用于控制植物生長(zhǎng)的方法

用于控制植物生長(zhǎng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于控制植物生長(zhǎng)的方法，該植物是預(yù)定類型的并布置在使其處于接收自然光的照射的條件下的受控環(huán)境中。本發(fā)明還涉及相應(yīng)的用于控制植物生長(zhǎng)的系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。本發(fā)明允許在操作溫室中的改進(jìn)，如關(guān)于減少的能量消耗、工作流程的改進(jìn)計(jì)劃以及生長(zhǎng)過(guò)程的增加的可預(yù)測(cè)性。
[0002]發(fā)明背景
[0003]典型的植物的溫室生長(zhǎng)利用由太陽(yáng)提供的自然能量。然而，在某些情況下，例如根據(jù)溫室的地理位置，使用例如加熱/通風(fēng)系統(tǒng)以及用于增加提供給植物的光的量的人工和補(bǔ)充照明和用于減少提供給植物的自然光的量的光吸收帷幕(curtain)，光和/或熱的量必須被調(diào)節(jié)用于控制在溫室內(nèi)部生長(zhǎng)的植物的生長(zhǎng)。
[0004]在溫室中的人工和補(bǔ)充照明典型地涉及用于刺激植物生長(zhǎng)，與僅利用自然光相比甚至可能改進(jìn)生長(zhǎng)過(guò)程的照明系統(tǒng)的使用。這種照明系統(tǒng)典型地包括多個(gè)高功率光源?？梢园ň哂胁煌墓庾V并且提供對(duì)于生長(zhǎng)刺激的不同影響的不同類型的光源，例如基于金屬鹵化物(MH)或包括高壓鈉(HPS)的高強(qiáng)度氣體放電燈(high intensity discharge，HID)的光源。使用基于金屬鹵化物的照明典型地促進(jìn)較短的、茂密的生長(zhǎng)；而基于高壓鈉的照明相對(duì)典型地傾向于產(chǎn)生較高的并且伸展的植物。
[0005]最近，在增加發(fā)光二極管(LED)的亮度方面取得了許多進(jìn)展。其結(jié)果是，LED已經(jīng)變得足夠明亮和廉價(jià)也用于例如溫室環(huán)境中的人工照明，另外提供發(fā)射具有可調(diào)顏色(光譜)的光的可能性。通過(guò)混合不同地有色LED可以生成任意數(shù)量的顏色?？烧{(diào)顏色的照明系統(tǒng)典型地包括若干原色，對(duì)于一個(gè)示例是三個(gè)原色:紅，綠和藍(lán)。所生成的光的顏色由所使用的LED以及通過(guò)混合比來(lái)確定。通過(guò)使用LED，可以降低能量消耗，很好地符合當(dāng)前環(huán)境趨勢(shì)的要求。此外，使用基于LED的照明系統(tǒng)，最大限度地減少光源所產(chǎn)生的熱量的量，其是特別適合于需要溫度控制的環(huán)境。
[0006]基于LED的照明系統(tǒng)的例子公開在W02008118080中，包括通信地耦合到處理器的光傳感器，其中該處理器實(shí)現(xiàn)用于通過(guò)調(diào)節(jié)由LED發(fā)射的光來(lái)調(diào)整并且改善植物生長(zhǎng)和屬性的控制算法。
[0007]W02008118080示出與提供引入植物的特定光環(huán)境的可能性的溫室環(huán)境中的人工照明有關(guān)的有前途的方法，但是，仍然需要進(jìn)一步優(yōu)化由照明系統(tǒng)發(fā)射的人工和/或補(bǔ)充光，能夠改善包括何時(shí)以及何地控制由植物接收的光的量的植物的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程的可預(yù)測(cè)性以實(shí)現(xiàn)期望的最終結(jié)果，特別是考慮到用于培育植物的總的能量消耗和規(guī)劃用于收獲植物的工作流程的可能性。
[0008]發(fā)明概述
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，以上所述至少部分地由用于控制植物生長(zhǎng)的方法來(lái)緩解，該植物是預(yù)定類型的并布置在使其處于接收至少自然光的照射的條件下的受控環(huán)境中，該方法包括獲取植物的期望的完成狀態(tài)，期望的完成狀態(tài)限定植物的計(jì)劃生長(zhǎng)期的終止，獲取受控環(huán)境外部的至少一個(gè)環(huán)境參數(shù)的預(yù)測(cè)值(forecast)，至少一個(gè)環(huán)境參數(shù)包括在計(jì)劃生長(zhǎng)期的至少一部分期間照射植物的自然光的預(yù)期量，以及根據(jù)該自然光的預(yù)期量和計(jì)劃生長(zhǎng)期期間照射植物的光的總量確定光調(diào)節(jié)量，其中，該光的總量基于植物的類型來(lái)確定。
