一种作物生长模型控制系统

1.本发明涉及一种控制系统，特别涉及一种作物生长模型控制系统，属于作物生长模型技术领域。


背景技术：

2.作物生长模型能根据气象条件、土壤条件以及作物栽培管理措施,定量描述作物生长、发育、籽粒形成及产量动态过程。但模型模拟具有较大的不确定性,且需要大量的输入参数。遥感数据可实时、动态获得大面积作物相关信息,但遥感反演和遥感产品存在时空不连续性。
3.目前的作物生长模型在对作物进行生长进行模拟时，需要对作物生长模型的变量进行控制，传统的方式主要通过各个传感器对数据的监测，在监测的过程中容易造成数据更新不及时，无法实现不同时间粒度的作物生长模拟，影响作物生长模型的控制。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种作物生长模型控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：控制系统包括主控制模块和多个子控制模块，主控制模块为作物模拟模块，子控制模块包含天气模块、施肥模块、灌溉模块、土壤模块和作物生长模块，所述主控制模块通过事件管控接口与多个子控制模块连接，主控制模块控制子控制模块的进度，主控制模块通过各个模块的接口读取信息，计算水平衡、氮转化过程驱动作物成长，更新模块数据，控制子控制模块启动下一周期的模拟，所述子控制模块的天气模块用于对天气相关参数的管理，施肥模块对施肥日期、深度、类型、尿素水解状态信息的管理，灌溉模块对灌溉深度、方式、日期、灌溉量、灌溉效率信息管理，土壤模块对土壤层数、每一层的信息、土壤水文参数、土壤反射率、地下水深度、地表径流信息、上一周期作物残茬信息、土壤水分蒸发参数、光合参数信息管理，作物生长模块对作物物候变化、器官生长进行动态计算和管理。
6.作为本发明的一种优选技术方案，所述主控制模块和子控制模块以相同的周期序列协同依次进行，直至作物成熟消亡，根据需求设置每个周期的长短，实现不同时间粒度的作物生长模拟。
7.作为本发明的一种优选技术方案，所述主控制模块的控制流程为：
8.第一步：执行子模块数据初始化；
9.第二步：水平衡及氮转化计算；
10.第三步：土壤模块更新、物候及作物生长计算；
11.第四步：更新作物生长模块。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述主控制模块采用基于事件的触发和处理的方式进行阶段性数据输出、关键信息记录和参数更新操作。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述主控制模块的内部封装有模型描述模块、模型结构模块、模型算法模块和驱动数据模块。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述模型结构模块：包括静态结构和动态结构。
15.作为本发明的一种优选技术方案，所述模型算法模块：通过每个计算节点均装载相同的模型计算任务调度程序，不同计算任务进程与cpu处理器之间的映射由操作系统自动完成，具体包括以下步骤：
16.s1：调用mpi_inito初始化mpi运行环境；
17.s2：调用mpi comm ranko获得cpu对应进程标识号
18.s3：如果进程标识号为2的倍数就读取ya气象数据值以及读取模型运行输入参数；然后初始化各子模型计算共享变量；否则转到s5。
19.s4：循环计算ya的全生育期、生物量以及干物分配子模型，同时申请输出缓冲区，使用非阻塞缓冲通信方式发送模型计算结果数据，然后释放缓冲区；
20.s5：如果进程标识号为1的倍数，则从文件中读取连续ya气象数据值以及模型运行输入参数，并定义接收缓冲区：
21.s6：调用mpi irecv()接收非阻塞缓冲通信发送的模型计算结果数据；
22.s7：循环计算ya的器官建成子模型，并将计算结果保存到数组；
23.s8：将模型计算结果写入文件，调用mpi finalize(0)关闭消息通信。
24.作为本发明的一种优选技术方案，所述驱动模块：用于模型运行需要的气候、土壤环境、施肥和灌溉变量以及品种和栽培措施模型参数。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.本发明一种作物生长模型控制系统，通过主控制模块和子控制模块的设置，主控制模块控制子控制模块的进度，主控制模块通过各个模块的接口读取信息，计算水平衡、氮转化过程驱动作物成长，更新模块数据，控制子控制模块启动下一周期的模拟，能够有效的同步控制其他模块的执行进度，实现各模块协同推进，时间周期长度可调整，按需实现不同时间粒度的作物生长模拟，有效的提高了作物生长模型的控制。
附图说明
27.图1为本发明的系统框图。
28.图2为本发明的生长模型周期流程框图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.请参阅图1，本发明提供了一种作物生长模型控制系统的技术方案：
