一种基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法及系统与流程

本发明涉及肥料配方优化，具体为一种基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法及系统。

背景技术：

1、生物基肥料通常由有机原料、菌剂及矿物组分配制形成。在腐熟、稳定和储存过程中，温度、含水率和酸碱度的变化会先引起菌体活度响应，再通过菌体代谢推动有机物腐熟和有效养分形成。环境参数变化至菌体活度响应以及菌体活度响应至有效养分形成之间均存在时间延迟，前一阶段尚未完成的响应还会随阶段条件切换继续推进。

2、现有生物基肥料配方优化方法通常将原料检测参数、组成比例、制备及储存参数、施用前检测参数和肥效结果组成配方样本，并依据终点值或统计值建立配方参数与肥效结果之间的对应关系。部分方法虽然按照不同工艺阶段记录参数，但通常将各阶段作为相互独立的数据单元，未记录阶段结束时尚未完成的响应位置和剩余养分量，也未将前一阶段的未完成响应状态带入后一阶段继续推演。

3、现有技术存在的局限至少包括如下问题：现有方法未根据环境至菌体响应及菌体至养分响应的实际进度，在制备、储存和施用阶段之间承接未完成响应位置及剩余养分量，也未结合施用环境区分养分到达、养分有效化和作物吸收过程，导致施用前检测值相近但剩余响应状态不同的配方形成相近的肥效预测结果，使养分等效到达时刻、养分释放量及原料组成比例调整方向偏离实际转化过程。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法及系统，用于解决生物基肥料配方优化中未识别环境至菌体及菌体至养分的分级响应进度，未在制备、储存和施用阶段之间连续承接未完成响应位置及剩余养分量，导致养分释放轨迹预测和原料组成比例调整结果偏离实际转化过程的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法，包括以下步骤：获取原料检测数据、制备及储存阶段条件、计划施用时刻、施用条件数据、配方约束和目标养分释放要求，生成候选配方集合；按原料位次、阶段位次和承接状态位次组织候选配方数据及制备及储存阶段条件，生成阶段响应输入，输入预训练的决策树集成学习模型，获得环境至菌体响应时长、菌体至养分响应时长、阶段可转化养分量、阶段响应进度记录和影响字段记录；依据当前阶段可用时长和阶段响应进度记录确定已转化养分量及待承接响应状态，将待承接响应状态与后一阶段条件重新组成阶段响应输入，推演生成跨阶段响应链；核验跨阶段响应链并按计划施用时刻截取，获得施用前已转化养分量、环境待响应养分记录和转化待响应养分记录；将环境待响应养分记录、转化待响应养分记录和施用条件数据组成施用承接输入，输入预训练的决策树集成学习模型，确定剩余养分量的等效到达时刻，生成养分释放轨迹和施用影响字段记录；比较养分释放轨迹与目标养分释放要求，合并影响字段记录和施用影响字段记录，调整原料组成比例并重复推演，输出优化配方。

3、进一步地，阶段响应输入的生成步骤如下：按原料类别设置固定原料位次，在对应原料位次记录原料组成参数、原料转化能力参数和原料基础检测参数；按工艺次序设置固定阶段位次，在对应阶段位次记录阶段类别标记、阶段环境变化参数和阶段时序参数；按来源原料位次和来源阶段位次设置承接状态位次，记录未完成响应类型、未完成响应位置和剩余养分量；对未采用原料、未经过阶段、无待承接响应及当前阶段不适用的数据位置设置对应的占用标记或字段启用标记，生成固定长度的阶段响应输入。

4、进一步地，预训练的决策树集成学习模型的调用步骤如下：将阶段响应输入导入多个决策树，沿分裂条件到达叶节点；读取叶节点记录的环境至菌体响应时长、菌体至养分响应时长、阶段可转化养分量、阶段响应进度记录和输入适用范围，阶段响应进度记录包括环境响应完成位置、养分转化完成位置及各响应位置对应的累计转化养分比例；删除输入适用范围未覆盖阶段响应输入的决策树输出，有效输出数量未达到设定数量时删除对应候选配方；按参与权重融合有效输出，记录节点路径中的原料组成比例字段、原料组成比例增加时对应输出的变化方向和分裂贡献，生成影响字段记录。

