【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业装备，具体涉及一种基于水气平衡的太空种植基质水分控制方法及系统。
技术介绍
1、在太空种植中，为确保农作物正常生长，需对植株进行浇灌。现有基于基质生长方法的水解决方案中，被动轨道养分输送系统在传感器检测到植株缺水时为其补水。然而，在太空环境中，由于微重力影响，水珠会附着在传感器上，导致传感器失灵；尽管基质已缺水，但传感器可能显示水分充足。不及时浇水会影响植株生长速度，而浇水过量则会使培养箱内湿度过大，易滋生藻类和微生物，增加宇航员工作量，还会造成水资源浪费，对长期深空任务有深远影响。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于水气平衡的太空种植基质水分控制方法及系统，解决太空微重力情况下的基质水分含量无法直接用传感器准确测量的问题，实现太空微重力环境下水分的高效利用与管理。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、基于水气平衡的太空种植基质水分控制方法：
4、利用水分利用效率模型对实际应用中太空种植植株的基质水分状态进行评估；所述水分利用效率模型为：
5、
6、式中，d为水分利用效率，且pn、tr分别是通过co2/h2o分析仪获取的单位面积叶片的光合作用速率和蒸腾速率；dmax为植株最大水分利用效率，通过水分实验提前获得；i为灌溉周期内数据采集次数，tri表示灌溉周期内第i次数据采集时的作物蒸腾速率；α为待定系数，不同植株的取值，在对实际应用中太空种植植株的基质水
7、由所述水分利用效率模型求得基质水分含量i，当基质水分含量低于设定阈值时，控制器控制水箱开始灌溉，直到水分利用效率d＝dmax时，停止灌溉；
8、上述过程中，单位面积叶片的光合作用速率pn和蒸腾速率tr的获取方法为：
9、将栽培箱密闭，当co2/h2o分析仪测定栽培箱中co2和h2o含量达到稳定时，打开水气分析模块中的气泵抽气，水气分析模块记录在δt间隔内的co2和h2o的变化情况，记作和利用公式和计算出栽培箱内的蒸腾速率和光合速率，结合植株叶片面积，计算出单位面积叶片的光合作用速率pn和蒸腾速率tr。
10、进一步地，利用深度相机对植株叶片进行扫描，获取叶片的三维点云数据并进行预处理，然后进行叶片分割和曲面重建，计算重建曲面的表面积，即为植株叶片面积；
11、所述植株叶片面积的具体获取方法为：利用贪婪投影三角算法将每个叶片剖分为三角面片，生成表面的三角网格模型，通过海伦公式计算每个三角形的面积，再将所有的三角网格面积累加，得到每个叶片的表面积。
12、进一步地，所述三角面片的最大平面角设置为50°，每个三角形的最大角为120°、最小角为10°，即可将叶片点云进行三角剖分。
13、进一步地，所述和的起始点数值在测定时，保持栽培箱内co2浓度相同。
14、基于水气平衡的太空种植基质水分控制系统，包括栽培箱，所述栽培箱中设置栽培袋，所述栽培袋中放有小型生根袋，所述栽培袋还与水箱连接；
15、所述栽培箱内部上下侧分别安装环流风扇a和环流风扇b，所述栽培箱顶部安装有led光源和深度相机，所述栽培箱的箱体上留有测量孔，便于co2/h2o分析仪对栽培箱内植株的光合和蒸腾速率进行测量和标定；
16、所述栽培箱内部还安装有风速传感器、光照传感器、温湿度传感器、微型空调和蒸汽加湿器；
17、所述深度相机、风速传感器、光照传感器、温湿度传感器和co2/h2o分析仪采集的数据均传输给控制器；所述控制器控制led光源、环流风扇a、环流风扇b、微型空调、蒸汽加湿器和水箱的工作。
18、上述技术方案中，所述小型生根袋中的基质选用硅藻土。
19、上述技术方案中，所述栽培箱的箱体材质选用高透光率的亚克力板。
20、上述技术方案中，所述co2/h2o分析仪对栽培箱内植株的光合和蒸腾速率进行测量和标定，具体地：co2/h2o分析仪监测栽培箱内的气体交换，根据半封闭系统内水气平衡的特点，通过计算栽培箱内进出气体中的水和二氧化碳的摩尔比变化，对植株的光合和蒸腾速率测定进行标定。
21、本专利技术的有益效果为：
22、(1)本专利技术针对太空微重力环境下无法直接用传感器准确测量基质含水量的问题，利用栽培系统的水气平衡关系构建植株的蒸腾速率和光合作用速率估算模型，从而实现对基质水分的间接估算和控制；
23、(2)本专利技术通过点云技术获取不同植株的叶面积，进而计算出单位面积叶片的蒸腾速率和光合作用速率，并将单位面积叶片的蒸腾速率和光合作用速率用于构建水分利用效率模型，更能准确反映不同大小植株的生理特性和水分需求；
24、(3)本专利技术利用水分利用效率模型代替常规仅考虑蒸腾作用的模型，综合考虑了基质含水量、光合作用速率和蒸腾速率之间的关系，能够更精准地评估基质水分状态，从而实现太空微重力环境下水分的高效管理与利用，提高了水资源的利用效率。
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1.基于水气平衡的太空种植基质水分控制方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的太空种植基质水分控制方法，其特征在于，利用深度相机(2)对植株叶片进行扫描，获取叶片的三维点云数据并进行预处理，然后进行叶片分割和曲面重建，计算重建曲面的表面积，即为植株叶片面积；
3.根据权利要求2所述的太空种植基质水分控制方法，其特征在于，所述三角面片的最大平面角设置为50°，每个三角形的最大角为120°、最小角为10°，即可将叶片点云进行三角剖分。
4.根据权利要求1所述的太空种植基质水分控制方法，其特征在于，所述和的起始点数值在测定时，保持栽培箱(13)内CO2浓度相同。
5.基于权利要求1-4任一项所述的太空种植基质水分控制方法的控制系统，其特征在于，包括栽培箱(13)，所述栽培箱(13)中设置栽培袋(8)，所述栽培袋(8)中放有小型生根袋，所述栽培袋(8)还与水箱(11)连接；
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述小型生根袋中的基质选用硅藻土。
7.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述栽培箱(
8.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述CO2/H2O分析仪(7)对栽培箱(13)内植株的光合和蒸腾速率进行测量和标定，具体地：CO2/H2O分析仪(7)监测栽培箱(13)内的气体交换，根据半封闭系统内水气平衡的特点，通过计算栽培箱(13)内进出气体中的水和二氧化碳的摩尔比变化，对植株的光合和蒸腾速率测定进行标定。
...【技术特征摘要】
1.基于水气平衡的太空种植基质水分控制方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的太空种植基质水分控制方法，其特征在于，利用深度相机(2)对植株叶片进行扫描，获取叶片的三维点云数据并进行预处理，然后进行叶片分割和曲面重建，计算重建曲面的表面积，即为植株叶片面积；
3.根据权利要求2所述的太空种植基质水分控制方法，其特征在于，所述三角面片的最大平面角设置为50°，每个三角形的最大角为120°、最小角为10°，即可将叶片点云进行三角剖分。
4.根据权利要求1所述的太空种植基质水分控制方法，其特征在于，所述和的起始点数值在测定时，保持栽培箱(13)内co2浓度相同。
5.基于权利要求1-4任一项所述的太空种植基质水分控制方法的控制系统，其...
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