一种植物工厂的制作方法

本发明涉及现代农业种植领域，尤其涉及一种植物工厂。

背景技术：

植物工厂作为未来的一种重要的果蔬、粮食、树苗生产方式，已受到了广泛的关注，随着相关技术的不断进步，业内从多角度的创新不断推动着植物工厂的发展与完善。

当前世界上植物工厂的生产系统根据光照来源的不同分为自然光利用型、人工光利用型和自然光-人工光混合利用型的三大类。自然光利用型植物工厂利用自然光，厂房为大型玻璃温室或连栋塑料温室，室内设置各种环境因子的监测和调控设备。这类植物工厂多少受到自然条件的影响，种植植物类型也有一定程度限制，其最大难题是如何实现夏季降温与冬季加温的低成本和低能耗。人工光利用型植物工厂对植物照明灯进行光照调控以满足相应植物的照明需求。自然光-人工光混合利用型利用自然光，且在阴天光照不足或者夜间时通过植物补光灯为植物补充光照，由于利用了自然光，能够比人工光利用型工厂花费的照明成本更低。而又因为利用了人工光，能够比自然光利用型工厂提供更快的生产效率。但是，由于需要自然光射入厂房，其厂房大多也为大型玻璃温室或连栋塑料温室，也存在与自然利用型工厂相同的种植植物类型受限、空间利用率低、夏季降温和冬季降温的成本高等问题。而为了实现全年连续生产、提供反季绿色蔬菜、多植物类型种植和大空间利用率等目的，目前更倾向于通过人工光利用型工厂使用人工光来实现植物的照明需求。当前，植物工厂规模小，植物工厂的制造者和使用者关注的是如何在低成本的条件下加速植物工厂内植物的生长。也就是如何通过最适应的条件使相应的植物保持最佳的生长状态。

例如，公告号CN203206878U的中国专利文献公开了一种由智能控制系统控制的微型植物工厂，包括通过管道连通的营养液自动配比系统和植物培养箱，营养液自动配比系统和植物培养箱均与控制器连接，所述的植物培养箱包括植物培养基质层、补光灯。营养液通过自动配比系统完成，精度高，提供各种植物生长所需的营养；植物培养箱内的环境因子(温度、湿度、光照强度、CO₂浓度)以及营养液PH值、EC值等通过相应的传感器进行采集，采集到的模拟信号由控制器PLC进行实时监测，实时调控培养箱温湿度、光照强度、CO₂浓度，以及营养液各参数，使其最适宜植物生长。

而在植物工厂达到一定规模以后，产能过剩将导致出产植物的积压，增加植物的仓储费用，进而还可能导致因保存不当导致植物腐烂，造成浪费的情况。因此，有必要关注如何在植物工厂内实现精益生产，以实现零库存，降低植物的仓储费用，保证出产植物的新鲜程度。

机械行业中，企业通过精益生产实现零库存的一种方法是在接到客户订单后才开始生产，企业的一切生产活动都是按订单来进行采购、制造、配送的，仓库不再是传统意义上的储存物资的仓库.而是物资流通过程中的一个“枢纽”，是物流作业中的一个站点。物是按订单信息要求而流动的，因此从根本上消除了呆滞物资，从而也就消灭了“库存”。机械零部件生产过程中，一个个零部件不断地从原材料加工成成品，直至达到订单数量后一起交付客户。大多数机械零部件的保存条件低，客户可以一次性订购大批量的零部件备用。

由于植物具有保存条件高、价格浮动大等不同于机械产品的特点，下方零售商不会囤积大量货源，只是少量购买，缺货后再进行补货。此时，则可能需要植物工厂在短时间内交付产品。但是，植物从种植到收获需要一定时间，为了能够按时交付，往往需要先种植各种类型的植物，而目前的技术还不能使植物工厂内相应类型的植物的生长速度准确地满足生长目标，导致植物的收获日期和交付日期不匹配，不能实现植物工厂的精益生产，不能达到符合植物工厂生产特点的“零库存”目标。

技术实现要素：

针对现有技术之不足，本发明提供了一种植物工厂。本发明能够结合获取的限制性信息来改变生长配置方案，并借以控制光照驱动组件和/或环境条件及养料供应模块作出相应调整，使得所述植物工厂内的相应类型的植物按照符合相应生长配置方案的预定方式进行生长，以使得相应类型的植物达到手动或自动设定给所述植物工厂的生长目标。实现了植物工厂的精益生产，以达到符合植物工厂生产特点的零库存目标。

根据一个优选实施方式，一种植物工厂，其包括：光照驱动组件，用于向植物工厂提供可变的光照条件；和控制模块，用于控制所述光照驱动组件根据植物工厂中各种植区域种植的植物类型分区域提供影响相应类型的植物生长的可控光照；所述控制模块根据来自至少两个限制性信息获取模块的信息，按照与植物类型相应的方式选择生长配置方案，并借以控制光照驱动组件和/或环境条件及养料供应模块作出相应调整，使得所述植物工厂内的相应类型的植物按照符合相应生长配置方案的预定方式进行生长，以使得相应类型的植物达到手动或自动设定给所述植物工厂的生长目标。

