基于作物生长的室内垂直农场最优控制

垂直农业可实现多种作物的全年栽培，克服环境限制并保障粮食安全。这一封闭且高度受控的系统使植物在最优条件下生长，从而比传统室外农场更快成熟且产量更高。然而，垂直农业的挑战之一是高能耗。本工作中，我们采用最优控制方法优化小麦生长，目标有二：其一，针对生长周期中的每一天优化水分、辐射与温度等输入；其二，优化植株生长期长度以在全年实现尽可能高的产量。为此，我们使用基于简单通用作物模型的非线性离散时间混合模型，并对其进行改造以提升优化效率。利用我们的方法，我们找到了所用资源、产量净利润与作物周期时长之间的最优权衡，从而在尽可能降低输入成本的同时显著提高作物年产量。本工作展示了控制理论在垂直农业学科中的巨大潜力。