一种移动式动植物养殖设备的照明装置及方法

本发明涉及照明，尤其涉及一种移动式动植物养殖设备的照明装置及方法。

背景技术：

1、室外培育一株青菜的周期在七十天左右，在温室内需要五十天左右，而在植物工厂内仅需要二十一天到二十五天左右。植物工厂内的蔬菜培育周期缩短，且可多层栽培，既节省了种植时间又节省了种植空间。

2、为了保证植物生长因素的可控性，培育环境往往是无毒无菌的封闭式管理，这也就意味着植物生长所需的光能量完全依赖于人工光源。

3、公开号为cn108184475b的中国专利提供一种植物工厂的光照系统，系统包括：光照驱动组件，用于控制光照元件网络根据植物工厂中各种植区域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；第一限制性信息获取模块，用于获取第一限制性信息；第二限制性信息分析模块，用于获取第二限制性信息；第三限制性信息获取模块，用于获取第三限制性信息；控制模块，用于根据采集的第一、第二限制性信息而调整植物工厂中相应种植区域的光照方案并同步调整植物工厂中相应种植区域的养料供应方案，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。光环境的控制变得尤为重要。光环境的调整依赖于多种因素的判断，但其中最核心也是最直观的是培育植物的产出部位的生长状态。

4、公开号为cn104302062b的中国专利公开了一种应用多色led的智能型植物工厂的光照控制系统和方法，通过探测不同光色led植物灯的发光功率计算多种光色的发光功率比例，根据多种光色led植物灯的发光功率比例和预设的参考发光功率比例进行计算并发出光照控制信号，光照控制信号控制不同光色led植物灯的发光功率，使得多种光色的发光功率比例与参考发光功率比例相匹配，以满足植物不同生长阶段的光照需求。

5、现有人工栽培植物的工厂，主要基于植物总体长势向上的要求进行监测和生长条件供给，其主要采用统一的生长特征信息采集并进行同一光照改变。不论植物种类、不论植物生长状态、不论工厂对植物产出的需求，而一味进行优势生长的条件供给。但在实际生产中，工厂养殖目标是为了获得养殖的蔬果的某一个组织部位，蔬果的优势生长不仅不会为该组织部位提供生长优势，甚至会与该组织部位形成生长竞争，造成蔬果采摘部位的萎缩。

6、基于此，本发明提供一种移动式的照明装置，该装置能够伴随植物生长进行多面供光和分离式供光，配合植物的生长周期进行植物光周期的调控。

7、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、植物的密封培育在现有技术中最主要的目的是产生经济价值或科研价值，在这个过程中，人工控制生长因素能够为科学研究带来严谨的实验结果或为经济产出带来丰厚的回报。在目前的植物培育方法中，培育过程最注重的是植物的整体生长状态而忽视了培育植物的目的，即植物产生科研价值或经济效益的一般是植物的某部分组织而非整株，整株的生长优势不一定会为该部分组织提供最优生长空间，在植物的整体生长过程中甚至会形成竞争性生长，例如，植物的伸长和叶片的拓宽形成的生长竞争。在植物的整个生长周期中，光对植物生长的作用包含光合作用和信号作用。光合作用主要为植物提供物质和能量，其被称为高能反应。信号作用参与植物形态的建成，其被称为低能反应。具体地，低能反应的主要过程为：作为信号的光照射至植物叶片上，叶片上的光受体接收信号并进行信号传导。叶片内发生原初反应并基于接收信号的光受体类型选择调控路径，进而选择性促进植株某个性状的发育反应。

2、参与植物信号调控的光受体包含三类，分别为光敏色素、隐花色素或称蓝光/紫外光-a受体和紫外光-b受体。光敏色素接收红光和远红光信号。隐花色素或称蓝光/紫外光-a受体接收蓝光和330-390nm的紫外光。紫外光-b受体接收280-320nm的紫外光。

3、同时，植物生长过程中的所需的光能量主要由400-450nm谱段的光提供。该谱段的光为叶绿素的强吸收带。其还能够辅以425-490nm谱段的光。该谱段的光为胡萝卜素的强吸收带。

4、植物高能反应和低能反应所需的光强和光周期均不相同。高能反应的光需要配合光合作用和呼吸作用进行交替，而低能反应则需要辅以不同植物种类的生长周期和产出目标进行分配。

