CN1517006A - 植物生长地盘的温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物生长地盘的温度控制方法，在地下埋设有导管并通过导管供给热媒体，以实施地盘的温度控制。通过设想热传导的时间间隔与气象变化来预测地温，可精确地控制地盘温度。在植物生长地盘内铺设导管，并在其导管中供给热媒体以控制植物生长地盘温度的控制方法中；通过前述导管供给热媒体并基于气象数据以设想未来气象条件的同时，至少针对户外气温，以假定过去24小时户外的气温变化曲线以补正连续现在的温度，以作为未来气象条件的界限条件并通过热传导解析来预测地盘表层的温度，地盘表层的地下温度以作为目标温度。

Description

植物生长地盘的温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种在种植草坪的足球场等竞技场中，在地底下埋设导管以供给温水等热媒体来精准控制植物生长地盘的温度控制方法。

背景技术

近年来例如足球场、球场、高尔夫球场等有种植草坪的土壤中，日照不足和因季节造成的气温降下、降雨与夜间的一时性温度下降等对草坪的影响和因各种比赛的草坪及枯萎、积雪、霜的影响和除雪等目的。通过在地盘中埋设导管使热媒体循环，以人工方式作出适合草皮生长的环境，并可有助于草皮的绿化。

例如在下述的发明文献1的特开平8-196140号公报当中，提出为了控制对象领域的地温以适合草坪生长环境，铺设可能供给植物生长地盘内的温水等热媒体的导管的同时，在土壤中埋设温度传感器，考虑地盘的热传导率，变化于前述的导管所供给的热媒体温度以控制植物生长地盘的温度控制方法。

但是在足球场及球场等竞技场中，除了掷标枪和丢铅球等投掷竞技使用之外，以割草机割草及贴换草皮等，除了地表面外于地表下数十厘米，具体而言是约至30cm处的领域中乃无法埋设温度传感器的问题乃油然而生。虽说通过过去的实验得知大概从地表至GL-5cm处的地盘领域(以下略称为地层表面领域)乃对于草坪生长有着极大的影响。但如前所述，在地表上约30cm深的的领域里不能埋设传感器等类的器具，作为加温点的导感设置位置与温度目标点的地盘表层领域间的距离有其距离，在前述热传导解析中热响应的时间延缓乃为其问题。

地表面的气象条件对波草坪面有极大的影响，且可理解对地盘表层领域温度的影响。为了精准地设定热媒体的调时供给，考虑到随时变化的气象条件，相对应之物乃为必要。

发明内容

在此本发明主要的课题是通过埋设于地底的热媒体供给导管以控制地盘的温度，并通过实施热传导的时间间隔与设想气象变化后预测的地温，乃可能精准地控制地盘的温度。

为解决前述课题，本发明在植物地盘中铺设导管；在此导管中通过供给热媒体以控制植物生长地盘的温度控制方法，根据气象数据设想未来的气象条件的同时间，通过前述导管供给热媒体并基于气象数据以设想未来气象条件的同时，乃假定过去24小时户外的气温变化曲线以补正连续现在温度，以作为未来气象条件的界限条件并通过热传导解析来预测地盘表层的温度，地盘表层领域的地下温度以作为目标温度。

气象条件虽然随时地变化，但细微地来看仍有周期性的变动。作为设定未来气象条件的方法而言，例如存在有将过去10年的变动平均化的方法，在本发明之中考虑过去24小时的气象状况周期的界限条件。此时，至少针对户外气温，补正过去24小时的户外气温变化曲线加以设想补正现在的连续温度，乃可能精准预测地面温度。

本发明还将前述未来气象条件作为界限条件的热传导解析；在每所定的时间，逐次补正热媒体的供给控制，以提供上述的植物生长地盘的温度控制方法。气象是通过由风雨的产生而急速变化，在每所定的时间加以补正热传导解析及通水计划可对应急剧的气象变化。

本发明的前述气象数据至少是通过含有户外气温度计、日射计、放射收支计的气象观测机器作为观测数据以提供如上述的植物生长地盘的温度控制方法。如后述中的地表面的热收支方程式中，考虑右边第1项的日射吸收热与第2项的长波放射收支与第3项的对流热传达的三个参数的情况，作为气象观测数据而言的日射量、大气放射量、户外气温度的三项指标已足够。

