本发明涉及一种植物照明led的照域计算，具体的涉及一种运用于植物led照明中照域的确认方法，属于led照明应用类领域。
背景技术：
光不仅是植物生长的能量来源，而且对植物的生长发育、物质代谢和形态建成等方面都具有调节作用，是影响植物生长发育最重要的环境因子之一。
光照强度的空间变化规律是随纬度和海拔高度增加而逐渐减弱，并随坡向和坡度的变化而变化。如在北半球的温带地区，南坡所接受的光照比平地多，北坡则较平地少；无论在什么纬度，南坡的光照强度都比北坡大，且坡度越大差异越显著；在南坡，随着纬度的增加，最大光强的坡度也随之增大；在北坡，无论什么纬度都是坡度越小得到的太阳光越多；较高纬度的南坡可比较低纬度的北坡得到更多的日光能，因此南方的喜热作物可以移栽到北方的南坡上生长。光照强度的时间变化规律是，一年中以夏季光强最大，冬季最弱；在一天中，中午光强最大，早晚最小。此外，光照强度在一个生态系统内部也有变化，一般光强在陆地生态系统内自上而下逐渐减弱，在水生生态系统中则是随水深的增加而迅速递减。
光照强度对植物生长与形态结构的建成有重要的作用，如植物的黄化现象。光强同时也影响植物的发育，在开花期或幼果期，如光强减弱，也会引起结实不良或果室发育中途停止，甚至落果。光对果实的品质也有良好作用。故此，光照强度影响照域的选择，已成为目前需要解决的问题之一。
众所周知，由于植物对自然光的吸收波长主要集中在430～450nm的蓝紫光区和640～660nm的红光区，红、蓝光led已被广泛用作人工植物光源，以弥补自然光照的不足。但由于led的输出光强度在光照平面上光照分布的不均匀性。确定出led光源阵列下植物培养的照域，对促进植物的生长与探索植物光调控机理研究都具有重要意义。
为此，如何提供一种运用于植物led照明中照域的确认方法，实现对led光源的最佳利用，是本发明研究的目的。
技术实现要素：
为克服现有技术不足，本发明提供一种运用于植物led照明中照域的确认方法，通过构建led植物光源的光照度分布及均匀度模型，综合考虑光照均匀性及其面积大小对照域优劣的影响，构建出照域优劣公式，计算确定该光源的最佳照域，并验证其可行性。
为解决现有技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种运用于植物led照明中照域的确认方法，包括以下步骤：
步骤一，对光照分布进行分析，构建均匀度模型；
所述的光照分布分析包括对单位led照射强度分析和光束led照射强度的分析；
所述的单位led照射强度由(1)式表示i(θ)＝i0cosmθ(1)；
其中，i(θ)是视角为θ方向上的光照强度；i0是led轴线(视角为0)方向的光照强度；m由led的结构参数θ1/2决定，如式(2)
其中，θ1/2是光照强度为i0/2时的视角；
位于光源平面上a(x0，y0，0)点处的led在距离光源平面为z的光照平面上b(x，y，z)点处产生的光照度如式(3)
所述的光束led照射强度为所有红光led和蓝光led在该点处的光照度的叠加，如公式(4)
所述的构建均匀度模型公式如(5)
式中，i表示为红或蓝光；ei是i光在该域中的光照度平均值，求值公式如(6)
其中，(x，y)∈d，d是光照平面上的一个区域；sd是照明区域d的面积；
根据微积分原理，公式(6)可换算为公式(7)
其中：n表示为若干个均匀大小的小区域范围；
步骤二，分析照域，构建函数公式，将照域优劣问题转化成了求函数最小值问题；
所述公式为
其中：q为均衡系数；ui是照域di上i光的光照均匀度；si是di的面积；
di是指i光所对应的照域；其di函数用于检测di优良程度；
步骤三，根据特定需求选择光源；
选择矩形led光源阵列，红、蓝光led数量比例为1∶1，所述红、蓝光led沿着行、列方向均为交错分布；光照平面到对应光源平面的距离为h＝20cm，并以植物光源的中心作为原点建立坐标系；
步骤四，设置计算参数，计算确认最佳照域，最佳照域由各个光源的最佳域重叠而成，如(9)
dopt＝dredopt∩dblueopt(9)
最佳计算公式如(10)
