以自動化多層栽培裝備為代表的現(xiàn)代植物工廠生產(chǎn)效率、資源利用率高,但現(xiàn)有技術(shù)無法結(jié)合光照參數(shù)對多層栽培裝備自動調(diào)度、監(jiān)控人員無法直觀管理植物工廠,因此迫切需要開發(fā)具有自主受光調(diào)度、人機界面友好的多層栽培裝備監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)。首先,本文對溫室自動化多層栽培裝備的原理以及溫室實際條件與需求進(jìn)行了研究,針對太陽光利用型溫室設(shè)計了新的多層苗床的調(diào)度方式,并完成了相關(guān)設(shè)備的三維建模。通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)搭建了100%覆蓋率、丟包率低于3%的溫室數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)�；贏ndroid平臺和藍(lán)牙技術(shù),開發(fā)了溫室環(huán)境監(jiān)測與遠(yuǎn)程灌溉應(yīng)用。其次,通過對溫室系統(tǒng)進(jìn)行分類與抽象,完成了溫室系統(tǒng)的面向?qū)ο蠼�。實現(xiàn)了由溫室物理場景的傳感器數(shù)據(jù)實時驅(qū)動、動態(tài)仿真的溫室數(shù)字孿生算法�；赨nity3D引擎搭建了溫室三維數(shù)字場景、開發(fā)了溫室數(shù)字孿生應(yīng)用DTsim。實現(xiàn)了對真實溫室系統(tǒng)場景的實時監(jiān)控、動態(tài)仿真與自動優(yōu)化調(diào)度的功能,系統(tǒng)延遲小于2秒。解決了農(nóng)業(yè)設(shè)施與溫室培育缺乏直觀監(jiān)控與整體模型的問題。最后,針對無補光條件下的多層苗床調(diào)度缺乏自動優(yōu)化的缺陷,提出了由實時光照預(yù)測模型驅(qū)動的多層栽培裝備的自動調(diào)度優(yōu)化方案。建立... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

現(xiàn)有的溫室控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖 2-2 溫室數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2-2 Structure of greenhouse Digital Twin monitoring and control system如圖 2-2 所示，溫室自動化監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向為：溫室現(xiàn)場采集的環(huán)境數(shù)據(jù)、每個多層苗床架的狀態(tài)信息（如占位情況）與調(diào)度計劃、每個苗床自身的種植狀態(tài)信息，經(jīng)過安裝在控制板上的 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊的子節(jié)點發(fā)送到 ZigBee總節(jié)點，再由串口連接傳輸?shù)綐漭芍�。樹莓派將�?shù)據(jù)以文檔的方式經(jīng)其自帶的WIFI 模塊發(fā)送到服務(wù)器。服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并將其分類轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫中。一方面，基于 Unity3D 引擎建立的數(shù)字孿生模型每秒向服務(wù)器請求最新的溫室系統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并重新渲染更新已有的模型。同時，由于本文研究的溫室是太陽光利用型溫室，無人造光，完全依賴自然光實現(xiàn)生產(chǎn)[22]，需要由光照模型驅(qū)動多層苗床架中苗床位置的動態(tài)最優(yōu)調(diào)度。因此，基于 Matlab 與 Flexsim 平臺建立的動態(tài)運行流程 Petri 網(wǎng)模型需要向服務(wù)器請求最新的實時光照數(shù)據(jù)，并結(jié)合已有的經(jīng)驗光照模型，反復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)迭代擬合，對當(dāng)天的實際光照模型進(jìn)行動態(tài)預(yù)測，自動安排新的調(diào)度方案，然后部署給下位機。由 Petri 網(wǎng)分析后的光照模型數(shù)據(jù)會返過來訓(xùn)練已有的經(jīng)驗光照模型，其制定的調(diào)度決策也會改變物理世界溫室中苗

第二章 溫室數(shù)字孿生監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案設(shè)計與三維建模到便攜式設(shè)備中，并暫存在設(shè)備自帶的輕量級數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)需要進(jìn)行灌溉操，便攜式設(shè)備自帶的藍(lán)牙模塊將與溫室灌溉系統(tǒng)的藍(lán)牙模塊連接，指令數(shù)據(jù)牙傳輸發(fā)送到相應(yīng)的控制板中。實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和移動監(jiān)測。.3 溫室多層栽培裝備的調(diào)度方案設(shè)計與三維建模由于本文研究的溫室是太陽光利用型溫室，無人造光，完全依賴自然光實產(chǎn)，需要由光照模型驅(qū)動多層苗床架中苗床位置的動態(tài)最優(yōu)調(diào)度[23]。目前應(yīng)廣泛的單層牽引式滾輪苗床如圖 2-3 所示，因其笨重、定位精度差的缺點不用于本課題[24]。為了在保證苗床生長質(zhì)量的前提下，提高土地利用率，滿足調(diào)度需求，則需要對苗床、苗床架的機械結(jié)構(gòu)和苗床的搬運方法進(jìn)行重新規(guī)劃


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