5、地面裸露面积能够指培育箱底部的面，其还能够指培育板。地面裸露面积指代植物叶片遮蔽的最靠近植物叶片的面。

6、基于此，对植物施加组合光成为最优的选择。组合光的供给能够对动植物生长提供诱导作用。例如，蓝光能够增大植物的气孔导度、光合电子传递、氮利用率、促进rubisco羧化反应、减少叶片碳水化合物积累，进而增加光合速率。在培育工厂进行动植物的生长给光时，应该基于植物的生长因素及产出目标进行光调节而非提高植物的整体长势。例如，种植生菜的植物工厂的需求是希望生菜能够在营养生长时期长出较大的叶片，而不希望生菜快速生长进入生殖生长时期，一方面，进入生殖生长时期的生菜会优先供给营养给生菜生殖端，以促进生菜开花和授粉，另一方面，进入生殖生长时期的生菜的叶片纤维化加重，叶片老化不适合入口。

7、针对现有技术之不足，本发明提供了一种移动式动植物养殖设备的照明装置。所述照明装置包含种植监测单元、照明单元和云服务端，如图1所示。所述照明单元包含至少三个方向的光源，其分别为设置于植物顶部的常亮的第一光源、设置于植物两侧的第二光源，所述种植监测单元能够通过地面裸露面积和被植物遮盖面积确认植物的生长密度，其中，响应于由所述种植监测单元提供的所述植物的生长密度达到第一阈值，所述云服务端控制所述第二光源为所述植物提供与所述第一光源入射角度不同的参与植物低能反应的第一生长光；当所述植物的产出组织体积或面积达到第二阈值时，所述云服务端控制所述第一光源和所述第二光源提供所述植物高能反应的第二生长光。

8、根据一种优选实施方式，本系统能够基于植物的不同生理状态将植物划分为三个生理时期，其分别为第一生长时期、第二生长时期和第三生长时期，如图2所示。在植物生长初期，其叶片、根和茎未完全分化成功时，植物处于第一生长时期，此时的植株处于各组织的分化阶段，生长主要依赖胚乳营养。当植物处于第二生长时期时，分化的各个组织开始形式功能并进入伸长生长中，此时植物需要光调控以树立正常植株的形态。当植物处于第三生长时期时，植物用于营养吸收和运输的各个组织发育成熟。组织能够包含根、茎、叶或花。此时，植物处于用于进入生殖生长或结果的营养积累的状态。

9、根据一种优选实施方式，当植物处于第一生长时期时，照明单元为植物提供一种光照模式。当植物生长的状态由第一生长时期转变为第二生长时期时，云服务端基于种植监测单元提供的植物生长期达到第一阈值的信息调控照明单元。当植物生长的状态由第二生长时期转变为第三生长时期时，云服务端基于种植监测单元提供的植物生长期达到第二阈值的信息调控照明单元。

10、根据一种优选实施方式，所述第一光源和所述第二光源设置有能够改变其照射角度的转动组件，其中，所述云服务端能够基于由所述种植监测单元提供的图像获取由至少三个区域构成的植物生长区域的植物盖度的比例，所述照明单元形成的照射角度能够使所述照明单元朝向盖度最小的区域。种植密度决定初期的生长密度。例如，生菜的初期种植密度为每23cm×20cm的面积内种植一颗生菜，而生菜的初期生长密度则比白菜的初期生长密度大。植物的生长密度即为盖度，指植物在地面上覆盖的面积比例，表示植物实际所占据的水平空间的面积。当植物处于第一生长时期时，种植监测单元不会进行盖度的数值监测。当植物处于第一生长时期时，种植监测单元监测植物的各个组织部位的生长状态。例如，种植监测单元基于视觉组件采集植物的图像。云服务端基于图像获取植物的根、茎或叶的长度。采集的植物组织部位取决于植物种类。生菜的监测组织为叶片。第一阈值为生菜的叶片数量。生菜生长出3片叶片代表生菜的分化过程完成。

11、盖度的检测方法为：种植监测单元拍摄监测画面，并进行植株遮盖和裸露地面的特征的提取，基于提取画面分别进行面积计算，生成一个光源辐射的辐射面积比例。在照明单元为植株提供光时，植株遮盖面积占比越高，其所需求的光能量越高。因此，当植物遮盖面积越高，照明单元需要提供的光强越大。

