一种均光均水植物培育系统

本发明涉及植物培育，尤其涉及一种均光均水植物培育系统。

背景技术：

1、立体种植是在纵向搭建很多层种植架，在种植架上放上种植盘，种植盘上有很多种植坑，用于培育植物根苗，然后创造合适的条件，提供给植物适宜的温湿度及光照度条件，使其茁壮成长，种植盘可根据需求种植牧草、蔬菜等。通常此类种植培育都是在封闭管理的工厂里，由于生长条件适宜，且不受天灾和虫害的影响，再加上立体种植在立体空间上的无限扩展性，使得立体种植在单位面积上的产量数倍于原始土地面积，可极大地提升产量。但是这种立体种植只适合陆地平地使用，不仅占地面积很大，设备可扩展性也不足，通常由于采用自然光照与人工照明相辅的形式，所以往往也只适合很少类型的植物，如牧草。

2、cn113317065a公开了一种牧草全自动立体种植装置，包括若干个种植单元，每两个相邻的所述种植单元之间以牧草运输流水线为中心并对称分布，且种植单元和牧草运输流水线均位于两条平行导轨之间，所述种植单元包括种植架和牧草收割机，且两条平行导轨上均设有机械手，所述种植架上设有若干个种植盘，且种植盘的数量与牧草生产周期的天数相等，该牧草全自动立体种植装置及方法，可以实现从种植到收割全过程自动运行。

3、上述现有技术所呈现的传统立体种植装置，由于其整体结构特征和植物培育种类的限制，难以实现在更多特殊使用场景中的应用，尤其是对于安装空间位置受限、但需求多品种植物自供应的场景，例如海上钻井平台等。海上钻井平台通常难以为植物种植预留出过多的空间，在传统立体种植装置难以灵活调节其结构特征的情况下，海上钻井平台所预留的空间无法满足其安装需求。且由于交通不便等问题导致难以仅依靠外部供应蔬菜来满足平台上全体工作人员的生理需求，尤其是还可能存在长途运输的高昂成本及蔬菜的新鲜度得不到保证等其他问题，使得如何在安装空间位置受限的多种特殊场景下灵活实现多品种植物的自供应是本领域亟需解决的技术问题。

4、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、常规的植物工厂通常在一定区域内以大规模种植的方式培育单一品种的植物类型，以实现通过直接对光源或其他必要营养要素的统一调整的方式来满足植物不同生长阶段的光照需求。例如，公开号为cn113906938a的专利文献公开了一种温室大棚的智能植物环境参数的调节方法，首先需要找一个大型的平坦的且土壤肥沃的土地，而后将其打造成一个较大型的温室，其次将较大型的温室根据需要进行划分，将同种类的植物规划在同一个植物单元里面，并挂上各区域的大种类名称，得到划分后的植物单元温室。该技术方案通过将许多的智能的植物单元温室集成在同一个较大型的温室中，以便对某些环境参数进行统一管理，做到各个不同植物单元单独调控，最终实现对植物的大批量高精度培育，同时并加以整体化调控。然而，一方面，该技术方案所需要的大型培育空间与本发明所追求的有限空间内的植物培育方案是矛盾的，该技术方案追求的是植物培育场所横向拓展，这与本发明追求的植物培育场所纵向拓展的方式完全相反。另一方面，该技术方案仅仅是针对光源的光照参数进行直接调整，单一的调整方式只能实现光照条件覆盖范围的改变，不同覆盖范围内的光照条件存在着不均匀的现象，导致固定设置的植物培养位置所接收到的光照条件也是不同的。同时，该技术方案只能实现大规模区域内植物生成因素的调整，对于培养区域有限的实施场景，该技术方案仍然无法同时满足不同位置处的植物的不同生长需求。针对现有技术之不足，本发明提供了一种均光均水植物培育系统，以解决上述至少部分技术问题。