其中：权横度ω的区间为[0.5，0.9]；k＝1，2，…，t是当前迭代次数；
所述步骤是在开始状态下解码，根据公式(8)构造适应度函数，随机初始化光照群，从而计算适应度值，并通过公式(10)更新个体最佳和全局最佳位置，满足条件的进入下一步，实现最佳照域的结果后结束程序，否则循环进入计算适应度值的步骤。
进一步的，所述的步骤三中，所述的光源阵列为12行14列，行、列距均为l＝2cm。
进一步的，所述红、蓝光led灯珠的轴向光照强度均取i0＝2800mcd，半角取θ1/2＝7.5°。
本发明的有益效果是：即时、准确、自动的计算出最佳照域，能够为植物光照技术提供更有力的研究参考价值，实现了led光照对植物生长的可控调节的功能。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更加理解本发明技术方案，下面结合实施例对本发明做进一步分析。
一种运用于植物led照明中照域的确认方法，包括以下步骤：
步骤一，对光照分布进行分析，构建均匀度模型；
所述的光照分布分析包括对单位led照射强度分析和光束led照射强度的分析；
所述的单位led照射强度由(1)式表示i(θ)＝i0cosmθ(1)；
其中，i(θ)是视角为θ方向上的光照强度；i0是led轴线(视角为0)方向的光照强度；m由led的结构参数θ1/2决定，如式(2)
其中，θ1/2是光照强度为i0/2时的视角；
位于光源平面上a(x0，y0，0)点处的led在距离光源平面为z的光照平面上b(x，y，z)点处产生的光照度如式(3)
所述的光束led照射强度为所有红光led和蓝光led在该点处的光照度的叠加，如公式(4)
所述的构建均匀度模型公式如(5)
式中，i表示为红或蓝光；
其中，(x，y)∈d，d是光照平面上的一个区域；sd是照明区域d的面积；
根据微积分原理，公式(6)可换算为公式(7)
其中：n表示为若干个均匀大小的小区域范围；
步骤二，分析照域，构建函数公式，将照域优劣问题转化成了求函数最小值问题；
所述公式为
其中：q为均衡系数；ui是照域di上i光的光照均匀度；si是di的面积；
di是指i光所对应的照域；其di函数用于检测di优良程度
步骤三，根据特定需求选择光源；
选择矩形led光源阵列，所述的光源阵列为12行14列，行、列距均为l＝2cm；红、蓝光led数量比例为1∶1，所述红、蓝光led沿着行、列方向均为交错分布；所述红、蓝光led灯珠的轴向光照强度均取i0＝2800mcd，半角取θ1/2＝7.5°；光照平面到对应光源平面的距离为h＝20cm，并以植物光源的中心作为原点建立坐标系；
步骤四，设置计算参数，计算确认最佳照域，最佳照域由各个光源的最佳域重叠而成，如(9)
dopt＝dredopt∩dblueopt(9)
最佳计算公式如(10)
其中：权横度ω的区间为[0.5，0.9]；k＝1，2，…，，t是当前迭代次数；
所述步骤是在开始状态下解码，根据公式(8)构造适应度函数，随机初始化光照群，从而计算适应度值，并通过公式(10)更新个体最佳和全局最佳位置，满足条件的进入下一步，实现最佳照域的结果后结束程序，否则循环进入计算适应度值的步骤。
本发明针对led光源分布的不均匀性特征，提出了一种最佳照域计算方法，并以矩形结构的led植物光源作为算例对该方法进行验证，在光照均匀性与面积2个因素的影响比重为7∶3条件下，迭代结果得到了最优区域是位于光照平面中央位置面积为21.5462cm×18.1cm的矩形区域，且该区域上的红、蓝光均匀度都达到了0.8662。将该结果与应用传统方法模拟出的光照度分布对比，表明应用该计算方法确定led植物光源下最佳照域的方法可行。而且该方法能够自动实现寻优功能而无需人工判断，更简单易行，可为led光源下植物栽培最佳域的自动跟踪提供重要的技术支撑。
以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了实施例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。