本发明的前述气象数据含有户外气温度计及风速计以提供上述的植物生长地盘的温度控制方法。

本发明为得热传导解析，其中地盘热传导率是基于地盘热传导率与土中水份的相关性，通过土中水份计的计测结果求得的，以提供上述的植物生长地盘的温度控制方法。热传导率虽有可能通过后述相同的方法求得，但地盘热传导率是基于地盘热传导率与土中水份的相关性，亦可通过土中水份计所计测的结果来求得，其后的校正可通过后述的同样方法来实施。

附图说明

图1是足球场的平面图；

图2是气象数据观测单位的概略图；

图3是本发明中铺设有导管及热电偶的球场断面图；

图4是本发明的全体控制系统图；

图5是本发明的有限要素解析模式图；

图6是本发明的设定未来气象条件要领的表示图；

图7是本发明的热媒体的供给模式例图；

图8是本发明的同定热传导率的解析模式图；

图9是表示有关本发明的地温控制结果的图表。

符号说明

1：导管

2：细砂层

3：砂砾层

4：碎石层

5：热电偶

6：土中水分计

7：热传导率计校正用的热电偶

9A./9B.气象数据计测单位

40.日射计

41.户外气温计

42.户外气温计

43.风速计

44.风向计

47.放射收支计

X.地盘表层领域

S.着眼点

具体实施方式

以下参照附图加以详述本发明的实施例型态。

(植物生长地盘及装置的构成)

图1是足球场的平面图。

图2是气象数据计测单位的概略图。

图3是铺设有导管及热电偶的球场断面图。

球场的地盘构成如图3所示，为让撒水车、草坪开沟车等管理车的往来及防止地盘的下沉及轮印的同时，考虑到排水，为上层侧为细砂层2(包含改良材质)、砂砾层3、碎石层4的三层的结构。为使热媒体循环而在表层附近埋设的导管，因为管理车的载重量及标枪、掷铁饼等投掷竞技时所造成的变形、破裂，埋设于地表面数十厘米的安全深度位置。具体而言，从地表表面到导管的铺设位置的深度h大概约为15～35cm，最适宜的深度为25～30cm。又铺设状态为在同一平面铺设。其设置间隔P以通常为例大约为15～60cm的程度。

对于前述所的导管1而言，通过热源操作方法(无图标)将所设定温度的温水或冷水的热媒体(指热媒及冷煤两者)作为提供循环使用。其它的热媒体，例如可以蒸气、高温瓦斯作为高温热媒体使用，又可使用氟里昂气体、冷却用盐水、阿摩尼亚等作为低温热媒体。前述导管1所供给的热媒体可通过与周围地盘的热交换立刻使温度上升或者温度下降，在铺设导管1的流通路途中，设置一补助热媒体槽以储留其所定温度的热媒体，或通过设置加热/冷却线圈等对热媒体的加热/冷却方法，可回复热媒体的原来的基准温度。

另一方面，在本发明中如图1所示，在平面将足球场分为复数个区，具体而言分割成区域A～区域L，此区域A～L形成有每一导管1的热媒体独立供给系统，可供给给区域A～L。

地盘深度方向中，为提升解析精准度，计算地中温度与之比较和为热传导率相同的设定，在适宜的间隔中埋设热电偶5、5…等地中温度计。在此情况中，前述的热电偶5对应上述的各区域A～L以一区域为单位，例如2～3的区域时，考虑因管理车的载重量及标枪、掷铁饼等投掷竞技与导管1相同深度的位置与更深处的位置在适宜的间隔埋设复数个。在本例中，各区域每深度方向中埋设共计3个的热电偶5、5…。也可以使用光纤线取代前述的热电偶。对于地盘的热传导率，本发明是获得到地盘热传导率与土中水份间的相关性的信息，而埋设土中水份计6，可以此测定值决定热传导率。

在足球场旁处的地盘中，为测定种种的气象数据，设置两台气象数据计测机器单位9A、9B。前述的气象数据计测机器单位9A(9B)，例如图2所示，对于地盘上的椲竿，在足球场旁设置各种设置有日射计40、户外气温计41、41…，户外气温计42、风速计43、放射收支计47等，其它例如风向计44、电源46，时时刻刻地测量向阳处及背阳处两边。对前述的气象数据计测机器而言，如与后述的解析式的关系，也可为日射计40、放射收支计47、户外气温计41、41…等三种类。气象数据计测机器单位9A(9B)于接近地盘上之处设置有雨量计45。