根据一个优选实施方式，所述植物工厂包括：第一限制性信息获取模块，其从第三方预测机构获取相应类型的植物的与时间相关的第一限制性信息；第二限制性信息获取模块，其通过分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来获取所述相应类型的植物的与生长有关的第二限制性信息；和第三限制性信息获取模块，其从环境条件及养料供应模块获取所述相应类型的植物的种植区域的与环境条件及养料供应信息有关的第三限制性信息；其中，所述控制模块根据所获取的所述第一限制性信息和所述第二限制性信息而控制所述光照驱动组件调整植物工厂中相应种植区域的光照方案并控制所述环境条件及养料供应模块调整植物工厂中相应种植区域的环境条件及养料供应方案，并将所述植物工厂中的相应类型的植物的生长情况与所述第一、第二和/或第三限制性信息按时间相关的方式加以存储，由此得到各植物类型与第一、第二和/或第三限制性信息相关的生长配置方案。

根据一个优选实施方式，在所述第一限制性信息发生变化时，所述控制模块按照与相应类型的植物相关的生长速度排序方式提供至少两个生长配置方案，并通过仿真方式确定在应用所述至少两个生长配置方案的情况下当前植物的预期生长状况与设定给所述植物工厂的生长目标之间的差异。通过仿真方式确定在应用所述至少两个生长配置方案的情况下当前植物的预期生长状况与设定给所述植物工厂的生长目标之间的差异可以使应用相应的生长配置方案后植物生长速度更准确地符合生长预期，提高植物工厂的可靠性。

根据一个优选实施方式，所述控制模块将仿真确定的预期生长状况与所设定的生长目标之间的所述差异按照与所述第三限制性信息相关的方式进行排序，并借以向与所述差异相关的各个生长配置方案分别赋予相应的优先级。由于植物工厂的能力和储备有限，又存在多个种植区域需要调节，极端情况下，植物工厂中与第三限制性信息有关的条件可能存在能力和储备不足的情况，因此，通过该方式进行排序和分级，有助于结合植物工厂的实际能力和储备选择适宜的生长配置方案，以优化植物工厂的生产能力和生产需求的关系。

根据一个优选实施方式，在所述控制模块应用相应的生长配置方案之后，由所述控制模块调整所述光照驱动组件的光照方案，然后由所述控制模块从第三限制性信息获取模块采集第三限制性信息并根据调整的所述光照方案和采集的所述第三限制性信息来控制环境条件及养料供应模块调整植物工厂中相应种植区域的环境条件及养料供应方案，并根据对所述第一限制性信息和所述第二限制性信息的分析来决定是否二次调整相应类型的植物的生长速度；当需要二次调整相应类型的植物的生长速度时调整相应种植区域的光照方案；当不需要二次调整相应类型的植物的生长速度时按照第一预设频率获取第一限制性信息。本发明通过生长配置方案调整光照驱动组件的光照方案，然后根据调整的所述光照方案和采集的所述第三限制性信息来控制环境条件及养料供应模块调整植物工厂中相应种植区域的环境条件及养料供应方案，能够实现相应类型的植物的生产速度的整体控制，实现植物工厂的精益生产。

根据一个优选实施方式，所述第三限制性信息获取模块获取的第三限制性信息包括环境条件和养料供应条件；其中，环境条件包括与相应类型的植物有关的按抑制生长程度和/或促进生长程度进行排序的至少两组环境参数，所述环境参数包括温度、湿度、氧气含量和二氧化碳含量中的至少一种，所述养料供应条件包括与相应类型的植物有关的按抑制生长程度和/或促进生长程度进行排序的至少两组养料供应参数，所述养料供应参数包括营养液中的离子浓度、营养液的更换频率和营养液的循环周期中的至少一种。

根据一个优选实施方式，所述光照驱动组件连接于光照元件网络，所述光照元件网络包括设于各所述种植区域上方的光照元件，所述光照驱动组件按照能为各光照元件独立供电的方式设置，所述光照元件网络中相应的光照元件响应于经光照驱动组件调节的脉冲电流而产生用于相应种植区域的植物生长的可控光照环境，其中，所述光照驱动组件能输出调节后的脉冲电流且能将所述脉冲电流的一个脉冲周期分割为至少两个可控阶段，其中，能够通过所述对脉冲电流的第一阶段进行调节，实现对所述光照元件网络中相应光照元件的与第一阶段对应的第一发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱中的至少一个参数的调节，能够通过对所述脉冲电流的第二阶段进行调节，实现对所述相应光照元件的与第二阶段对应的第二发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱中的至少一个参数的调节，并且通过所述第一和第二可控阶段的调节能够得到第三阶段，所述相应光照元件的与所述第三阶段对应的第三发光阶段的发光强度接近或等于零坎德拉。本发明的光照驱动组件能够对光照元件网络中的光照元件单独进行控制，以实现分时分区控制。本发明通过对一个发光周期的三个发光阶段进行精细化控制，能够实现对生长速率的精细化控制以良好地匹配生产目标。

