基于改进遗传算法的LED阵列优化设计提升豌豆苗光效与产量研究

本文推荐一项利用改进遗传算法（IGA）优化LED阵列布局的创新研究，旨在解决植物工厂中光照均匀性不足的难题。研究通过光学仿真与光谱仪验证，证明优化阵列光照均匀度达92.5%（传统阵列仅80.2%），并在豌豆苗栽培中实现总光强降低20.1%的同时增产8.6%，显著提升光能利用效率（LUE）与生产经济效益，为设施农业照明策略提供重要实践依据。

　　

Highlight

种植层光分布是设施照明下影响植物生长的重要因素。本研究基于改进遗传算法（Improved Genetic Algorithm, IGA）提出一种高光效LED阵列设计，通过提升光分布均匀性有效解决种植层光照不均问题。该设计经光学仿真、光谱仪测量及豌豆苗栽培实验三重验证。

Effect analysis of the improved genetic algorithm

程序最大迭代次数设置为500。若连续100代无变化或达到最大迭代次数，程序终止。传统遗传算法（GA）在迭代500次后终止（图S1a），而IGA在第125代即满足"连续100代无变化"的终止条件（图S1b）。同时，IGA的适应度更高，优化效果更佳。

适应度函数值是衡量优化效果的核心指标。适应度越高，表明照明均匀性越好。IGA的最终适应度值为0.917，而GA为0.857。IGA优化后的LED阵列照度均匀性为91.7%，显著高于传统方形LED阵列的85.7%。

Conclusion

本研究采用内部设计的IGA优化LED阵列，探究了光照均匀性对豌豆苗的影响，并与传统LED阵列的效果进行了比较。IGA优化LED阵列表现出更高的光照均匀性，这与光源的仿真和测量结果一致。在IGA优化LED阵列下，豌豆苗获得了更高的产量、更好的品质以及更高的光能利用效率。