图4是表示如上所述的通过各种测定机器的控制系统图。通过气象数据计测机器单位9A(9B)所计测到的气象数据及通过埋设于地下的热电偶5、5…的计测数据输入于控制计算机52中。在控制计算机52中，基于其计测数据，通过后述的热传导解析以求得不能埋设热电偶5的地盘表层领域X的地下温度，基于计算此地下温度实行最适的控制计算，以建立各区域的通水计划。于是，基于此通水计划通过控制机器53以下达指令给控制各区域通水的控制阀。

特别是于本发明的地温控制中，基于在前述的控制计算机52中所存储的过去气象数据，设定未来的气象条件，以此未来的气象条件作为界限条件，通过热传导解析预测出地盘表层领域X的地底温度，以此地盘表层领域X的地底温度作为目标地温，考虑地盘的热传导率依照建立的通水计划以控制经导管1供给的热媒体。

要设想未来的气象条件，乃至少针对户外气温，假定过去24小时户外的气温变化曲线以补正连续现在温度。

通过设想气象的未来条件以预测地温，可以以热回复时间的迟缓及气象变化的对应而得到。万一有设想的气象状况急剧地变化与所设想的界限条件有所差异，前述未来的气象条件作为界限条件的热传导解析希望于每所定的时间内，逐次补正热媒体的供给控制。其前述的热传导解析的时间间隔乃为1～5小时，其适宜的时间乃为2～3小时为佳。

以下，加以具体详述本发明的解析、控制方法及控制开始的步骤。

{步骤1}热传导解析

(气象数据的测定)

通过气象数据计测机器单位9A(9B)各种气象观测数据及埋设的热电偶5、5…以测定地底温度，而存储于控制计算机52中。

(地盘表层领域X的地温预测计算)

基于存储于控制计算机52中的过去气象数据，设想每区域A～L的未来气象条件。此时，其未来的气象条件，基本是假定前日重复的气象条件，在过去24小时重复的气象条件作为设定为未来的气象条件。但，至少是对于户外气温T(t)，下列算式(1)所示，前日的气温为T⁽⁰⁾(t)：t∈〔a、b)之时，以T⁽⁰⁾(t)为基准使其24小时后的气温为与现在的气温一致。

【算式1】

$T\left(t\right)=T^{\left(0\right)}\left(t\right)-\{T\left(b\right)-T\left(a\right)\}-\frac{t-a}{b-a}\{T\left(b\right)-T\left(a\right)\}$

$=T^{\left(0\right)}\left(t\right)+\frac{b-t}{b-a}\{T\left(b\right)-T\left(a\right)\}\·\·\·\left(1\right)$

此处的T(t)乃为未来的气温(℃)

T⁽⁰⁾(t)为前日的气温，但是t∈〔a(24小时前)、b(现在)〕

更进一步，基于图6加以浅显的说明时，从现在的时间推向未来时，以过去24小时的气温变化曲线来补正现在温度(T_R)的点，并以此设想作为未来户外气温变化的曲线。针对其它气象条件而言，在过去24小时内单纯重复的气象条件作设想为气象条件。一方面，针对湿度及风速，为连续现在温度、风速，可设想过去24小时前的湿度变化、风速变化曲线，亦可以一定值的现在湿度、现在风速加以设想连续。针对日射及放射收支，单单重复过去24小时的气象条件在精准度也十分足够。

设定未来气象条件，前述地盘构成作为模板如图5所示的有限要素中，基于二次元热传导方程式及地表面的热收支方程式以行热传导解析。

(解析方程式)

二次元热传导方程式如下列算式(2)所示

【算式2】

$\mathrm{\ρC}\frac{\∂T}{\∂t}=\frac{\∂}{\∂x}\left(k\frac{\∂T}{\∂x}\right)+\frac{\∂}{\∂y}\left(k\frac{\∂T}{\∂y}\right)+Q\·\·\·\left(2\right)$

二次元热传导方程式用来作为传热解析的基础方程式。在此方程式中，T为温度、ρ、C、k系表示为地盘材料的密度、定压比热、热传导率等等，Q为每单位体积的热产生项。为解出上述算式(2)，其以下所示的界线条件是必要的。

【算式3】

$T(x,y,t)=\hat{T}(x,y,t)\mathrm{on}{\mathrm{\Γ}}_1\·\·\·\left(3\right)$

【算式4】

$k(\frac{\∂T}{\∂x}{n}_x+\frac{\∂T}{\∂y}{n}_y)=\hat{Q}(x,y,t)\mathrm{on}{\mathrm{\Γ}}_2\·\·\·\left(4\right)$