5、进一步地，待承接响应状态的确定步骤如下：当前阶段新增响应以环境响应起始位置和阶段可转化养分量作为响应起点及初始养分量；前序待承接响应以未完成响应位置和对应剩余养分量作为响应起点及初始养分量；依据当前阶段可用时长确定阶段结束位置，分别读取响应起点和阶段结束位置对应的累计转化养分比例，根据累计转化养分比例的变化和初始养分量计算当前阶段新增转化养分量；阶段结束位置早于环境响应完成位置时，将环境响应确定为未完成响应类型；阶段结束位置不早于环境响应完成位置且早于养分转化完成位置时，将养分转化确定为未完成响应类型；以初始养分量扣除当前阶段新增转化养分量得到剩余养分量，组成待承接响应状态；阶段结束位置不早于养分转化完成位置时，将对应响应记录确定为完成，并将剩余养分量确定为零。

6、进一步地，跨阶段响应链的生成步骤如下：将待承接响应状态写入后一工艺阶段或下一条件片段对应的承接状态位次，与对应阶段条件或条件片段条件组成新的阶段响应输入；将新的阶段响应输入导入预训练的决策树集成学习模型，按来源原料位次和来源阶段位次获得前序承接响应记录；依据可用时长和阶段响应进度记录，确定各响应记录的当前阶段新增转化养分量、未完成响应位置和剩余养分量；按时间次序连接各工艺阶段及条件片段的响应记录，生成跨阶段响应链。

7、进一步地，跨阶段响应链的核验步骤如下：按来源原料位次归集各不重复响应记录首次建立时的初始养分量，核验归集结果是否超过对应原料可转化养分上限，并按响应记录编号核验各工艺阶段及条件片段的新增转化养分量与当前剩余养分量之和是否对应于该响应记录首次建立时的初始养分量；核验相邻工艺阶段及相邻条件片段的时间、环境检测数据和环境调节指令是否连续；核验后一工艺阶段或下一条件片段的响应起点与前一工艺阶段或前一条件片段的未完成响应位置是否对应，环境响应是否先于养分转化响应；核验同一来源阶段的阶段可转化养分量是否重复计入，删除未通过核验的候选配方。

8、进一步地，跨阶段响应链的截取步骤如下：确定计划施用时刻在跨阶段响应链中的截取位置；归集截取位置所在工艺阶段或条件片段之前各响应记录已经形成的养分量，计算截取位置覆盖的响应记录自进入截取位置所在工艺阶段或条件片段至截取位置形成的新增转化养分量，将二者相加，生成施用前已转化养分量；将截取位置对应的环境响应未完成记录确定为环境待响应养分记录，将养分转化未完成记录确定为转化待响应养分记录；以响应记录进入当前阶段或当前条件片段时的初始养分量扣除新增转化养分量，确定剩余养分量；将截取位置对应的响应位置确定为未完成响应位置，并在对应养分记录中保留来源原料位次和来源阶段位次。

9、进一步地，养分释放轨迹的生成步骤如下：按阶段响应输入结构，将候选配方的原料位次数据、环境待响应养分记录、转化待响应养分记录和施用条件数据组成带有施用阶段标记的施用承接输入；将施用承接输入导入预训练的决策树集成学习模型，获得施用阶段的环境至菌体响应时长、菌体至养分响应时长、阶段响应进度记录和施用影响字段记录；依据未完成响应类型、未完成响应位置、环境至菌体响应时长、菌体至养分响应时长和阶段响应进度记录，确定各剩余养分量在各检测时段的响应位置、形成量和等效到达时刻；按检测时段归集各响应记录形成的养分量，结合施用条件数据确定各检测时段的可用养分量及吸收后剩余养分量，按时间连接生成养分释放轨迹。

