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出版者:中国农业

作者:李志英

出品人:

页数:183

译者:

出版时间:2007-11

价格:45.00元

装帧:

isbn号码:9787109122895

丛书系列:

图书标签:

• 种质资源
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• 组织培养
• 农业科技
• 植物育种
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• 技术手册
• 作物遗传资源

《现代农业设施环境控制与优化管理》 内容概要： 本书系统阐述了现代农业设施，如智能温室、植物工厂等，在环境要素调控方面的原理、技术与实践应用。全书紧密围绕如何通过精准、高效的环境控制手段，实现作物最佳生长环境的构建与维护，从而大幅提高设施农业的生产效率和产品质量。 第一部分：设施农业环境要素基础理论 本部分深入剖析了影响作物生长的关键环境因子，包括光照、温度、湿度、二氧化碳浓度以及营养液的pH值和电导率。 光照生理与工程调控： 详细介绍了光合作用的响应机制，不同作物对光照强度、光谱质量（红蓝光比例）和光周期（光照时长）的需求差异。重点讨论了LED补光技术在能耗优化和光谱定制方面的应用，以及如何利用自然光截面分析和人工补光策略进行耦合控制。 热力学与温度管理： 阐述了设施内热量传递（辐射、对流、传导）的基本模型，以及蒸腾作用对内部热平衡的影响。针对不同气候带和不同生长阶段的作物，设计了基于气候模型的供暖、通风和降温（如遮阳、湿帘降温）的集成控制方案。 水汽动态与湿度控制： 探讨了作物蒸腾、土壤蒸发与设施内水汽循环的关系，讲解了露点温度的概念及其在预防病害中的关键作用。介绍了精确加湿和除湿技术（如热泵除湿）在不同季节的运行策略。 气体环境的优化： 聚焦于二氧化碳（$ ext{CO}_2$）施肥技术，分析了光合速率与$ ext{CO}_2$浓度之间的剂量效应曲线。探讨了生物源与非生物源$ ext{CO}_2$的产生与循环利用，以及如何根据作物生长状态实时调整施肥量。 第二部分：精准环境监测与数据采集系统 本部分着重介绍了现代设施环境感知技术和数据处理方法，这是实现“精准农业”的基础。 传感器技术选型与布设： 全面介绍了用于测量光照（量子传感器）、温湿度（高精度电阻式传感器）、气流速度、土壤水分和养分（TDR、EC传感器）的最新型传感器。详细说明了在不同植株高度、不同区域的传感器最优布点原则，以避免局部环境误差。 数据采集与预处理： 论述了工业级数据采集卡（DAQ）的性能指标和接口标准。涵盖了数据清洗技术，如异常值检测、漂移补偿和多传感器数据融合算法（如卡尔曼滤波），确保输入控制系统的底层数据准确可靠。 物联网与远程诊断： 介绍了基于LoRa、ZigBee等低功耗广域网技术的远程数据传输架构。讲解了如何建立云端数据平台，实现多设施的集中化管理和历史数据可视化分析。 第三部分：自动化控制策略与算法实现 本部分是本书的核心，详细介绍了实现环境自动调控的逻辑和算法，从经典控制到先进的预测控制。 经典PID控制及其改进： 深入分析了比例-积分-微分（PID）控制器在设施环境控制中的应用，包括如何进行参数整定（Ziegler-Nichols法、分步法）。针对设施环境惯性大、非线性和时滞问题，介绍了串级控制、前馈控制等改进策略，以提高响应速度和稳定性。 模糊逻辑与专家系统： 探讨了如何将农业专家的经验知识转化为模糊规则集。阐述了模糊推理系统在处理不确定性环境（如天气突变）时，比传统PID控制更具柔性和适应性的优势。 模型预测控制（MPC）： 详细介绍了利用设施环境热力学模型和作物生理模型构建预测模型。重点阐述了MPC如何提前预测未来一段时间的环境需求，并计算出最优的控制指令序列，尤其适用于需要协调多个控制目标（如节能与增产）的复杂系统。 自适应与学习机制： 介绍了强化学习（RL）在设施环境优化中的初步应用，特别是如何让控制系统根据作物生长阶段的反馈自动调整控制参数，实现长期的最优能耗和产量平衡。 第四部分：集成化系统设计与能效优化 本部分将理论与实践相结合，侧重于系统集成和可持续性管理。 设施气候建模与模拟： 介绍了使用动态模拟软件（如EnergyPlus或定制化模型）对设施进行虚拟测试的方法。通过模拟不同气候情景下的控制效果，提前发现系统设计的缺陷。 多目标优化与节能策略： 讨论了如何将“环境质量”和“运行成本”纳入同一优化目标函数。具体技术包括：利用夜间低谷电价进行蓄热蓄冷；通过精确的通风策略减少热量损失；以及利用热泵技术进行余热回收与再利用。 故障诊断与安全冗余： 阐述了建立基于信号异常分析的早期故障诊断系统（如传感器漂移识别）。设计了应急预案和系统冗余配置（如备用电源、多套执行机构），确保在关键时刻作物不受极端环境影响。 本书内容覆盖了设施农业环境控制的理论基础、传感技术、先进控制算法以及系统工程实践，是设施园艺、环境工程、农业自动化等领域研究人员、工程师及高级管理人员的重要参考资料。

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