在此方程式，T^表示(注：^为向上的符号)为在界限Γ₁所给予的温度，Q^表示在界限Γ₂所给予的热流量。

前述的n_x、n_y表示为对Γ₂的外向法线向量。若考虑如图5表示的有限要素范例的解析领域时，为n_x＝cos(n、x)＝cos90°＝0、n_y＝cos(n、y)＝cos0°＝1，上述算式(4)乃为以下算式(5)。

【算式5】

$k(\frac{\∂T}{\∂x}{n}_x+\frac{\∂T}{\∂y}{n}_y)=k\frac{\∂T}{\∂y}\·\·\·\left(5\right)$

界限Γ₂的热流量可通过热收支方程式计算出。

以下，详述针对以热收支方程式计算界限条件的计算方法。首先，以算式(6)表示热收支方程式。

【算式6】

$-\mathrm{\λ}\left(\frac{\∂T}{\∂y}\right)=\hat{Q}(x,y,t)$

$=a\·\mathrm{TH}+\mathrm{\ϵ}(\mathrm{AH}-\mathrm{\σ}{\mathrm{Ts}}^4)+{\mathrm{\α}}_c(\mathrm{Ta}-\mathrm{Ts})+K\frac{{\mathrm{\α}}_c}{\mathrm{Ca}}(\mathrm{Xa}-\mathrm{Xss})L\·\·\·\left(6\right)$

此方程式中：Ts：地表面温度  a：日射吸收率  TH：日射量ε：辐射放射率  AH-σTs⁴：大气放射量  α_c：表面热传导率Ta：户外气温度  K：水分蒸发比  Ca：空气湿比热L：水的蒸发潜热  Xa：户外绝对湿度Xss：对地表面温度的饱和绝对湿度

以上算式(6)中，左边为热传导项、右边第1项为日射吸收热、第2项为长波长放射收支、第3项为对流热传导、第4项为蒸发潜热。此情况下，针对各参数，通过实际测量及以往的文献以实际的数值定义。在前述热收支方程式中，Ts(地表面温度)非为计测值，通过前次的热传导解析代入计算温度可行计算。

(a)日射吸收率：a

通过以往的文献，在干燥草皮的情况时a＝0.66，在湿润草皮的情况时a＝0.75。

(b)日射量：TH

日射量为通过太阳光直接的直接日射量与放射的天空日射量，在向阳处皆有此两种日射量，在背阳处仅有天空日射量。如前述所示，通过气象数据计测机器单位9A、9B向阳与背阳的各个气象观测数据可使用分辨出。

(c)辐射放射率：ε

根据公知技术得知ε＝0.93。

(d)大气放射量：AH-σTs⁴

是通过放射收支计47所得的测定值。

(e)表面热传导率：α_c

根据公知技术，通过从下述算式(7)在任意高度h的风速V_h算出。设定其风速指数为0.25。

【算式7】

(f)水分蒸发比：K

根据公知技术K：0.1～0.2(亦考虑到降水量中K的比例中产生蒸发的情况。)

(g)空气湿比热：Ca

根据公知技术，为水蒸气的情况为Ca＝0.501kcal/kg℃；为空气的情况为Ca＝0.241kcal/kg℃。

(h)水的蒸发潜热：L

根据公知技术，L＝597.5kcal/kg。

但是，在前述地表面的热收支方程式中，各参数的影响度其顺序为日射吸收热＞长波长放射收支＞对流热传导＞蒸发潜热，至少右边第1项的日射吸收热与第2项的长波长放射收支是必要考虑的，如第3项的热传达其周围有围着屋檐的竞技场时，地面在风的影响下较小的条件下，可省略。在不要求高精准度的情况下可忽视第4项的蒸发潜热。考虑右边1项的日射吸收热与第2项的长波长放射收支与第3项的对流热传达的三个参数作为热收支方程式的情况时，作为气象观测数据其日射量、大气放射量、户外气温等三项指标已经足够。

在前述热传导解析中，通过计测埋设热电偶5、5…位置的温度可判明，将解析模板节点位置上的前述计测温度代入可提高其计算精准度。

一方面，初期条件可通过下算式(8)而得

【算式8】

T(x，y，0)＝T₀(x，y)      …(8)