2、本发明的植物培育系统可适用于自然资源丰富、但空间位置受限的场景下，并且尤其适用于生活在上述场景中或场景周边的居民需求新鲜作物、但没有种植条件的情况，其中，上述场景或情况可例如是有相关工作人员的海上平台或有居民的岛礁等，例如海上钻井平台。在上述场景中通常具有丰富的、可再生的自然资源，例如风能、潮汐能和/或波浪能等，且一般可通过设置相应的能量转换装置对上述自然资源中的能量进行捕捉、转换和储存，储存方式一般以电能为主，因此，本发明的植物培育系统在投入上述场景中时可具有极其稳定的能量来源，并且由于本发明的植物培育系统与能量转换装置都设置在同一场景中，不需要设置过长的线路来实现能量输送，减少了通过长线路将储存的多余能量向外供应时在能量输送过程中的能量损耗，提高了能量利用率。

3、本发明公开了一种均光均水植物培育系统，其包括：一个或多个独立模块，该独立模块能够以叠拼的方式与其他独立模块可拆卸地连接，该独立模块至少包括：

4、培养部，用于为所培育的植物提供支撑平台；

5、驱动部，用于带动培养部在预设路径上移动；

6、中控部，用于生成控制信号。

7、响应于中控部发出的控制信号的驱动部能够带动培养部在适于植物生长的自然环境和/或人造环境中移动，其中，中控部能够基于任一独立模块中的植物受自然环境影响的生长数据调节该独立模块的人造环境的至少部分参数。

8、与上述现有技术相比，本发明中的中控部以分布式的方式设置在不同位置上的独立模块，每个独立模块均能够执行人造环境的单独控制。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何根据受自然环境影响存在生长差异的不同植物生长状态对人造环境参数进行调节，以弥补自然环境所带来的生长状态差异。具体地，本发明的植物培育系统可以根据所使用的环境条件的来源而处于不同的工作状态，包括使用自然环境和/或使用人造环境的植物培育系统，其中，上述环境条件主要指代光照环境，而水源/营养源仍由独立模块提供。通过上述设置的原因在于，光照环境是以大范围覆盖的方式满足多个独立模块中培养部的植物生长，针对光照环境的单一的调控方式无法同时满足不同独立模块培养部中植物的不同生长需求。相反地，水源/营养源则能够通过一对一的方式进行准确的调整，以实现单个独立模块中植物的不同生长状态的适应性调节。植物培育系统在使用自然环境时，中控部可统计各独立模块的太阳光线利用度，以使得当植物培育系统切换至使用人造环境时，中控部可以基于任一独立模块的太阳光线利用度确定人造环境中人造光线的调节方式，以匹配于中控部预存的最优培育方案，其中，“太阳光线利用度”可以用于表征植物受自然环境影响的生长数据，其至少可根据太阳光线的光照参数、太阳光线的光照时长、露出区域的流程长度、驱动部的带动速度等参数计算得到，以确定自然环境对植物培育过程的光照贡献值，进而调整人造环境的光照参数。

9、基于本发明的模块化设计，一个或多个部件即可形成一套独立模块，进而通过多个独立模块的组合构成与所需种植植物品种和种植量匹配的植物培育系统。当所需种植植物品种和/或种植量调整时，可以直接通过增减独立模块数量和/或更换独立模块规格的方式实现快速灵活地匹配。当需求同时种植多个品种的植物时，可以增配新的植物培育系统。

