[發明專利]一種數據驅動的植物工廠精準環控系統及方法

在審

• 申請號: 202011378210.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112379714A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 仝宇欣;王敏娟;曹大偉
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 李文濤

1.一種數據驅動的植物工廠精準環控系統，用于密閉性植物工廠，其特征在于，包括環境控制服務器和與該環境控制服務器相連接的數據顯示屏、環控用熱泵、栽培系統和條件參數檢測系統；其中，該熱泵和栽培系統與密閉性植物工廠配套，該熱泵用于室內溫濕度和風速調控，該栽培系統包括栽培架、人工光源、營養液循環系統及水泵，人工光源用于室內光環境調控，水泵用于營養液循環；該條件參數檢測系統包括室內外溫濕度傳感器、室內外二氧化碳濃度傳感器、增施二氧化碳流量計、熱泵室內機進出口溫濕度傳感器、熱泵室內機出風口風量傳感器、熱泵冷凝水水位計、營養液槽水位計、熱泵耗電功率儀、人工光源耗電功率儀和水泵耗電功率儀。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于，環境控制服務器還連接一連續監測用攝像機，該連續監測用攝像機包括RGB相機、熱成像相機、近紅外成像相機中的一種或多種。

3.一種數據驅動的植物工廠精準環控方法，基于權利要求1所述的系統，其特征在于，包括以下步驟：

環境控制服務器從條件參數檢測系統的室內外溫濕度傳感器、二氧化碳濃度傳感器、增施二氧化碳流量計、熱泵室內機進出口溫濕度傳感器、熱泵室內機出風口風量傳感器、熱泵冷凝水水位計、營養液槽水位計、熱泵耗電功率儀、人工光源耗電功率儀和水泵耗電功率儀獲取條件參數，該條件參數包括室內外溫濕度、室內外二氧化碳濃度、增施二氧化碳流量、熱泵室內機進出口溫濕度、熱泵室內機出風口風量、熱泵冷凝水水位、營養液槽水位、熱泵耗電功率、人工光源耗電功率和水泵耗電功率；

環境控制服務器根據獲取的條件參數和植物的生理信息進行數據處理，計算植物工廠投入資源利用效率和植物生理生長參數，該資源利用效率包括熱泵能量利用效率、植物增施二氧化碳利用效率、水分利用效率和人工光源電能利用效率；植物生理生長參數包括冠層凈光合速率和植物冠層蒸騰速率；

環境控制服務器調控熱泵、增施二氧化碳流量計和人工光源的工作狀態，確保上述植物生長參數處于一預設的范圍內。

4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，環境控制服務器從連續監測用攝像機獲取植物的圖像信息，并從圖像中提取植物的生理信息。

5.如權利要求3所述的方法，其特征在于，環境控制服務器針對各項條件參數的室內外溫濕度、二氧化碳濃度、增施二氧化碳流量、熱泵室內機進出口溫濕度、熱泵室內機出風口風量、熱泵耗電功率、人工光源耗電功率和水泵耗電功率分別設有一參數波動范圍，通過控制栽培系統的熱泵、人工光源和水泵的工作狀態來使各項條件參數處于所述參數波動范圍內。

6.如權利要求3所述的方法，其特征在于，環境控制服務器計算熱泵能量利用效率的步驟包括：

根據獲取的熱泵室內機進出口溫濕度，計算熱泵室內機進風口焓值i_inlet和出風口焓值i_outlet；

根據獲取的熱泵室內機出風口風量m、熱泵室內機進風口焓值i_inlet和出風口焓值i_outlet，計算熱泵能量利用效率，計算式子如下：

其中，W_hp為熱泵耗電量。