根据一个优选实施方式，所述第二限制性信息分析模块包括：至少一个光传感器，用于检测来自被照射植物的输出光；偏移光强度确定装置，用于确定植物周围的偏移光强度，所述偏移光强度包括人造光和任何环境光；分析单元，所述分析单元被配置为：从所述至少一个光传感器接收关于所述来自被照射植物的输出光的检测信息、在需要确定第二限制性信息时通过控制模块间接控制光照驱动组件以使光照元件网络发射光强调制分量、确定所述被照射植物的输入光和所述被照射植物发射的输出光之间的相位和增益并且基于所述被照射植物的输入光和所述被照射植物发射的输出光之间以及所述相位和所述增益之间的预定关系来确定所述被照射植物的生长状态；其中，所述光强调制分量与所述偏移光强度一起形成照射植物的输入光，所述被照射植物发射的输出光是荧光，所述偏移光强度不为零，所述预定关系是包括一组传递函数参数的传递函数，所述传递函数参数由以下步骤确定：用具有多个调制频率的光强度调制分量的输入光照亮所述植物；检测从所述被照射植物发射的输出光；使用系统识别方法确定所述一组传递函数参数。通过该方式获得的第二限制性信息比图像识别更加准确可靠，以为光照方案的调整提供正确的参照信息。

根据一个优选实施方式，所述植物工厂能够设置于集装箱之内。植物工厂设于集装箱之内能够使得植物工厂能够便于整体转运，提高植物工厂的灵活性。还可以实现在运输过程中连续生产，提高生产效率。

根据一个优选实施方式，所述植物工厂的内部设有至少一个包含至少两个种植区域的种植平台，其中，所述至少两个种植区域在竖直方向上按照能种植相应类型的植物的方式间隔设置。通过该方式，可以优化利用植物工厂内的空间，提高空间利用率，降低生产成本。

附图说明

图1是植物工厂的一个优选实施方式的结构示意图；

图2是植物工厂的一个优选实施方式的模块示意图；

图3是生成生长配置方案的一个优选实施方式的流程示意图；

图4是应用生长配置方案之后控制模块的控制流程示意图；

图5是本发明一个发光周期的其中一种频闪曲线示意图；

图6是其中五种展示第二发光阶段的频闪曲线示意图；

图7是其中七种展示第一发光阶段的频闪曲线示意图；

图8是0～5ms之间的A、B和C阶段的光谱曲线图；

图9是0～5ms之间的D、E和F阶段的光谱曲线图；

图10是10～12ms之间的A、B和C阶段的光谱曲线图；

图11是10～12ms之间的D、E和F阶段的光谱曲线图；

图12是12～15ms之间的A、B和C阶段的光谱曲线图；和

图13是12～15ms之间的D、E和F阶段的光谱曲线图。

附图标记列表

11：光照驱动组件 12：光照元件网络

121：光照元件 21：第一限制性信息获取模块

22：第二限制性信息获取模块 221：光传感器

222：偏移光强度确定装置 223：分析单元

23：第三限制性信息获取模块 31：控制模块

41：环境条件与养料供应模块 51：集装箱

61：种植平台 611：种植区域

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

下面结合附图1至13，示出本发明的一种植物工厂。

实施例1

根据本发明的一个优选实施方式，参见图1和图2，本发明公开了一种植物工厂，其可以包括：光照驱动组件11和控制模块31。光照驱动组件11可以用于向植物工厂提供可变的光照条件。控制模块31可以用于控制所述光照驱动组件11根据植物工厂中各种植区域611种植的植物类型分区域提供影响相应类型的植物生长的可控光照。控制模块31可以根据来自至少两个限制性信息获取模块的信息，按照与植物类型相应的方式选择生长配置方案。控制模块31可以依据生长配置方案控制光照驱动组件11和/或环境条件及养料供应模块41作出相应调整。调整后将使得所述植物工厂内的相应类型的植物按照符合相应生长配置方案的预定方式进行生长。通过该方式以使得相应类型的植物达到手动或自动设定给所述植物工厂的生长目标。优选地，控制模块31可以是专用控制器，也可以是计算机。可变的光照条件是指能够根据生长配置方案调整的光照方案改变光照条件。优选地，光照驱动组件11可以用于向植物工厂提供可变的光照条件。优选地，由于单个植物工厂的生产能力有限，可能需要设置多个植物工厂以满足实际的生产需求。优选地，可以将多个植物工厂进行组网，然后将生产需求结合各植物工厂的实际种植情况分派成相应的生长目标发送到各个植物工厂。优选地，限制性信息获取模块的信息是相应类型的植物的生长速度的依据信息，并据此按照与植物类型相应的方式选择生长配置方案。

根据一个优选的实施方式，植物工厂种植了一批小白菜和一批芹菜，控制模块31分别从第一限制性信息获取模块21、第二限制性信息获取模块22和第三限制性信息获取模块23获取小白菜和芹菜的第一限制性信息、第二限制性信息和第三限制性信息，分析得出需要将小白菜的生长速度调慢，以使其收获时间后移一周，因为从第一限制信息得出按照原有生长速度将使小白菜收获时没有可用的买家，导致小白菜囤积。分析得出需要将芹菜的生产速度调快，以使其收获时间迁移3天，因为从第一限制新信息得出按照原有生长速度不能满足客户的交付时间。随后控制模块根据第二限制性信息和第三限制性信息分别选择与小白菜和芹菜适配的生长配置文件，并根据生长配置文件分别控制小白菜的种植区域和芹菜种植区域的光照驱动组件11和/或环境条件及养料供应模块41作出相应的调整，使得植物工厂内的相应类型的植物按照符合相应生长配置方案的预定方式进行生长，以使得相应类型的植物达到手动或自动设定给植物工厂的生长目标。