10、并且本发明的植物培育系统是以尽量压缩独立模块占用空间的方式设置的，因此，对于空间位置受限的场景下，本发明的植物培育系统可以根据指定空间的实际情况对独立模块的叠拼方式和/或立体支架的并排方式进行调整，以提高本发明的植物培育系统的场景适配性。针对植物培育场所横向拓展方式，现有技术仅仅考虑在培育的最初与最后阶段使用横向移动的方式来进行植物的放入与取出。例如，公开号为cn214801027u的专利文献公开了一种植物培育架及具有其的植物培育系统，其中的植物培育架包括框架和设于框架上相对两侧的托杆，托杆沿框架的长度方向设置，框架上相对两侧的托杆分别用于支撑种植盆的两端，托杆与种植盆接触的表面设有可转动地连接于托杆内部的滚动导向件，滚动导向件能够沿托杆的长度方向滚动，滚动导向件突出于所述托杆的表面。该技术方案通过植物培育架托杆上的滚动导向件，使得种植盆便于沿托杆移动，能够提高种植盆放置和移动的便利性，便于种植盆内植物的采收。然而，该技术方案中的横向移动部件只能在特定的生长阶段执行横向移动过程，无法根据其具体的移动操作过程与植物的培育生长环境调控过程相适配。即便是将其与上述现有技术相结合，其获得的技术方案也仅仅是在植物的培育初期以及末期执行放置与采收过程，无法用于解决不同培养位置上植物生长环境参数的补充问题。

11、本发明的植物培育系统可至少为生活在上述场景中或周边的居民提供自维持的蔬菜供应，突破了因没有种植条件而需求外部供应的局限，尤其是对于交通不便的区域，物流成本、新鲜程度等因素都将成为选择外部供应方案的阻碍。

12、而且本发明的植物培育系统因为含有均光均水的措施，极大程度地节省了检测、计算资源的成本，简化了用户操作植物培育系统的繁杂度，使得在没有投入大量检测、计算资源也不过多占用用户时间的情况下，植物培育系统仍能够以较高的精准度自动运行。即使需要获取太阳光线的监测数据，也可依靠所处设施自带的监测设备进行数据共享而得到。并且考虑到应用本发明的大多数场景都存在交通不便的问题，相比于采用复杂系统，本发明的植物培育系统可大大降低维护成本和维护难度，并且不需要监测每个植物的生长状态，只需要保证生长环境条件统一且按照既定计划实施，即可实现统一收割。因此，本发明的植物培育系统还可适用于自带一定监测设备并且不希望对植物培育过程投入过多额外的检测和/或计算资源的特定场景中，尤其是例如海上平台等不便于或没有精力对冗杂的检测运算系统进行及时维护的场景。

13、此外，本发明的植物培育系统可借助驱动部的驱动作用来实现同一培养部中所培育的植物在所有“供有人工光照与营养液的生长位置”的共享，以使得“初始生长位置”所带来的差异得到了补偿。

