[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

本發明公開一種數據驅動的植物工廠精準環控系統及方法，屬于設施農業工程領域，本系統包括環境控制服務器、數據顯示屏、環控用熱泵、栽培系統和條件參數檢測系統；該栽培系統包括栽培架、人工光源、營養液循環系統及水泵；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。本發明可以實時監控資源利用效率、植物冠層光合速率和蒸騰速率、植物生長指標，便于及時調整、優化出環境調控參數，進行精準環境調控。

技術領域

本發明屬于設施農業工程領域，具體涉及一種數據驅動的植物工廠精準環控系統及方法。

背景技術

近年來，植物工廠技術發展迅速，密閉性較好的植物工廠使得室內環境綜合調控成為可能。但是，影響植物生長的環境因子(光、溫、濕、氣等)較多，并且不同品種其優化環境參數不同，即使是同一品種，在不同的生育階段其所需的優化環境參數亦不同。因此，為了探清植物的各種優化參數，需要花費大量時間、人力和物力進行試驗研究。另外，各環境因子對植物的交互作用也非常復雜，每一個環境因子發生變動均會引起植物相應生物學效應變化。為了更好地、及時地了解環境調控對植物生長發育尤其是對產量的影響，需要開發出一種更方便、快捷的方法。

發明內容

本發明的目的是公開一種數據驅動的植物工廠精準環控系統及方法，可以實時監控投入資源(光、電、CO₂等)利用效率，監控植物冠層光合速率和蒸騰速率、植物長勢等植物冠層植物生長指標，便于及時調整、優化出環境調控參數，進行精準環境調控。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

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，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。

進一步地，環境控制服務器還連接一連續監測用攝像機，用于監視植物生長狀態。

進一步地，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；其中，RGB相機用于采集波長為400-700nm的灰度圖像或彩色圖像信息，熱成像相機用于采集波長為8000-14000nm的灰度圖像和IR反射值信息，近紅外成像相機用于采集波長為900-1700nm的灰度圖像信息。

一種數據驅動的植物工廠精準環控方法，基于上述系統，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(光、電、CO₂等)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；