用于控制植物生长的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于控制植物生长的方法，该植物是预定类型的并布置在使其处于接收自然光的照射的条件下的受控环境中。本发明还涉及相应的用于控制植物生长的系统以及计算机程序产品。本发明允许在操作温室中的改进，如关于减少的能量消耗、工作流程的改进计划以及生长过程的增加的可预测性。
[0002]发明背景
[0003]典型的植物的温室生长利用由太阳提供的自然能量。然而，在某些情况下，例如根据温室的地理位置，使用例如加热/通风系统以及用于增加提供给植物的光的量的人工和补充照明和用于减少提供给植物的自然光的量的光吸收帷幕(curtain)，光和/或热的量必须被调节用于控制在温室内部生长的植物的生长。
[0004]在温室中的人工和补充照明典型地涉及用于刺激植物生长，与仅利用自然光相比甚至可能改进生长过程的照明系统的使用。这种照明系统典型地包括多个高功率光源。可以包括具有不同的光谱并且提供对于生长刺激的不同影响的不同类型的光源，例如基于金属卤化物(MH)或包括高压钠(HPS)的高强度气体放电灯(high intensity discharge，HID)的光源。使用基于金属卤化物的照明典型地促进较短的、茂密的生长；而基于高压钠的照明相对典型地倾向于产生较高的并且伸展的植物。
[0005]最近，在增加发光二极管(LED)的亮度方面取得了许多进展。其结果是，LED已经变得足够明亮和廉价也用于例如温室环境中的人工照明，另外提供发射具有可调颜色(光谱)的光的可能性。通过混合不同地有色LED可以生成任意数量的颜色。可调颜色的照明系统典型地包括若干原色，对于一个示例是三个原色:红，绿和蓝。所生成的光的颜色由所使用的LED以及通过混合比来确定。通过使用LED，可以降低能量消耗，很好地符合当前环境趋势的要求。此外，使用基于LED的照明系统，最大限度地减少光源所产生的热量的量，其是特别适合于需要温度控制的环境。
[0006]基于LED的照明系统的例子公开在W02008118080中，包括通信地耦合到处理器的光传感器，其中该处理器实现用于通过调节由LED发射的光来调整并且改善植物生长和属性的控制算法。
[0007]W02008118080示出与提供引入植物的特定光环境的可能性的温室环境中的人工照明有关的有前途的方法，但是，仍然需要进一步优化由照明系统发射的人工和/或补充光，能够改善包括何时以及何地控制由植物接收的光的量的植物的整个生长过程的可预测性以实现期望的最终结果，特别是考虑到用于培育植物的总的能量消耗和规划用于收获植物的工作流程的可能性。
[0008]发明概述
[0009]根据本发明的第一方面，以上所述至少部分地由用于控制植物生长的方法来缓解，该植物是预定类型的并布置在使其处于接收至少自然光的照射的条件下的受控环境中，该方法包括获取植物的期望的完成状态，期望的完成状态限定植物的计划生长期的终止，获取受控环境外部的至少一个环境参数的预测值(forecast)，至少一个环境参数包括在计划生长期的至少一部分期间照射植物的自然光的预期量，以及根据该自然光的预期量和计划生长期期间照射植物的光的总量确定光调节量，其中，该光的总量基于植物的类型来确定。
[0010]借助于本发明，有可能控制植物在计划生长期期间接收的光的量，该光的量取决于植物的类型和包括至少自然光的预期量的环境条件的预测值。相应地，植物的生长过程可以被控制，使得该植物只在计划生长期已经完成时才处于期望的完成状态。采用这样的考虑环境预测值的控制功能的优点包括例如应用“准时(just-1n-time) ”方法用于培育植物的可能性，其中该植物可以被设定达到例如适合于运输到最终消费者、杂货店、工厂或类似对象的特定生长状态的目标。因此，在本发明的一些实现中，期望的完成状态可以与植物的“准时交付日”直接相关。这样，可以实现与植物“离开受控环境”的时间相关的期望的最终结果。
[0011]同时，由于环境预测值被考虑，植物可以被培育，使得最佳量的自然光被植物接收，从而可能使用于培育植物的能量消耗降到最低。此外，在可实现对植物“准备好”的时间的改进的控制的同时，可以增加自然资源的利用。应当强调的是，根据本发明，光调节量的范围可以从负值到正值，即表明需要更多的光量或者更少的光量用于获得在计划生长期期间照射植物的光的总量。关于在计划生长期期间照射植物的光的总量，这个术语典型地定义为包括在生长周期终止时已经到达植物的光的总量，作为用于减慢植物生长而对到最终消费者的植物的特性没有负面影响的光的最小瞬时量，还考虑用于最大生长而不给植物压力的光的最大瞬时量。用于培育植物的不同过程可以根据本发明被定义为不同的“生长机制”。例如，这样的生长机制可以定义关于植物的“缓慢生长”，以及关于植物的“快速生长”的生长过程。附加的机制可以被定义/应用，包括用于培育“茂密的”植物、带有很多花的植物等的生长机制。