31.根据图1所示，控制系统包括主控制模块和多个子控制模块，主控制模块为作物模拟模块，子控制模块包括天气模块、施肥模块、灌溉模块、土壤模块和作物生长模块，主控制模块通过事件管控接口与多个子控制模块连接，主控制模块控制子控制模块的进度，主控
制模块通过各个模块的接口读取信息，计算水平衡、氮转化过程驱动作物成长，更新模块数据，控制子控制模块启动下一周期的模拟，子控制模块的天气模块用于对天气相关参数的管理，施肥模块对施肥日期、深度、类型、尿素水解状态信息的管理，灌溉模块对灌溉深度、方式、日期、灌溉量、灌溉效率信息管理，土壤模块对土壤层数、每一层的信息、土壤水文参数、土壤反射率、地下水深度、地表径流信息、上一周期作物残茬信息、土壤水分蒸发参数、光合参数信息管理，作物生长模块对作物物候变化、器官生长进行动态计算和管理。
32.天气模块实现对天气相关参数的管理，包括太阳辐射信息、降雨信息、降雪信息、日最高温、日最低温、日平均温、年平均温信息的管理，并提供了获取相应信息的接口。
33.施肥模块实现对施肥日期、深度、类型、尿素水解状态信息的管理，提供了增加、获取和应用施肥及尿素水解状态信息获取接口。
34.灌溉模块包括灌溉深度、方式、日期、灌溉量、灌溉效率信息，并提供了增加、获取和应用灌溉和获取灌溉效率、优化灌溉方式、优化灌溉深度的接口。
35.土壤模块对土壤相关信息进行封装和管理，包括土壤层数、每一层的信息、土壤水文参数、土壤反射率、地下水深度、地表径流信息、上一周期作物残茬信息、土壤水分蒸发参数、光合参数信息，提供有如下接口：土壤层数信息获取、指定层的土壤层获取、通过深度获取指定层，设置天气数据，设置年平均温度、设置月温度振幅、地下水参数获取、土壤水分状态获取、土壤反射率获取、土壤可吸收水设置和获取、径流参数获取、是否需要排土壤水判断及排土壤水、施肥优化深度、根际养分影响因子、水分蒸发参数、土壤水亏损、光合水胁迫因子、生长水胁迫因子参数的设置和获取。
36.作物生长模块对作物物候变化、器官生长进行动态计算和管理，对作物生长阶段、作物碳水化合物、灌浆天数、越冬天数、灌浆速度、叶子数量、茎重、穗数、根生长参数、光合氮胁迫因子、生长氮胁迫因子、物候参数进行管理，提供了物候计算和作物生长两个接口，物候计算通过积温驱动计算作物的物候生长阶段变化，作物生长通过氮和水驱动作物器官生长和变化。
37.作物模型模块是核心模块，它对土壤、天气、施肥、灌溉、作物参数、作物生长模块进行总体调度管理，通过各个模块的接口读取信息，计算水平衡、氮转化过程驱动作物成长，更新模块数据。
38.主控制模块和子控制模块以相同的周期序列协同依次进行，直至作物成熟消亡，根据需求设置每个周期的长短，实现不同时间粒度的作物生长模拟。
39.主控制模块的控制流程为：
40.第一步：执行子模块数据初始化；
41.第二步：水平衡及氮转化计算；
42.第三步：土壤模块更新、物候及作物生长计算；
43.第四步：更新作物生长模块。
44.控制其子模块启动下一周期的模拟，天气模块加载下一周期的数据，灌溉、施肥和土壤模块设置下一周期的时间，生长模块更新当前阶段的持续时间和作物生长模拟时间。每一个周期内的执行过程如图2所示。
45.主控制模块采用基于事件的触发和处理的方式进行阶段性数据输出、关键信息记录和参数更新操作。
46.主控制模块的内部封装有模型描述模块、模型结构模块、模型算法模块和驱动数据模块。
47.模型结构模块：包括静态结构和动态结构。
48.模型算法模块：通过每个计算节点均装载相同的模型计算任务调度程序，不同计算任务进程与cpu处理器之间的映射由操作系统自动完成，具体包括以下步骤：
49.s1：调用mpi_inito初始化mpi运行环境；
50.s2：调用mpi comm ranko获得cpu对应进程标识号
51.s3：如果进程标识号为2的倍数就读取ya气象数据值以及读取模型运行输入参数；然后初始化各子模型计算共享变量；否则转到s5。
52.s4：循环计算ya的全生育期、生物量以及干物分配子模型，同时申请输出缓冲区，使用非阻塞缓冲通信方式发送模型计算结果数据，然后释放缓冲区；
53.s5：如果进程标识号为1的倍数，则从文件中读取连续ya气象数据值以及模型运行输入参数，并定义接收缓冲区：
54.s6：调用mpi irecv()接收非阻塞缓冲通信发送的模型计算结果数据；
55.s7：循环计算ya的器官建成子模型，并将计算结果保存到数组；
56.s8：将模型计算结果写入文件，调用mpi finalize(0)关闭消息通信。
57.驱动模块：用于模型运行需要的气候、土壤环境、施肥和灌溉变量以及品种和栽培措施模型参数。
58.以作物生长模型的计算特征为基础，流水线技术和分步策略为支撑，在子模型层、子模型组分层以及驱动数据层分别设计了不同的并行调度方案，能够有效的对作物生长模型的变量进行控制，方便作物生长模型的周期性模拟。
59.在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其同物限定。