根据一个优选实施方式，至少两个限制性信息获取模块可以包括第一限制性信息获取模块21、第二限制性信息获取模块22和第三限制性信息获取模块23中的至少两个模块。第一限制性信息获取模块21可以获取相应类型的植物的与时间相关的第一限制性信息。第二限制性信息获取模块22可以获取相应类型的植物的与生长有关的第二限制性信息。第三限制性信息获取模块23可以获取相应类型的植物与环境条件及养料供应信息有关的第三限制性信息。本发明的控制模块31根据所获取的第一限制性信息和第二限制性信息而控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案并控制环境条件及养料供应模块41调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案，并将植物工厂中的相应类型的植物的生长情况与第一、第二和/或第三限制性信息按时间相关的方式加以存储，由此得到各植物类型与第一、第二和/或第三限制性信息相关的生长配置方案。优选地，控制模块31连接于第一限制性信息获取模块21、第二限制性信息获取模块22和第三限制性信息获取模块23。优选地，相应类型的植物的与时间相关的第一限制性信息是第一预设时期内相应类型的植物的生产需求的信息。例如，植物工厂生产的小白菜在未来一个月内每日的预计市场热度、预计供需关系或者预计需求产量。

优选地，参见图3，生长配置方案的一个优选的生成流程如下：

步骤S10，获取的第一限制性信息和第二限制性信息；

步骤S20，根据所获取的第一限制性信息和第二限制性信息而控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案并控制环境条件及养料供应模块41调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案；

步骤S30，将植物工厂中的相应类型的植物的生长情况与第一、第二和/或第三限制性信息按时间相关的方式加以存储。由此得到各植物类型与第一、第二和/或第三限制性信息相关的生长配置方案。

优选地，生长配置方案的另一个优选的生成流程是用户根据经验数据和/或实验数据手动输入配置参数，形成配置文件。

根据一个优选实施方式，在第一限制性信息发生变化时，控制模块31可以按照与相应类型的植物相关的生长速度排序方式提供至少两个生长配置方案。通过仿真方式确定在应用至少两个生长配置方案的情况下当前植物的预期生长状况与设定给植物工厂的生长目标之间的差异。

根据一个优选实施方式，控制模块31可以将仿真确定的预期生长状况与所设定的生长目标之间的差异按照与第三限制性信息相关的方式进行排序，并借以向与差异相关的各个生长配置方案分别赋予相应的优先级。

根据一个优选实施方式，参见图4，在控制模块31应用相应的生长配置方案之后，控制模块31的控制流程如下：

步骤S100，由控制模块31调整光照驱动组件11的光照方案；

步骤S200，由控制模块31从第三限制性信息获取模块23采集第三限制性信息并根据调整的光照方案和采集的第三限制性信息来控制环境条件及养料供应模块41调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案；

步骤S300，根据对第一限制性信息和第二限制性信息的分析来决定是否二次调整相应类型的植物的生长速度；当需要二次调整相应类型的植物的生长速度时，则返回步骤S100；当不需要二次调整相应类型的植物的生长速度时，则进入步骤S400；

步骤S400，按照第一预设频率获取第一限制性信息。

优选地，应用相应的生长配置文件之后，植物工厂还通过第二限制性信息获取模块22监控相应类型的植物在相应的光照方案和环境条件和养料供应方案下的实际生长速度，当实际生长速度与预计的生长速度的匹配度低于第一阈值时，据此迭代更新相应的生长配置文件。通过该方式可以使植物工厂对相应类型的植物的生长速度的调控精准度不断地提高，提高植物工厂的生产可靠性。更优选地，迭代更新相应的生长配置文件后，植物工厂可以将该相应的生长配置文件按照与该植物工厂的地理参数和/或设备型号相关的方式上传到云端服务器，以供其他适配的植物工厂选择使用，以促进植物工厂的生长配置文件的革新。

优选地，控制模块31应用相应的生长配置方案时应用优先级最高的生长配置方案。

根据一个优选实施方式，光照驱动组件11可以连接于光照元件网络12。光照元件网络12可以包括设于各种植区域611上方的光照元件121。光照驱动组件11可以按照能为各光照元件121独立供电的方式设置。光照元件网络12中相应的光照元件121可以响应于经光照驱动组件11调节的脉冲电流而产生用于相应种植区域611的植物生长的可控光照环境。光照驱动组件11可以输出调节后的脉冲电流且能将脉冲电流的一个脉冲周期分割为至少两个可控阶段。光照驱动组件11可以通过对脉冲电流的第一阶段进行调节，实现对光照元件网络12中相应光照元件121的与第一阶段对应的第一发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱中的至少一个参数的调节。光照驱动组件11可以通过对脉冲电流的第二阶段进行调节，实现对相应光照元件121的与第二阶段对应的第二发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱中的至少一个参数的调节。光照驱动组件11通过第一和第二可控阶段的调节能够得到第三阶段。相应光照元件121的与第三阶段对应的第三发光阶段的发光强度接近或等于零坎德拉。多个光照元件121组网可构成光照元件网络12。优选地，各光照元件121可以由是光照驱动组件11直接控制，也可以是通过与各个光照元件121适配的光照驱动器控制，光照驱动组件11包括光照驱动控制器和光照驱动器，光照驱动控制器对各光照驱动器进行管控。不同的植物类型或者同一植物的不同生长阶段对光照条件的敏感程度也不相同，而这些可以通过试验手段得出，然后输入到控制模块31中。通过该方式，实现了可变的照明条件，便于对相应植物的生长速度进行准确调节。