[0010]借助于本發(fā)明，有可能控制植物在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間接收的光的量，該光的量取決于植物的類型和包括至少自然光的預(yù)期量的環(huán)境條件的預(yù)測(cè)值。相應(yīng)地，植物的生長(zhǎng)過(guò)程可以被控制，使得該植物只在計(jì)劃生長(zhǎng)期已經(jīng)完成時(shí)才處于期望的完成狀態(tài)。采用這樣的考慮環(huán)境預(yù)測(cè)值的控制功能的優(yōu)點(diǎn)包括例如應(yīng)用“準(zhǔn)時(shí)(just-1n-time) ”方法用于培育植物的可能性，其中該植物可以被設(shè)定達(dá)到例如適合于運(yùn)輸?shù)阶罱K消費(fèi)者、雜貨店、工廠或類似對(duì)象的特定生長(zhǎng)狀態(tài)的目標(biāo)。因此，在本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)中，期望的完成狀態(tài)可以與植物的“準(zhǔn)時(shí)交付日”直接相關(guān)。這樣，可以實(shí)現(xiàn)與植物“離開受控環(huán)境”的時(shí)間相關(guān)的期望的最終結(jié)果。
[0011]同時(shí)，由于環(huán)境預(yù)測(cè)值被考慮，植物可以被培育，使得最佳量的自然光被植物接收，從而可能使用于培育植物的能量消耗降到最低。此外，在可實(shí)現(xiàn)對(duì)植物“準(zhǔn)備好”的時(shí)間的改進(jìn)的控制的同時(shí)，可以增加自然資源的利用。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)本發(fā)明，光調(diào)節(jié)量的范圍可以從負(fù)值到正值，即表明需要更多的光量或者更少的光量用于獲得在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間照射植物的光的總量。關(guān)于在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間照射植物的光的總量，這個(gè)術(shù)語(yǔ)典型地定義為包括在生長(zhǎng)周期終止時(shí)已經(jīng)到達(dá)植物的光的總量，作為用于減慢植物生長(zhǎng)而對(duì)到最終消費(fèi)者的植物的特性沒(méi)有負(fù)面影響的光的最小瞬時(shí)量，還考慮用于最大生長(zhǎng)而不給植物壓力的光的最大瞬時(shí)量。用于培育植物的不同過(guò)程可以根據(jù)本發(fā)明被定義為不同的“生長(zhǎng)機(jī)制”。例如，這樣的生長(zhǎng)機(jī)制可以定義關(guān)于植物的“緩慢生長(zhǎng)”，以及關(guān)于植物的“快速生長(zhǎng)”的生長(zhǎng)過(guò)程。附加的機(jī)制可以被定義/應(yīng)用，包括用于培育“茂密的”植物、帶有很多花的植物等的生長(zhǎng)機(jī)制。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，表述“受控環(huán)境”應(yīng)廣義地被解釋，包括例如溫室、培育箱或類似的受控生長(zhǎng)環(huán)境，在該受控環(huán)境中，植物可經(jīng)受至少自然光的照射。受控環(huán)境因此典型地是包括用于允許自然光(如陽(yáng)光)被植物接收的透明窗戶或類似物的“室內(nèi)環(huán)境”。此外，應(yīng)該理解的是，溫室被定義為容納用于培育一種或多種植物的至少一個(gè)生產(chǎn)線的設(shè)施，然而，該術(shù)語(yǔ)也可以指具有多條生產(chǎn)線的一組溫室。類似地，術(shù)語(yǔ)“植物的期望的完成狀態(tài)”應(yīng)該被理解為包括例如植物的合適的收獲日，而且還包括(如上面所提到的)適合于適應(yīng)物流鏈(logistic chain)以便例如提供最佳的新鮮植物給最終消費(fèi)者以使浪費(fèi)降至最低的植物的生長(zhǎng)狀態(tài)。
[0013]此外，表述“預(yù)定類型的植物”典型地涉及任何單一類型的植物或是具有相似或組合的生長(zhǎng)特性，即需要用于達(dá)到期望的生長(zhǎng)狀態(tài)的類似的光的量的多于一種類型的植物的混合物。關(guān)于達(dá)到計(jì)劃生長(zhǎng)期中期望的生長(zhǎng)狀態(tài)，特定類型的植物當(dāng)然經(jīng)受影響生長(zhǎng)的另外的因素，包括例如肥料的量以及溫室二氧化碳濃度的影響(假設(shè)植物按照正常過(guò)程生長(zhǎng))Ο
[0014]舉例說(shuō)明，植物已被放置在受控環(huán)境中，其目的是培育植物并且具有期望的交付日。能夠?qū)ζ谕慕桓度者M(jìn)行計(jì)劃提供預(yù)先規(guī)劃物流，并且還通過(guò)不使太多的栽培物(growth)具有相同的交付日來(lái)優(yōu)化收獲植物所需的溫室勞動(dòng)力的途徑。在第一生長(zhǎng)期期間的天氣預(yù)測(cè)被預(yù)期是多雨的。然后，預(yù)測(cè)(跟隨在第一期之后的)第二期為具有非常良好的生長(zhǎng)條件的晴天。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化然后從期望的交付日開始，在晴朗天氣期間(在時(shí)間上逆向)應(yīng)用很少人造光或不用人造光。因此該生長(zhǎng)需要在第一期終止時(shí)處于特定點(diǎn)(特定的生長(zhǎng)狀態(tài))。為了在第一期完成時(shí)達(dá)到特定的生長(zhǎng)狀態(tài)，必須在該第一期應(yīng)用計(jì)算的光的量。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果在第一期應(yīng)用過(guò)量的光，植物將會(huì)在交付日生長(zhǎng)過(guò)度。提出的對(duì)額外應(yīng)用的光的安排相應(yīng)地關(guān)于能量節(jié)約進(jìn)行優(yōu)化。