对于基础方程式而言通常适用Galerkin法，通过于三节点三角形三要素离散其变量，以得以下有限要素的方程式。

【算式9】

$(M_{\mathrm{\α\β}}+\frac{\mathrm{\Δt}}{2}{S}_{\mathrm{\α\β}})T_{\mathrm{\β}}^{n+1}$

$=(M_{\mathrm{\α\β}}-\frac{\mathrm{\Δt}}{2}{S}_{\mathrm{\α\β}})T_{\mathrm{\β}}^{\mathrm{\α}}+\mathrm{\Δt}{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_{{\mathrm{\α}}^{n+1}}\·\·\·\left(9\right)$

在此方程式中，Mαβ、Sαβ、Ωα(注：α及β为指数)各表示为质量矩阵、扩散矩阵、流动向量、Δt为增加微小时间。时间方向的离散化采用Galerkin法。

通过以上的热传导解析，从现在至未来(设定未来的气象条件至24小时后)通过计算地盘表层领域X以求得。

{步骤2}通过最适宜的控制计算建立通水计划

以上，通过步骤1的顺序，直接、不能计测温度的地盘表层领域X的地温可掌握其温度。其次的步骤是设定地盘表层领域X内的着眼点S(参照图3，对育成草坪重要的温度管理的地表面下数厘米点，例如5cm的点)作为其目标温度，用导管1供给热媒体的通水计划。具体而言，为不低于前述着眼点S所指定的温度以下，以导管1供给热媒体的第1样态，为迎合日照充足区域的地温乃以导管1供给热媒体亦可举出第二样态。在本实施例中，采用第1样态，针对着眼点S地温为设定温度以上，热媒体的供给样态为控制目的的场合作陈述。

(热媒体的控制解析)

上述的二次元热传导方程式算式(2)可用以下的矩阵形式表示。

【算式10】

$\left[S\right]\left[T\right]+\left[M\right]\left\{\frac{\∂T}{\∂t}\right\}=\left\{F\right\}\·\·\·\left(10\right)$

在本方程式中，S：热传导矩阵、T：节点温度范围、F：热流束范围、M：热容量矩阵。

考虑通水加热效果在导管位置的节点产生热量之事，且仅考虑通过通水三方阀的开/关，控制是取热的产生项Q为0(非通水时)或Q₀(通水时)任一项作为bang-bang的控制。

分离有关上述的算式(10)的控制对象节点的发热率的项目而变形为下列算式(11)。

【算式11】

T＝AT+Bu+C            …(11)

t∈〔t₀、t_f〕(t₀：控制开始的时间、t_f：控制终了的时间)中依据上述算式(11)，下列算式(12)的最小评价函数以求得控制u(t)的问题，以解决最适的控制匣的问题。从适当的控制变量的初期值开始，以改善评价函数值的算法采用Sakawa-Shindo法。

【算式12】

$J=\frac{1}{2}{\∫}_{\mathrm{to}}^{\mathrm{tf}}\left[\right\{T^{*}-T\left(t\right){\}}^t\left[Q\right]\{T^{*}-T\left(t\right)\}+\left\{u\left(t\right){\}}^t\right[R\left]\right\{u\left(t\right)\left\}\right]\mathrm{dt}\·\·\·\left(12\right)$

在此方程式中，T^*：对着眼点的目标温度、T(t)：通过数值计算求得的温度、u(t)：控制热量。

在本例中，温度控制的目的是维持着眼点S的温度为一定值，在上述的算式(12)中重叠表示的对角行列〔Q〕非为通常值定出如下列算式(13)，其节点温度在目标值以下时取得比评价函数大时其Q_lower＞Q_upper。

【算式13】

于本例中，基于前述地温控制对象领域的地温计算结果，如通过有限要素法考虑地盘的热传导率掌握空间的及时间的温度变化，将着眼点S的目标温度与计算温度的差降为最小，控制以热媒体(温水)的通水模式(通水/止水模式)求得的地温。最影响草坪育成的地盘表层适切的温度环境亦可加以控制。

在本例中，其为行控制的地温若为设定温度以上时，不设定其上限值而加以控制，在设定上限值的情况时，也有供给温水及/或冷水的情况。于此情况时，如图7所示，高温侧(a温度)的储存温水的温水槽30与低温测(b温度)的储存冷水的冷水槽31加以预先个别设置，切换控制阀32、33a、33b…通过从前述的温水槽30与冷水槽31的切换，在每所定的时间内可以控制将一定温度的温水或冷水迅速地注入供给。也可因应季节只设置前述的温水槽30或冷水槽31的一方以行一阶段的控制。