根据一个优选实施方式，植物工厂可以设置于集装箱51之内，如图1所示。

根据一个优选实施方式，植物工厂的内部可以设有至少一个种植平台61。种植平台61可以包括至少两个种植区域611。至少两个种植区域611可以在竖直方向上按照能种植相应类型的植物的方式间隔设置。

实施例2

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

根据一个优选的实施方式，相应类型的植物的与生长有关的第二限制性信息可以是种植有相应类型的植物的相应种植区域611内的相应类型的植物的生长状态和/或通过生长状态计算出的相应类型的植物在当前光照方案下植物的生长速率。

根据一个优选实施方式，第二限制性信息获取模块22可以包括：至少一个光传感器221、偏移光强度确定装置222和分析单元223。至少一个光传感器221可以用于检测来自被照射植物的输出光。偏移光强度确定装置222可以用于确定植物周围的偏移光强度。偏移光强度可以包括人造光和任何环境光。分析单元223可以被配置为：从至少一个光传感器221接收关于来自被照射植物的输出光的检测信息、在需要确定第二限制性信息时通过控制模块31间接控制光照驱动组件11以使光照元件网络12发射光强调制分量、确定被照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的相位和增益并且基于被照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间以及相位和增益之间的预定关系来确定被照射植物的生长状态。光强调制分量与偏移光强度一起形成照射植物的输入光。被照射植物发射的输出光是荧光。偏移光强度不为零。预定关系可以是包括一组传递函数参数的传递函数。传递函数参数可以由以下步骤确定：用具有多个调制频率的光强度调制分量的输入光照亮植物；检测从被照射植物发射的输出光；使用系统识别方法确定一组传递函数参数。

实施例3

本实施例是对实施例1的进一步改进，重复的内容不再赘述。

根据一个优选实施方式，第三限制性信息获取模块23获取的第三限制性信息可以包括环境条件和养料供应条件。环境条件可以包括与相应类型的植物有关的按抑制生长程度和/或促进生长程度进行排序的至少两组环境参数。环境参数可以包括温度、湿度、氧气含量和二氧化碳含量中的至少一种。养料供应条件可以包括与相应类型的植物有关的按抑制生长程度和/或促进生长程度进行排序的至少两组养料供应参数。养料供应参数包括营养液中的离子浓度、营养液的更换频率和营养液的循环周期中的至少一种。通过该方式，能够快速选取适配的环境条件及养料供应方案，减少调整时间，提高调整效率。

实施例4

根据本发明的一个优选实施方式，本发明公开了一种植物工厂，参照图2，该植物工厂可以包括：光照驱动组件11，用于控制光照元件网络12根据植物工厂中各种植区域611种植的植物类型分区域提供有助相应类型的植物生长的可控光照。

该植物工厂还可以包括第一限制性信息获取模块21，其从第三方预测机构获取相应类型的植物的与时间相关的第一限制性信息。

该植物工厂还可以包括第二限制性信息获取模块22，其通过分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来确定相应类型的植物的与生长有关的第二限制性信息。

该植物工厂还可以包括第三限制性信息获取模块23，其从养料供应模块41获取所述相应类型的植物的种植区域611的与养料供应信息有关的第三限制性信息。

根据一个优选实施方式，第三限制性信息获取模块23获取的第三限制性信息可以包括营养液中的离子浓度、营养液的更换频率、营养液的循环周期和二氧化碳的浓度中的至少一种。优选地，离子浓度至少包括含氮、磷、钾、钙、镁和硫的各离子的离子浓度。

该植物工厂还可以包括控制模块31，用于根据采集的第一限制性信息和第二限制性信息而控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案。控制模块31根据调整后的光照方案关联地控制养料供应模块41调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案。使得生长在植物工厂中的植物类型的植物的生产速率与第一限制性信息和第三限制性信息的关系被优化。