[0015]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該方法還包括根據(jù)自然光的預(yù)期量確定用于在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間將提供的光調(diào)節(jié)量的分配預(yù)定計(jì)劃(schedule)。分配預(yù)定計(jì)劃典型地在計(jì)劃生長(zhǎng)期的時(shí)期期間(可以考慮一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間)隨著時(shí)間的推移來(lái)確定，該計(jì)劃生長(zhǎng)期包括在一天的不同時(shí)段出現(xiàn)的可能的波動(dòng)(例如在上午8點(diǎn)至上午11點(diǎn)之間晴天，在上午11點(diǎn)至下午2點(diǎn)之間多云，在下午2點(diǎn)至下午6點(diǎn)之間再次晴天)。確定分配預(yù)定計(jì)劃另外有可能可以考慮環(huán)境預(yù)測(cè)值的統(tǒng)計(jì)可靠性，由此提高當(dāng)計(jì)劃生長(zhǎng)期完成時(shí)達(dá)到期望的生長(zhǎng)狀態(tài)的可靠性。
[0016]優(yōu)選地，在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間照射植物的光的總量還基于植物的生長(zhǎng)狀態(tài)和受控環(huán)境內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)中的至少一個(gè)來(lái)確定。植物的(例如現(xiàn)在的)生長(zhǎng)狀態(tài)可以例如從收集自布置在植物的附近并且配置為監(jiān)控植物的不同特性(從植物反射的光的類型，葉綠素?zé)晒?，植?葉的溫度等)的傳感器的傳感器數(shù)據(jù)來(lái)確定。受控環(huán)境內(nèi)部可能的環(huán)境參數(shù)除其它外包括溫度、C02水平、使用的肥料/施肥水平等，以及關(guān)于建立延遲的信息(用于對(duì)受控環(huán)境加熱/冷卻的時(shí)間/曲線)。
[0017]典型地，重新計(jì)算在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間的光的總量至少一次可能是有利的。也就是說(shuō)，如果已經(jīng)確定植物在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間的某個(gè)時(shí)間的生長(zhǎng)狀態(tài)稍微不同于在該時(shí)間的預(yù)期的狀態(tài)，則可能有必要重新計(jì)算光的總量。這種重新計(jì)算可例如基于受控環(huán)境內(nèi)部收集的傳感器數(shù)據(jù)而自動(dòng)地開始，或在用戶已經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查并確定當(dāng)前/現(xiàn)在的生長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)由用戶開始。
[0018]在實(shí)施例中，調(diào)節(jié)光的量(S卩，以提供光調(diào)節(jié)量)通過(guò)使用人造光源或用于減少自然光的量的裝置中的至少一個(gè)來(lái)提供。人造光源(或包括多個(gè)可控光源的人工照明裝置)可以包括例如LED光源(或多個(gè)LED光源)。其他類型的人造光源包括例如用于基于金屬鹵化物(MH)技術(shù)的光源、白熾光源、熒光光源、高壓鈉(HPS)光源或它們的組合。同樣地，在減少由植物接收的自然光的量時(shí)，可以使用不同類型的光屏蔽技術(shù)，包括例如光吸收帷幕。關(guān)于上面討論的分配預(yù)定計(jì)劃，應(yīng)注意的是，當(dāng)人造光源被使用時(shí)，有可能可以在驅(qū)動(dòng)人造光源時(shí)考慮例如由電力公司在電能分配中使用的充電和價(jià)格方法，用于優(yōu)化分配預(yù)定計(jì)劃以將最大限度地降低在計(jì)劃生長(zhǎng)期期間的能源成本。
[0019]此外，可根據(jù)本發(fā)明調(diào)整期望的完成狀態(tài)，特別是關(guān)于計(jì)劃生長(zhǎng)期調(diào)整期望的完成狀態(tài)是可能的。由于生長(zhǎng)過(guò)程的改進(jìn)的控制可以利用人工照明裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，培育植物的“不同的方式”也可以是可能的。因此，假如做出在更短的(或更長(zhǎng))的時(shí)間(例如，由于改變的需求)中完成生長(zhǎng)過(guò)程的請(qǐng)求，則可以實(shí)施