〔物理性质(热传导率)的设定〕

接着，表示热传导率的设定方法。为设定热传导率，需保有调查热传导率与土中水分的相关性的调查数据，可通过地盘中所埋设的土中水分计6所测得的计测结果求得。从地盘的不均一性、含水比的未确定性很难去正确表达原位置的热传导率。热传导率也会因地盘中的含水状态而在提高其解析精准度时，适时地实行热传导率的校正为佳。

作为热传导率的设定方法，不定期或定期地、一时地，在前述的地盘领域X或其附近的领域中设置地底温度计，通过此地底温度计所计测到的实测地底温度与通过前述气象数据计测机器所计测的气象数据作为界限条件与通过热传导解析求得前述地底温度计所埋设位置的计算温度作比较，其少许的差异以热传导率补正的第1方法，不能埋设地底温度计的条件领域以外的地层表层领域或其附近领域，具体而言如图1所示，以足球场为例来说在门柱里不因竞赛而枯萎的草坪领域等中埋设校正热传导率用的热电偶7，通过此热传导校正用的热电偶7所计测的到的实测地底温度，与通过前述气象数据计测机器所计测的气象数据作为界限条件与通过热传导解析求得地底温度计埋设位置的计算温度作比较，其少许的差异可举出以热传导率补正的第2方法。

设定此热传导率之时，其热传导率的推定当作一逆向问题，用非线型最小二乘法作为设定的方法。亦即，地盘内观测的温度作为时刻表，对应观测点的位置的计算值与观测值间的相差求其最小值。于此情况，计算值与观测值的相差平方和亦即为评价函数的最小化采用Gauss-Newton法。

地盘构造乃如图8所示，由数个层面(部分领域)所构成，其各层面内的热传导率假定为一定。热传导率其一般表示如下列算式(14)所示。

【算式14】

k_λ ^T＝{k₁，k₂，k₃，…，k_n}        …(14)

于此方程式中，λ表示为对应部分领域的热传导率的号码，n为部分领域的总数。

在解析领域中设置的观测点的温度如下所示。

【算式15】

${\tilde{T}}_{\mathrm{\μ}}{\left(t\right)}^T=\{{\tilde{T}}_1\left(t\right),{\tilde{T}}_2\left(t\right),{\tilde{T}}_3\left(t\right),\·\·\·,{\tilde{T}}_m\left(t\right)\}\·\·\·\left(15\right)$

于此方程式中，～为表示观测值，μ为观测点的号码，m表示为观测点的总数。同样地对应于观测点1～m的节点的计算值如下所表示。

【算式16】

T_μ(t，k_λ)^T

＝{T₁(t，k_λ)，T₂(t，k_λ)，T₃(t，k_λ)，…，T_m(t，k_λ)}    …(16)

为求热传导率的评价函数如下所示，表示观测温度与对应温度的计算值的相差平方和。

【算式17】

$J\left(k_{\mathrm{\λ}}\right)=\frac{1}{2}{\∫}_{\mathrm{to}}^{\mathrm{tf}}\{{\tilde{T}}_{\mathrm{\μ}}\left(t\right)-T_{\mathrm{\μ}}(t,k_{\mathrm{\λ}}){\}}^T\{{\tilde{T}}_{\mathrm{\μ}}(t,k_{\mathrm{\λ}})\}\mathrm{dt}\·\·\·\left(17\right)$

于此方程式中，t_o、t_f各表示计算开始时刻、计算终了时刻。从此方程式判断，评价函数为热传导率k_λ的函数，最适的热传导率k_λ以上述的算式(17)，例如可通过Gauss-Newton法求得最小化的值。

【算式18】

$(M_{\mathrm{\α\β}}+\frac{\mathrm{\Δt}}{2}{S}_{\mathrm{\α\β}})\frac{\∂{T_{\mathrm{\β}}}^{n+1}}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}=(M_{\mathrm{\α\β}}-\frac{\mathrm{\Δt}}{2}{S}_{\mathrm{\α\β}})\frac{\∂{T_{\mathrm{\β}}}^n}{\∂k_{\mathrm{\λ}}}$

