐标处t时刻的气流速度，为温度梯度，为牲畜散热影响系数，为坐标处t时刻的牲畜单位面积散热量，为牧场围护结构热交换系数，为坐标处的外界环境温度。进一步地，所述模糊逻辑动态温控算法的模糊推理输出表达式为：，其中，为第i区域降温需求等级，为第i区域实时温度，为第i区域实时湿度，为温度隶属度函数，为湿度隶属度函数，为温度模糊子集数量，为湿度模糊子集数量，为温度－湿度模糊规则权重，为最大降温需求等级阈值。

4、进一步地，所述马尔可夫负荷分配模型的负荷分配系数计算表达式为：，其中，为时刻第i区域第j台降温设备的负荷分配系数，为负荷调整系数，为t时刻第i区域第j台降温设备的能耗系数，为第i区域实际温度与目标温度差值，为t时刻第i区域第j台降温设备的负荷分配系数，为第i区域降温设备数量。

5、进一步地，所述牧场数字孪生温控平台的模型更新表达式为：，其中，为时刻数字孪生模型参数，为t时刻数字孪生模型参数，为模型更新速率系数，为环境参数采集点数量，为t时刻第i采集点实际温度，为t时刻第i采集点仿真温度，为模型参数梯度，为设备参数权重系数，为降温设备数量，为t时刻第j台设备实际功率，为t时刻第j台设备仿真功率。进一步地，所述牧场主动降温调控的运行功率调整参数计算表达式为：，其中，为第j台降温设备功率调整值，为第j台降温设备基准功率，为功率调整系数，为第i区域降温需求等级，为牧场平均降温需求等级，为第i区域实时温度，为目标温度，为牧场历史最高温度，为牧场历史最低温度。

6、进一步地，所述s3包括以下分步骤：s31、从牧场数字孪生温控平台数据库中提取s2输出的各区域热场分布数据，该数据包括不同空间坐标下的温度值、温度变化速率及热流密度值，将提取的数据按照区域划分规则进行分类存储；s32、调用模糊逻辑动态温控算法的隶属度函数库，根据牧场不同区域牲畜种类与密度，选择对应的温度隶属度函数与湿度隶属度函数，确定各模糊子集的边界阈值；s33、将分类后的热场分布数据与实时采集的湿度数据输入选定的隶属度函数，计算得到不同参数对应的隶属度值，再依据预设的模糊规则库，对隶属度值进行模糊合成运算；s34、根据模糊合成运算结果，通过解模糊算法将模糊量转换为精确的降温需求等级值，同时记录各区域降温需求等级对应的推理过程数据，存储至算法运行日志。

7、进一步地，所述s4包括以下分步骤：s41、采集牧场内所有降温设备的实时运行参数，该参数包括设备当前功率、运行时长、故障预警状态及能耗数据，将采集的参数与s3输出的降温需求等级进行关联匹配；s42、调用马尔可夫负荷分配模型的状态转移矩阵，根据设备历史运行数据与当前关联匹配结果，计算各设备在不同负荷分配比例下的状态转移概率；s43、以设备能耗最低与降温效果最优为目标函数，构建负荷分配优化模型，将状态转移概率作为约束条件输入优化模型，进行多目标优化计算；s44、对优化计算得到的多个负荷分配方案进行评估，通过计算方案的综合效益值，筛选出综合效益值最高的方案作为最优负荷分配方案，输出至下一步骤。

8、进一步地，所述s5包括以下分步骤：s51、解析s4输出的最优负荷分配方案，提取方案中各降温设备的负荷分配系数、目标运行参数及调控优先级，按照设备所在区域进行分组；s52、根据分组后的设备信息，结合牧场电力供应实时数据，计算各区域同时启动降温设备时的总功率需求，判断总功率需求是否超过电力供应阈值；s53、若总功率需求未超过阈值，直接根据负荷分配系数生成各设备的运行功率调整参数、运行时长参数及启动顺序参数；若总功率需求超过阈值，调整高优先级设备运行参数，降低其中低优先级设备启动数量，重新计算总功率需求，直至满足电力供应约束；s54、将生成的各项调控参数按照预设的数据格式进行封装，形成标准化的主动降温调控指令，附带指令生成时间戳与设备标识信息。

9、一种自适应牧场主动降温调控系统，该系统应用于一种自适应牧场主动降温调控方法，包括：牧场多参数采集单元，该单元由分布于牧场不同区域的温度传感器、湿度传感器、牲畜活动监测器及设备运行监测模块组成，各传感器与监测模块通过无线通信链路连接，用于采集牧场环境参数、牲畜状态参数及设备运行参数，并将采集数据传输至数据预处理单元；数据预处理单元，该单元与牧场多参数采集单元通过以太网连接，内置数据滤波模块与异常值剔除模块，用于对采集数据进行噪声过滤与异常数据识别，将处理后的数据传输至牧场数字孪生温控平台单元；牧场数字孪生温控平台单元，该单元分别与数据预处理单元、模型计算单元通过工业以太网连接，内置数字孪生建模模块、数据存储模块与模型更新模块，用于构建牧场数字孪生模型，存储历史数据与实时数据，接收模型计算单元反馈数据并更新数字孪生模型；模型计算单元，该单元与牧场数字孪生温控平台单元通过高速数据总线连接，集成牧场多物理场耦合热仿真模型计算模块、模糊逻辑动态温控算法运行模块及马尔可夫负荷分配模型求解模块，用于接收数字孪生模型数据，执行模型计算与算法推理，输出计算结果至调控指令生成单元；调控指令生成单元，该单元与模型计算单元、设备控制单元通过无线通信模块连接，内置指令解析模块与参数配置模块，用于接收模型计算单元输出的最优负荷分配方案，生成标准化主动降温调控指令，下发至设备控制单元；设备控制单元，该单元与调控指令生成单元、牧场降温设备通过电力线载波通信连接，内置指令执行模块与状态反馈模块，用于接收调控指令并控制降温设备运行，采集设备运行状态数据并反馈至牧场数字孪生温控平台单元，进行系统闭环控制。

10、有益效果：本发明提出一种自适应牧场主动降温调控方法及系统，通过整合牧场多物理场耦合热仿真模型、模糊逻辑动态温控算法、马尔可夫负荷分配模型与牧场数字孪生温控平台，先以多物理场耦合热仿真模型全面模拟牧场内热传导、热对流及热辐射过程，精准输出各区域热场分布，有效解决了现有技术单一模型无法准确仿真复杂热场、导致降温需求判断偏差的问题；再依托模糊逻辑动态温控算法对热场分布与温控阈值进行模糊推理，结合马尔可夫负荷分配模型动态计算设备最优负荷分配方案，实现降温需求与设备运行的精准匹配，弥补了现有技术依赖固定参数调控、缺乏动态迭代逻辑的缺陷，避免能耗浪费与降温效果不佳的情况；同时，通过牧场数字孪生温控平台构建闭环调控，实时更新模型并反馈设备运行数据，确保调控持续适配牧场环境变化，既提升了降温调控的精准性与效率，保障牲畜生长所需环境稳定性，又降低了牧场能耗成本，兼顾了养殖效益与运营经济性，全面优化牧场降温调控体系。