14、本发明的技术方案及其所带来的技术效果是非显而易见的，即使在现有技术(例如cn215011516u)中记载了一种播种机传输装置，其配置的传送带在播种过程也能带动种子沿预设方向运动，以使得在进料管不动的情况下实现种子在传送带上的定量定距播种。但该现有技术的传送带是在竖直平面上完成的循环运动，其传送带超过一半的区域(两端及底侧)由于重力方向的因素难以实现种子的正常培育，而且上述区域中的植物也难以接受到均匀的光照和水分，若为了强行实现均匀的光照和水分而驱动传送带在竖直平面上进行持续的循环运动，会造成种子偏离预计的播种位置，进而难以实现定量定距播种，并且频繁偏离播种位置的种子的生长发育也会受到影响。而且相比于采用水平布设方案，采用竖直布设方案的传送带会占用更多空间，虽然竖直布设方案的传送带看似在同一层级中可以紧密排列，但其在空间上会造成更多的空间浪费，尤其是其超过一半的区域难以实现种子的正常培育，反而影响了产量。基于上述现有技术中竖直平面上循环运动的植物培养装置存在的缺陷，现有技术中也出现了尝试通过将植物单体培养装置设置为在水平面上进行旋转运动来实现植物培养与收割的技术方案。例如，公开号为cn113853112a的专利文献公开了一种用于培育作物的模块化单元、系统及其培育筒，其中的培养单元具有长方体形状，包括两个分开的腔室，第一或上腔室和第二或下腔室，第一或上腔室包括能够旋转的培育筒，第二或下腔室包含旋转培育筒所需的机器以及用于储存流体的箱和泵，培育筒由具有可堆叠节段制成。该技术方案虽然能够通过水平旋转的方式实现培养溶液等的集中控制，然而，由于其具有的竖直堆叠层的培养结构，其仍然存在上述现有技术中所指出的培育筒两端及底侧难以实现种子的正常培育，同时也难以接受到均匀的光照和水分的问题。与上述现有技术相比，本发明不同于上述一般的立体式种植系统，而是采用了扁平形式的平面种植系统来实现植物培育系统的高效性。本发明中的扁平形式意味着本发明植物培育系统因其结构高度远小于其横向尺寸而具备可堆叠性，这与上述现有上中以旋转方式限定的横向尺寸明显不同。例如，本发明在内部结构上彼此隔离，外部结构构成上下层叠的形式。通过上述结构设置方式，本发明的电路和营养液供给能够采用并联或串联形式从外部供给，尤其适用于在海上钻井平台上的场景下所使用的风电、光电等新能源。进一步地，本发明的植物培育系统在进行竖向堆叠的情况下，由于其彼此形式完全一致，因此能够将供能与供液接口在系统一侧实现并联，可以简化维护工作。通过上述结构设置方式，本发明的植物培育系统在拆除与加装等方面的拓展性也得到可极大的加强，一方面，这种拓展性带来了种植品种的丰富性，另一方面，这种拓展性也能够根据具体的现场植物培育环境来搭建适配的植物培育系统，从而显著拓展了整体植物培育系统的使用场景。

15、根据一种优选实施方式，雾培部对植物进行补水所采用的营养液能够通过雾化喷头喷洒至雾化仓，使得培育于培养部的定植篮内部的植物能够通过根部吸收雾状的营养液。

16、如此设置可使得雾培部在雾化仓内营造出适合所培育植物生长的雾培环境，植物的根部可通过定植篮进入雾化仓并吸收雾状营养液，保证生长的营养所需。

17、根据一种优选实施方式，雾化仓设置于培养部的一侧，以使得定植篮能够朝向雾化仓设置，并引导培育于定植篮内部的植物的根部朝向雾化仓生长。

18、培养部上设置的定植篮可以大致呈中空管状结构，定植篮可将其一端安装于培养部的一侧，其相对另一端可沿植物根部生长方向延伸，即定植篮的设置方向与植物根部的生长方向大致相同，以使得定植篮可以在对植物进行承托的同时，还可以对植物的根部的生长趋势进行把控。

19、根据一种优选实施方式，定植篮在中空管内和/或侧壁的至少部分区域设置有篮网，其中，篮网的不同设置位置的选型能够基于植物根部的自然发展趋势及期望生长趋势来确定。

20、与上述现有技术相比，本发明中的定植篮能够根据植物根部的自然发展趋势提供与之相适配的篮网设置方式。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何提高植物根部的营养吸收效率。具体地，当篮网开设在定植篮侧壁上靠近于培养部的部分区域，植物的部分根部能够以横向生长趋势大于纵向生长趋势的方式从该篮网的缝隙间伸出；当篮网开设在定植篮侧壁上远离于培养部的部分区域，植物的部分根部能够以纵向生长趋势大于横向生长趋势的方式从该篮网的缝隙间伸出。植物的根部沿横向生长是指根部大致沿与培养部并行的方向发展；植物的根部沿纵向生长是指根部大致沿与培养部垂直的方向发展，其中，上述记载的“大致”是指根部沿该方向具有更大的发展趋势，而并非仅沿该方向进行单一发展。