$-\frac{\mathrm{\Δt}}{2}\frac{{\∂S}_{\mathrm{\α\β}}}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}({T_{\mathrm{\β}}}^{n-1}+{T_{\mathrm{\β}}}^n)+\mathrm{\Δt}\frac{\∂{{\widehat{\mathrm{\Ω}}}_{\mathrm{\α}}}^{n+1}}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}\·\·\·\left(18\right)$

增分数值Δk_λ可通过下列算式(19)、(20)求得。

【算式19】

$\frac{\∂J({k_{\mathrm{\λ}}}^t+{{\mathrm{\Δk}}_{\mathrm{\λ}}}^t)}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}$

$={\∫}_{\mathrm{to}}^{\mathrm{tf}}\left\{\frac{{\∂T}_{\mathrm{\μ}}}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}{\}}^T\right\{{\tilde{T}}_{\mathrm{\μ}}\left(t\right)-T_{\mathrm{\μ}}(t,{k_{\mathrm{\λ}}}^t)+\frac{{\∂T}_{\mathrm{\μ}}}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}\mathrm{\Δ}{k_{\mathrm{\λ}}}^t\}\mathrm{dt}=0\·\·\·\left(19\right)$

【算式20】

$\mathrm{\Δ}{k_{\mathrm{\λ}}}^t={\left({\∫}_{\mathrm{to}}^{\mathrm{tf}}\right\{\frac{{\∂T}_{\mathrm{\μ}}}{{\∂k}_{\mathrm{\λ}}}\left\}\right\{\frac{{\∂T}_{\mathrm{\μ}}}{{\∂k}_{\mathrm{\ω}}}{\}}^T\mathrm{dt})}^{-t}$

$\left({\∫}_{\mathrm{to}}^{\mathrm{tf}}\right\{\frac{{\∂T}_{\mathrm{\μ}}}{{\∂k}_{\mathrm{\ω}}}\left\}\right\{{\tilde{T}}_{\mathrm{\μ}}\left(t\right)-T_{\mathrm{\μ}}(t,{k_{\mathrm{\λ}}}^t)\left\}\mathrm{dt}\right)\·\·\·\left(20\right)$

通过以上的步骤，可求得各领域的热传导率。

【实施例】

根据本发明，基于过去的气象计测数据以设定未来的气象条件，以此未来气象条件作为界线条件通过热传导解析预测地盘表层领域X的地底温度，并以此地盘表层领域X的地底温度作为目标温度，设定通水模式以表示实行地盘温度控制的实验结果。此时，针对户外气温，假定过去24小时户外的气温变化曲线以补正连续现在温度，又其它的气象条件，具体而言如针对日射量、大气放射量、湿度、风速等，单纯为过去24小时重复的气象。地温控制为不使着眼点S的温度低于3℃乃设定通水模式。

其结果如图9所示。其结果明显地如同图1所见，GL-5cm的推定温度与通过热电偶三点的No1～No3的计测结果非常一致，作为检验本控制的妥当性的结果。

通过以上详加说明本发明，通过地底埋设供给热媒体用的导管以行控制地盘的温度，基于设想未来的气象条件预测解析地温，为控制于前述导管中供给的热媒体，以对应热传导的时间间隔与气象变化，可精准控制地盘温度。

Claims (5)

1、一种植物生长地盘的温度控制方法，其特征在于：在植物生长地盘内铺设导管，并在其导管中供给热媒体以控制植物生长地盘温度；通过前述导管供给热媒体，并基于气象数据以设想未来气象条件的同时，至少针对户外气温以假定过去24小时户外的气温变化曲线，以补正连续现在温度，以作为未来气象条件的界限条件并通过热传导解析来预测地盘表层的温度，地盘表层地下温度以作为目标温度。

2、根据权利要求1所述的植物生长地盘的控制方法，其特征在于：作为未来气象条件的热传导解析是在每所定的时间内逐次加以补正热媒体的供给控制。

3、根据权利要求1或2所述的植物生长地盘的控制方法，其特征在于：前述的气象数据至少是通过含有户外气温计、日射计、放射收支计等气象观测计所观测的数据。

4、根据权利要求3所述的植物生长地盘的控制方法，其特征在于：前述的气象数据含有户外气温计及风速计。

5、根据权利要求1～4项任一项中所述的植物生长地盘的控制方法，其特征在于：对热传导解析而言，地盘热传导率是基于与土中水份的相关性；通过土中水份计所求其测量结果。

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