根据一个优选的实施方式，光照元件121可以由光照驱动组件11分区分时独立控制，以根据生产需求精细化控制收获时间与收获时间匹配的产量。例如，根据从第三方预测机构获取的第一限制性信息，8月12日、9月20日和9月26日在植物工厂内分三批次种植了芹菜。第一批次的芹菜预计10月12日收获，预计产量为1吨，第二批次的芹菜预计11月20日收获，预计产量为1.2吨，第三批次的芹菜预计11月26日收获，预计产量为2吨。10月6日从第三方预测机构获取的第一限制性信息与前期获得的第一限制性信息相比有变化。具体表现为，11月20日到11月27日期间由于其他供方产出的芹菜量增多，市场供应充足，导致该期间内芹菜的需求量不大。11月27日至12月1日需求量上升。因此，控制系统31获取第二限制性信息并根据第一限制性信息和第二限制性信息调整与第二批次和第三批次对应的各种植区域611的光照元件121的光照方案和养料供应方案以调整第二批次和第三批次的芹菜的生产速率，使第二批次和第三批次种植的芹菜的收获时间调整至11月27日至12月1日期间。由于第一限制性信息的变化不涉及第一批次的生产需求变化，控制系统可以不调整第一批次对应的各种植区域的光照元件121的光照方案和养料供应方案。或者，控制系统31还可以对同一批次的一植物类型的植物的不同种植区域611采用不同的光照方案和养料供应方案，以使在生产需求降低时以分散产量的方式进行产出，以防止对后续的生产计划造成影响。例如，将第二批次的芹菜的种植区域611分为第一组、第二组、第三组，每组采用不同的光照方案和养料供应方案，使第一组、第二组和第三组的收获时间分别调整至11月20日、11月21日和11月22日。将第三批次的芹菜的种植区域611分为第四组、第五组、第六组和第七组，每组采用不同的光照方案和养料供应方案，使第四组、第五组、第六组和第七组的收货时间分别调整至11月23日、11月25日、11月26日和11月27日。

根据一个优选的实施方式，本发明的控制模块31可以依据分别从第一限制性信息获取模块21和第二限制性信息获取模块22采集的信息的第一限制性信息和第二限制性信息而控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案。控制模块31还可以根据调整的光照方案控制养料供应模块调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案。

根据一个优选实施方式，控制模块31获得第一限制性信息后可以与前次获得的第一限制性信息进行对比并在第一限制性信息有变化时获取第二限制性信息。控制模块31可以根据第一限制性信息和第二限制性信息分析是否调整相应类型的植物的生产速率。当需要调节生产速率时，控制模块31调整相应种植区域611的光照方案。当不需要调节生产速率时，控制模块31按照第一预设频率获取第一限制性信息。

根据一个优选实施方式，系统还可以包括：第三限制性信息获取模块23。第三限制性信息获取模块23可以从养料供应模块41获取相应类型的植物的种植区域611的与养料供应信息有关的第三限制性信息。调整光照方案后，控制模块31可以从第三限制性信息获取模块23采集第三限制性信息并根据调整的光照方案和采集的第三限制性信息同步控制养料供应模块41调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案。优选地，光照方案的调整可以是对光照频率、发光光谱、发光强度或一个发光周期中的发光参数进行调整以实现对相应类型的植物的生产速率进行调节。

根据一个优选实施方式，光照驱动组件11可以按照能为各光照元件121独立供电的方式连接于光照元件网络12。相应的光照元件网络12响应于经光照驱动组件11调节的脉冲电流而产生用于相应种植区域611的植物生长的频闪照明环境。

根据一个优选实施方式，光照驱动组件11可以输出调节后的脉冲电流且能将脉冲电流的一个脉冲周期分割为至少两个可控阶段。能够通过对脉冲电流的第一阶段进行调节，实现对光照元件网络12中相应光照元件121的与第一阶段对应的第一发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱中的至少一个参数的调节，能够通过对脉冲电流的第二阶段进行调节，实现对相应光照元件121的与第二阶段对应的第二发光阶段的发光强度、发光时长、发光曲线和发光光谱中的至少一个参数的调节，并且通过第一和第二可控阶段的调节能够得到第三阶段，相应光照元件121的与第三阶段对应的第三发光阶段的发光强度接近或等于零坎德拉。

根据一个优选的实施方式，第一发光阶段、第二发光阶段和第三发光阶段所对应的发光参数各不相同。第二发光阶段其亮度或光强呈下降趋势。第三发光阶段不发光，或其发光强度接近或等于零坎德拉，仅第一发光阶段与第二发光阶段发光。第一发光阶段与第二发光阶段其发光颜色可以不同，即是光的波长可以不同。并且，第一发光阶段与第二发光阶段其发光参数可控。

根据一个优选的实施方式，第一发光阶段的中发光时长、发光曲线、发光强度可控。第二发光阶段中的发光时长、发光曲线、发光强度、发光光谱或波长可控，其中发光光谱在不同的时间点可以变化，并且变化范围可控。第三发光阶段其发光时长可控，其发光时长可以通过调节第一放光阶段和第二发光阶段的发光时长来控制。第一发光阶段终点时的发光强度值可以是第二发光阶段起始点的强度最大值，同时第二发光阶段起始点的发光强度值可以高于第一发光阶段终点时的发光强度值。发光相对亮度为发光强度的泛指，其单位可以是lux、lm、cd、umol/m2*S等。

根据一个优选实施方式，植物工厂的内部设有至少一个含至少两个种植区域611的种植平台61。至少两个种植区域611在竖直方向上的间隔设置。光照元件网络12包括设于各种植区域611上方的光照元件121。优选地，各种植区域611设有光屏蔽布或屏蔽板，以防止各种植区域611的光照相互影响。

根据一个优选的实施方式，本发明的光照元件采用各类发光体，例如是白炽灯、LED灯、OLED灯、节能灯、激光、氙灯、高压钠灯等。优选地，光照元件121包括至少一个LED灯或者荧光灯。例如，光照元件包括至少一个带一个灯珠或者集成式COB光源的LED灯或者荧光灯。又例如，光照元件包括至少一个带RGB灯珠的LED灯或者荧光灯。优选地，本发明的光照元件采用LED灯。尤其优选地，该LED灯的发光通路上涂有余辉材料。比如，LED灯集成的独立供电的三个灯珠的发光通路上涂有余辉材料形成RGB(红绿蓝)三原色灯珠。在