21、进一步地，由于不同品种的植物在雾培环境下根部的自然发展趋势存在相对的生长优势方向和相对的生长劣势方向，即部分植物根部的横向生长趋势大于纵向生长趋势，而部分植物根部的横向生长趋势小于纵向生长趋势。通过选择适应规格的定植篮可有效地把控植物的根部的生长趋势，例如，针对横向生长趋势大于纵向生长趋势的植物，可使靠近承载单元的部分篮网具有相对更小的开设孔径和/或密度，以避免植物的根部过多地沿横向生长而引起相邻植物的根部的缠绕；针对横向生长趋势小于纵向生长趋势的植物，可使远离培养部的部分篮网具有相对更小的开设孔径和/或密度，以避免植物的根部过多地沿纵向生长而引起植物的根部对雾化喷头喷洒路径的遮蔽。

22、根据一种优选实施方式，驱动部带动培养部移动的预设路径能够被配置为循环路径，以使得在循环路径内侧形成预留空间，其中，培养部能够以往复运动或单向运动的方式在循环路径上移动。

23、往复运动为运动方向周期性地切换至相反方向的运动，单向运动为维持当前运动方向不变的运动。与上述现有技术相比，本发明中的独立模块能够以根据其内部所培育的具体植物生长状态适应性调整驱动部的运动方式。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何根据不同独立模块内植物的生长状态调整相应的人造环境参数移动补充路径。具体地，由于不同独立模块内培育的植物品种类型或生长阶段不同，因此其具体所需要的光照环境需求也是不同的，如果仅按照单一的循环运动方式，无法使得不同独立模块内的植物在其特定的生长阶段接收到适配的光照环境。为了满足不同独立模块内的植物生长需求，本发明的驱动部能够根据培养部内的植物生长状态进行循环路径上往复运动和/或单向运动的动态调整，从而使所培育的植物能够在其不同的生长阶段上接收到满足其生长需求的光照环境。

24、根据一种优选实施方式，光照部以能够覆盖所培育植物的至少部分茎叶的方式设置，其中，光照部至少能够设置在培养部旁侧的预留空间中。更进一步地，光照部也能够根据不同的承载单元运动路径，以满足培养部内相应植物生长需求的方式提供相适配的动态调整的光照环境。

25、与上述现有技术相比，本发明中的光照部能够根据驱动部的移动状态提供与之相适配的人造光线环境。基于上述区别技术特征，本发明所要解决的技术问题是如何根据驱动部的移动提供动态调整的人造环境参数。具体地，本发明如此设置可使得培养部在移动时，受到光照的植物旁侧也会随之改变，以保证植物的各向旁侧均可接收光线。优选地，由于培养部内侧相比于其外侧设置相对更少的植物，使得安装在预留空间内的光照部能够以更少被阻挡的形式覆盖更多的植物。根据一种优选实施方式，培养部包含若干连接在传输链条上的培养单体，传输链条与驱动部连接，以基于驱动部的驱动作用带动各培养单体在循环路径上移动。

26、根据一种优选实施方式，在播种部向培养部投入植物种子时，驱动部能够带动培养部以匹配于播种部的播种口播种速度的方式移动，以将植物种子投入培养部的相应定植篮中。

27、如此设置可使得播种部在进行播种时能够将植物种子精准地投入至培养部相应的定植篮中，上述速度匹配不仅仅局限于速度相等，而是基于所培育植物的种植密度而适应性调节播种速度和/或运动速度。

28、根据一种优选实施方式，在培养部所培育的植物生长至可收割状态时，驱动部能够带动培养部移动，以使得位于移动路径上的收割部能够对植物进行切割，其中，收割部能够通过喷出的高压水柱对植物进行切割。

29、根据一种优选实施方式，收割部包括滑块、气缸、喷嘴和滑动导杆，其中，气缸驱动带有喷嘴的滑块往复移动，以使得喷嘴所喷出的高压水柱能够完成切割动作。

30、如此设置可利用气缸驱动带有喷嘴的滑块往复移动，通过喷嘴所喷出的高压水柱来完成对植物的快速收割，该收割过程绿色、环保、无污染。