12、根据一种优选实施方式，在所述第二光源参与植物的低能反应时，所述云服务端将当前获得的所述种植监测单元规律性采集的植物图像与前次获得的所述种植监测单元规律性采集的植物图像比较，以确认当前的第二光源的光能够为所述植物提供正确的生长引导。具体地，所述云服务端将当前接收的植物图像与前次接收的植物图像进行比对，当所述植物的根、茎或叶的形态特征出现异常时，所述云服务端基于对植物组织部位的正确调控的目的提高参与该组织信号调控的光的比例。第二光源在提供参与信号调节的光时需要配合植物生长过程中出现的异常状态调整其提供的光的光强和光波段比例。具体地，当植物的茎出现弯曲异常时，降低抑制茎秆身长的蓝光比例。当植物出现虫害病斑时，提高红光/远红光的比例以提高植物的生物胁迫抗性。

13、根据一种优选实施方式，所述第一生长光和所述第二生长光能够于光强和光波段比例具有区别。参与植物信号调控的光对于光强的需求比参与植物光合作用以合成能量的光的光强需求低。参与植物信号调控的光的光波段以及不同光波段的比例与参与植物光合作用以合成能量的光的光波段以及不同光波段的比例不同。例如，西洋参在由照明单元提供的光强50μmol/m2/s的红蓝光质比3:1的红光为660nm而蓝光为450nm的光配方的照射下干重增长最快，因此第一光源应以上述光配方为西洋参提供光照，以增加西洋参干物质合成的速度。西洋参需要根部快速生长，因此，信号调节需要为西洋参提供根部快速且高质量发育的光源，此时第二光源提供的光配方中用于促进根发育而抑制茎秆发育的蓝光比例提高。

14、根据一种优选实施方式，当所述第二光源参与植物的低能反应时，所述第二光源能够基于所述第一光源的光周期变化而改变其相对照射植物方向的入射角度，其中，当所述第一光源基于植物处于光合作用下给光时，所述第二光源以为植物背面提供比植物处于呼吸作用下光强更大的光的方式调整其在第二方向的角度。第二方向为所述第二光源的灯光延伸方向。

15、根据一种优选实施方式，所述照明单元能够改变照射角度。云服务端能够基于辐射面积比例将植物生长区域分为至少三个盖度具有差异的区域，其分别为第一区域、第二区域和第三区域。所述照明单元形成的照射角度能够使所述照明单元朝向盖度最小的区域。例如，利用植被指数近似估算植被覆盖度，常用的植被指数为ndvi。

16、根据一种优选实施方式，所述照明单元为窄带光源。照明单元可配置有窄带高光强的动态光源以减少照射死角，不仅宏观上使更多叶片得到光线，而且微观上植物叶片表面的纤毛也减少了遮挡，同时叶面以及叶背侧的光线感受器官本身也能得到更多发育机会，其中，呈窄带的光源的一边长度远大于与其相邻的另一边长度，以使得窄带光源在沿垂直于长边方向进行扫描运动时，能够对应地形成范围不断变化的窄带状照明区域，基于照明区域窄带状结构使得光源的运动对同区域的作物光照的均匀性影响较小。同时，对于接收到同等能量光子的植物而言，短时高光强给植物带来的促生长效果优于长时低光强给植物带来的促生长效果。

17、根据一种优选实施方式，基于所述植物的产出目的，所述第二阈值能够是依赖于由所述种植监测单元提供的植物的图像而确认的所述植物的产出组织体积或面积，其中，所述种植监测单元在进行所述植物的产出组织体积或面积的信息采集时将分辨率提高至第二精度。

18、根据一种优选实施方式，所述种植监测单元能够以第一精度的分辨率采集所述植物的种植区域的图像，所述云服务端能够基于所述图像中地面裸露区域和被植物遮盖区域的颜色的区别特征确认所述植物的生长密度，其中，所述第一精度低于所述第二精度。

19、一种移动式动植物养殖设备的照明方法如下：

20、响应于所述植物自第一生长时期进入第二生长时期，照射于所述植物侧向的光为所述植物提供与照射于所述植物顶部的光入射角度不同的参与植物低能反应的第一生长光；

21、当所述植物自第二生长时期进入第三生长时期时，照射于所述植物侧向的光与照射于所述植物顶部的光为所述植物提供参与所述植物高能反应的第二生长光，其中，

22、照射于所述植物顶部的光于所述植物的第一生长时期、第二生长时期和第三生长时期持续提供参与所述植物高能反应的光能量。