[0012]根据本发明，表述“受控环境”应广义地被解释，包括例如温室、培育箱或类似的受控生长环境，在该受控环境中，植物可经受至少自然光的照射。受控环境因此典型地是包括用于允许自然光(如阳光)被植物接收的透明窗户或类似物的“室内环境”。此外，应该理解的是，温室被定义为容纳用于培育一种或多种植物的至少一个生产线的设施，然而，该术语也可以指具有多条生产线的一组温室。类似地，术语“植物的期望的完成状态”应该被理解为包括例如植物的合适的收获日，而且还包括(如上面所提到的)适合于适应物流链(logistic chain)以便例如提供最佳的新鲜植物给最终消费者以使浪费降至最低的植物的生长状态。
[0013]此外，表述“预定类型的植物”典型地涉及任何单一类型的植物或是具有相似或组合的生长特性，即需要用于达到期望的生长状态的类似的光的量的多于一种类型的植物的混合物。关于达到计划生长期中期望的生长状态，特定类型的植物当然经受影响生长的另外的因素，包括例如肥料的量以及温室二氧化碳浓度的影响(假设植物按照正常过程生长)Ο
[0014]举例说明，植物已被放置在受控环境中，其目的是培育植物并且具有期望的交付日。能够对期望的交付日进行计划提供预先规划物流，并且还通过不使太多的栽培物(growth)具有相同的交付日来优化收获植物所需的温室劳动力的途径。在第一生长期期间的天气预测被预期是多雨的。然后，预测(跟随在第一期之后的)第二期为具有非常良好的生长条件的晴天。根据本发明的优化然后从期望的交付日开始，在晴朗天气期间(在时间上逆向)应用很少人造光或不用人造光。因此该生长需要在第一期终止时处于特定点(特定的生长状态)。为了在第一期完成时达到特定的生长状态，必须在该第一期应用计算的光的量。应当注意的是，如果在第一期应用过量的光，植物将会在交付日生长过度。提出的对额外应用的光的安排相应地关于能量节约进行优化。
[0015]在本发明的优选实施例中，该方法还包括根据自然光的预期量确定用于在计划生长期期间将提供的光调节量的分配预定计划(schedule)。分配预定计划典型地在计划生长期的时期期间(可以考虑一天24小时内的任何时间)随着时间的推移来确定，该计划生长期包括在一天的不同时段出现的可能的波动(例如在上午8点至上午11点之间晴天，在上午11点至下午2点之间多云，在下午2点至下午6点之间再次晴天)。确定分配预定计划另外有可能可以考虑环境预测值的统计可靠性，由此提高当计划生长期完成时达到期望的生长状态的可靠性。
[0016]优选地，在计划生长期期间照射植物的光的总量还基于植物的生长状态和受控环境内部的环境参数中的至少一个来确定。植物的(例如现在的)生长状态可以例如从收集自布置在植物的附近并且配置为监控植物的不同特性(从植物反射的光的类型，叶绿素荧光，植物/叶的温度等)的传感器的传感器数据来确定。受控环境内部可能的环境参数除其它外包括温度、C02水平、使用的肥料/施肥水平等，以及关于建立延迟的信息(用于对受控环境加热/冷却的时间/曲线)。
[0017]典型地，重新计算在计划生长期期间的光的总量至少一次可能是有利的。也就是说，如果已经确定植物在计划生长期期间的某个时间的生长状态稍微不同于在该时间的预期的状态，则可能有必要重新计算光的总量。这种重新计算可例如基于受控环境内部收集的传感器数据而自动地开始，或在用户已经现场检查并确定当前/现在的生长状态时由用户开始。
[0018]在实施例中，调节光的量(S卩，以提供光调节量)通过使用人造光源或用于减少自然光的量的装置中的至少一个来提供。人造光源(或包括多个可控光源的人工照明装置)可以包括例如LED光源(或多个LED光源)。其他类型的人造光源包括例如用于基于金属卤化物(MH)技术的光源、白炽光源、荧光光源、高压钠(HPS)光源或它们的组合。同样地，在减少由植物接收的自然光的量时，可以使用不同类型的光屏蔽技术，包括例如光吸收帷幕。关于上面讨论的分配预定计划，应注意的是，当人造光源被使用时，有可能可以在驱动人造光源时考虑例如由电力公司在电能分配中使用的充电和价格方法，用于优化分配预定计划以将最大限度地降低在计划生长期期间的能源成本。
[0019]此外，可根据本发明调整期望的完成状态，特别是关于计划生长期调整期望的完成状态是可能的。由于生长过程的改进的控制可以利用人工照明装置来实现，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(或更长)的时间(例如，由于改变的需求)中完成生长过程的请求，则可以实施