10、进一步地，优化配方的确定步骤如下：比较养分释放轨迹与目标养分释放要求，确定养分量偏差时段和养分到达偏移时段；合并影响字段记录和施用影响字段记录，追溯影响阶段可转化养分量、阶段响应进度记录、环境至菌体响应时长及菌体至养分响应时长的原料组成比例字段；读取原料组成比例增加时对应输出的变化方向，确定减小对应偏差的比例调整方向，按照分裂贡献选取原料组成比例字段；在配方约束内调整选取字段并同步修正其余原料组成比例，保持配方总量不变；养分释放偏差减小时保留本次调整，养分释放偏差未减小时恢复调整前比例并测试下一字段；达到目标养分释放要求时输出候选配方，达到迭代上限时输出偏差最小且通过核验的候选配方。

11、一种基于多参数联动的生物基肥料配方优化系统，包括：候选生成模块，用于生成候选配方集合；输入生成模块，用于生成阶段响应输入和施用承接输入；模型调用模块，用于生成模型输出、影响字段记录和施用影响字段记录；响应承接模块，用于生成待承接响应状态和跨阶段响应链；核验截取模块，用于核验并截取跨阶段响应链；释放推演模块，用于确定剩余养分量的等效到达时刻并生成养分释放轨迹；配方调整模块，用于调整原料组成比例并输出优化配方。

12、本发明具有以下有益效果：

13、（1）、该基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法，通过按原料位次、阶段位次和承接状态位次组织候选配方数据及制备储存条件，将原料组成、环境变化、阶段时长、未完成响应位置和剩余养分量纳入统一输入，调用预训练决策树集成学习模型输出环境至菌体响应时长、菌体至养分响应时长、阶段可转化养分量和阶段响应进度记录，能够识别环境变化引起菌体活度变化并继续推动养分形成的实际过程，减少终点指标接近但内部转化进度不同的候选配方被作出相近判断，提升配方筛选结果与制备储存过程的贴合程度。

14、（2）、该基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法，通过以当前阶段可用时长确定阶段结束位置，分别处理当前阶段新增响应和前序待承接响应，依据阶段响应进度记录计算当前阶段新增转化养分量，并将未完成响应类型、未完成响应位置和剩余养分量写入后一阶段对应位次，使腐熟、稳定和储存阶段之间尚未结束的菌体响应及养分转化能够连续传递，同时结合原料可转化养分上限、阶段及条件片段连接连续情况、响应先后次序和重复计入情况进行核验，减少阶段切换造成的养分量重复计算、响应过程割裂和剩余转化状态丢失。

15、（3）、该基于多参数联动的生物基肥料配方优化方法，通过按计划施用时刻截取跨阶段响应链，归集施用前已转化养分量，并将仍处于环境响应阶段和养分转化阶段的记录分别保留未完成响应位置、剩余养分量及来源位次，结合施用条件数据组成施用承接输入，继续推演剩余养分量的承接起点和等效到达时刻，形成可用养分量及吸收后剩余养分量，使养分释放轨迹能够同时反映制备储存阶段遗留的转化进度、施用环境变化和作物吸收过程，降低仅凭施用前检测结果估计肥效造成的释放时刻偏差和释放量偏差。

16、（4）、该基于多参数联动的生物基肥料配方优化系统，通过候选生成模块、输入生成模块、模型调用模块、响应承接模块、核验截取模块、释放推演模块和配方调整模块协同处理，依次完成候选配方生成、阶段响应输入构建、响应时长及响应进度获取、跨阶段未完成响应承接、计划施用时刻截取、施用阶段养分到达推演及原料组成比例调整，并利用影响字段记录和施用影响字段记录追溯对应原料组成比例字段，按照原料组成比例增加时对应输出的变化方向和分裂贡献调整对应比例，减少配方试配方向偏差和重复推演，使输出配方贴合目标养分释放要求。

17、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。