根据另一个优选的实施方式，光照元件121发出的光可以是单色光或复合颜色光中的一种或两种或多种。也可以是可见光或不可见光中的一种或两种或多种。也可以是紫外光或红外光中的一种或两种或多种，也可是宽谱光。

根据一个优选实施方式，第二限制性信息获取模块可以包括：至少一个光传感器221，用于检测来自被照射植物的输出光。第二限制性信息获取模块还可以包括偏移光强度确定装置222，用于确定植物周围的偏移光强度，偏移光强度包括人造光和任何环境光。第二限制性信息获取模块还可以包括分析单元223。分析单元223可以被配置为：从至少一个光传感器221接收关于来自被照射植物的输出光的检测信息、在需要确定第二限制性信息时通过控制模块31间接控制光照驱动组件11以使光照元件网络12发射光强调制分量、确定被照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的相位和增益并且基于被照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间以及相位和增益之间的预定关系来确定被照射植物的生长状态。光强调制分量与偏移光强度一起形成照射植物的输入光。被照射植物发射的输出光是荧光，偏移光强度不为零。优选地，植物工厂内还设有图像采集装置，以便通过图像识别或者人工比对的方式对第二限制性信息进行校核。优选地，第二限制性信息分析模块还可包括确定用于映射生长状态和输入光设置的一组传递函数的初始单元，用于在确定植物的生长状态之前，映射已知生长状态和光参数。比如，偏移光的光谱和强度，以及调制信号的光强度和属性等)的一组传递函数。生长状态(例如，期望的生长状态或当前的生长状态)可被定义为指示植物状态的至少一个可检测属性的属性值。这样的属性可包括植物高度/宽度、茎大小、生长速率、植物应力、光反射的属性、荧光属性、重量、C02、水或营养的消耗、植物颜色、叶片大小、花朵大小、叶片、花朵、果实或种子的数量，花朵暴露于授粉昆虫的时机、当前生长状态的时间等。此外，荧光属性是来自植物的荧光(比如，叶绿素荧光)的属性。叶绿素的荧光可以用于确定植物的生长状态。

根据一个优选实施方式，预定关系是包括一组传递函数参数的传递函数，传递函数参数由以下步骤确定：用具有多个调制频率的光强度调制分量的输入光照亮植物；检测从被照射植物发射的输出光；使用系统识别方法确定一组传递函数参数。

根据一个优选实施方式，植物工厂的外部轮廓由集装箱51限定，如图1所示。

实施例5

根据本发明的另一个优选实施方式，公开了一种植物工厂，该植物工厂包括：光照驱动组件11，用于控制光照元件网络12根据植物工厂中各种植区域611种植的植物类型分区域提供有助相应类型的植物生长的可控光照。

本发明的植物工厂还包括：第一限制性信息获取模块21，其从第三方预测机构获取相应类型的植物与时间相关的第一限制性信息。

本发明的植物工厂还包括：第二限制性信息获取模块22，其通过分析照射植物的输入光和被照射植物发射的输出光之间的预定关系、相位和增益来确定与植物生长有关的第二限制性信息。

本发明的植物工厂还包括：第三限制性信息获取模块23，其从养料供应模块41获取与相应的植物类型的养料供应信息有关的第三限制性信息。

本发明的植物工厂还包括：控制模块31，用于根据采集的第一限制性信息和第二限制性信息而控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案并根据调整的光照方案和采集的第三限制性信息同步控制养料供应模块41调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案，使得生长在植物工厂中的植物类型的植物的生产速率与第一限制性信息和第三限制性信息的关系被优化。

根据一个优选的实施方式，控制模块31连接于光照驱动组件11、第一限制性信息获取模块21、第二限制性信息获取模块22和第三限制性信息获取模块23。控制模块31分别从第一限制性信息获取模块21、第二限制性信息获取模块22和第三限制性信息获取模块23采集第一限制性信息、第二限制性信息和第三限制性信息。

根据一个优选实施方式，控制模块31获得第一限制性信息后，根据第二限制性信息和第三限制性信息确定相应类型的植物的最优收获时间、次优收获时间以及与最优收获时间和次优收获时间分别对应的预计单位养料消耗并结合第一限制性信息中的与最优收获时间和次优收获时间对应的预计生产需求进行分析，在最优收获时间的预计生产需求小于次优收获时间的预计生产需求且最优收获时间的预计单位养料消耗大于次优收获时间的预计单位养料消耗时，控制模块31控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案并根据调整的光照方案同步控制养料供应模块调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案以将相应类型的植物的预计收获时间由最优收获时间调整至次优收获时间。

根据一个优选实施方式，在最优收获时间的预计生产需求等于次优收获时间的预计生产需求且最优收获时间的预计单位养料消耗等于次优收获时间的预计单位养料消耗时，控制模块31分析最优收获时间与次优收获时间的先后顺序并在次优收获时间早于最优收获时间时控制光照驱动组件11调整植物工厂中相应种植区域611的光照方案并根据调整的光照方案同步控制养料供应模块调整植物工厂中相应种植区域611的环境条件及养料供应方案以将相应类型的植物的预计收获时间由最优收获时间调整至次优收获时间。

根据一个优选实施方式，第三限制性信息获取模块23获取的第三限制性信息包括相应养料的库存信息和接入养料供应模块41的供货商的相应养料的供应信息，并根据库存信息和供应信息分析出与相应的植物类型的养料供应信息有关的第三限制性信息。

需要指出，根据需要，可将本发明中相同或不同实施例中的一个或多个实施方式或者相同或不同实施方式中的一个或多个技术特征进行组合构成本发明的技术方案。

实施例6

本实施例是对实施例1至6及其组合的进一步改进，重复的内容不再赘述。

本实施例对图5至图13的光照的特征曲线变化进行详细说明。本发明的优选的第一发光阶段的特征曲线的变化趋势如图5至图7所示。图中的横轴表示时间，单位为ms。纵轴表示强度或相对强度，单位不限，用国际通用符号a.u表示。本实施例的发光周期优选为20ms，第一发光阶段为0～5ms，第二发光阶段为5～15ms，第三发光阶段为15～20ms。

如图5和图6所示的N1-N6号发光曲线，第一发光阶段的发光强度恒定。如图4所示的N7号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有急速上升和急速下降的反复变化，但是整体曲线的变化范围不变。如图7所示的N8号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有缓慢上升和缓慢下降的反复变化，但是整体曲线变化范围不变。如图7所示的N9号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有阶梯上升和阶梯下降的变化。如图7所示的N10号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有平滑上升和平滑下降的变化。如图7所示的N11号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有按照直线下降的变化趋势。如图7所示的N12号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有先阶梯下降后阶梯上升的变化。如图7所示的N13号发光曲线，第一发光阶段的发光强度具有先平滑下降后平滑上升的变化。

如图5和图6所示的N1-N6号发光曲线，展示了其中几种第二发光阶段的特征曲线的变化。如图5所示的N1号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凹形曲线的下降趋势。如图6所示的N2号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凸形曲线的下降趋势。如图6所示的N3号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凹形波浪曲线的下降趋势。如图6所示的N4号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈凸形波浪曲线的下降趋势。如图6所示的N5号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈阶梯形曲线的下降趋势。如图6所示的N6号发光曲线，第二发光阶段的发光强度呈直线形曲线的下降趋势。

图8至图13是本发明的光谱变化展示图。横轴表示波长，单位为nm。纵轴表示强度或相对强度，单位不限，用国际通用符号a.u表示。

其中，图8和图9展示了发光周期内0～5ms的第一发光阶段的A～F六个阶段的光谱。光谱的变化顺序为A→B→C→D→E→F。优选的，光谱的变化顺序可以按需改变。如图8所示，光照在A阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰分别位于450nm、550nm和650nm。光照在B阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰分别位于450nm和550nm。光照在C阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰分别位于450nm和650nm。如图9所示，光照在D阶段的发光光谱介于波长150～800nm，波峰分别位于250nm和650nm。光照在E阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰分别位于450nm、650nm和850nm。光照在F阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰分别位于650nm和850nm。

其中，图10和图11展示了发光周期内10～12ms的第二发光阶段的A～F六个阶段的光谱。光谱的变化顺序为A→B→C→D→E→F。优选的，光谱的变化顺序可以按需改变。如图10所示，光照在A阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰分别位于550nm和650nm。光照在B阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰位于550nm。光照在C阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰位于650nm。如图11所示，光照在D阶段的发光光谱介于波长150～800nm，波峰位于650nm。特别的，特征曲线在650nm附近的发光强度急速上升和下降。光照在E阶段的发光光谱介于波长150～850nm，波峰位于650nm。特别的，特征曲线在650nm附近的发光强度急速上升和缓慢下降。光照在F阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰位于650nm。特别的，特征曲线在650nm附近的发光强度缓慢上升和缓慢下降。

其中，图12和图13展示了发光周期内12～15ms的第三发光阶段的A～F六个阶段的光谱。光谱的变化顺序为A→B→C→D→E→F。优选的，光谱的变化顺序可以按需改变。如图12所示，光照在A阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰位于550nm，并且在550nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在临近峰值急速上升，在到达峰值后缓慢下降。光照在B阶段的发光光谱介于波长350～700nm，波峰位于550nm，并且在550nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在到达峰值后缓慢下降。光照在C阶段的发光光谱介于波长350～750nm，波峰位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在到达峰值后急速下降。

如图13所示，光照在D阶段的发光光谱介于波长150～850nm，波峰位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在到达峰值后缓慢下降。光照在E阶段的发光光谱介于波长150～850nm，波峰分别位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在临近峰值急速上升并在到达峰值后缓慢下降。光照在F阶段的发光光谱介于波长150～900nm，波峰位于650nm，并且在650nm附近的发光强度随着波长缓慢上升，在临近峰值急速上升并在到达峰值后缓慢下降。优选的，D→F阶段中，E阶段峰值的发光强度相对较低。

上述特征曲线仅是示例性质的，本发明还可以包括其它变化形式的特征曲线，种类众多，无法一一展示。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。