一种植物工厂及植物培养方法与流程

1.本发明涉植物培育技术领域，尤其涉及一种植物工厂及植物培养方法。


背景技术：

2.现今，根据设施条件和设施内环境因子控制水平来分，园艺设施类型主要包括塑料大棚、日光温室、连栋温室和植物工厂等几类。人工光植物工厂被国际上公认为设施农业的最高阶段，是技术密集型设施形式，其核心技术包括无土栽培技术、led照明技术和智能控制技术。人工光植物工厂具有全封闭、对周围环境要求低，缩短植物收获期，节水节肥、无农业生产、不向外排放废物等优点。
3.光作为重要的物理环境因子，对植物的生长发育和物质代谢均起到关键的调控作用。“植物工厂的主要特征之一就是全人工光源并实现光环境的智能调控”已经成为业界的普遍共识。
4.cn111174153a公开了一种运动式植物补光装置，包括补光单元及导轨单元，补光单元包括移动支架、设置于移动支架上的补光灯安装架及若干设置于补光灯安装架上的植物补光灯；导轨单元包括固定支架、与固定支架连接的导轨；移动支架与导轨活动连接；移动支架具有分别位于导轨两侧的侧支脚，侧支脚的末端转动连接有行走轮，行走轮与导轨抵接；其中一个行走轮连接有驱动装置。如此使得所需的植物光照灯的数量减少、减少成本、植物光照调节灵活且方便。
5.cn104302062b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。通过对多种光色led植物灯的发光功率进行连续、实时的在线探测，结合植物在不同生长阶段的光照需求来调节多种光色led植物灯的发光功率，使得植物工厂内的植物处于最佳的生长状态，并且提高了植物工厂的能量利用率，节约了能源。
6.现有植物工厂中在在进行植物培育时，植物栽培架常采用的是平面架构和立体架构，对于平面架构而言，其会占用大量空间使得位于其上方的有效空间无法被充分利用，同时基于平面架构常配合有大量用于辅助植物生长的补光设备，大量补光设备无疑增加了生产成本，为了解决这一点有现有技术利用到了移动补光设备，但移动补光设备也无法保证植物种植区域内各种植点位的植物均能够接收到比例、强度适宜及照度均匀的光线；而对于立体架构而言，虽然其能有效增加空间利用率，但是在配合相应的补光设备进行照射时，无非还是利用在每一种植层上都布置光源或者基于立体架构设置可沿竖直方向移动的移动补光设备的手段，但这同样存在光线照射存在光照盲区，且其所能提供的光线照射不均匀的问题。其次，在利用补光设备对植物进行生长照射时，其光源的设计常采用的是按照一定间隙将具有不同发射波长或发光颜色的光源进行组合并可通过电力独立驱动的方式，但
是其忽略了在实际照射时，具有不同发射波长的光源在组合照射时，基于各种植点位与光源之间的距离差异，各种植点位所能接收的实际光照是有所不同的，故采用类似等间距的方式进行光源排布的手段无法满足处于不同位置的植物对于光线的要求，即无法使得各种植点位接收有效均匀、强度适宜及比例合理的光线。因此，现有技术仍然有需要改进的至少一个或几个方面。
7.此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明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。


技术实现要素：

8.针对现有技术之不足，本发明提供了一种植物工厂及植物培养方法，旨在解决现有技术中存在的至少一个或多个技术问题。
9.为实现上述目的，本发明提供了一种植物工厂及植物培养方法，其中，植物工厂至少包括：被配置为用于承载植物以进行植物培育的培育装置，其包括同轴配置的至少一个第一轨道和若干第二轨道。
10.优选地，至少一个第一轨道被构造为按照沿环绕培育装置的轴体成形的方式由轴体远地端向近地端延伸，且第一轨道在沿轴体的远地端向其近地端延伸方向上的曲线围绕半径或其与轴体之间的距离是逐渐增大的。
11.优选地，若干第二轨道被构造为基于第一方向和/或第二方向上的设置间隙错位分布于轴体的周向外侧面，并且沿第一方向观察，在沿轴体的远地端向近地端延伸方向上排布的若干第二轨道的长度是逐渐增大的。
12.优选地，具有第一槽道的第一轨道和具有第二槽道的第二轨道彼此相交以构造出若干错位相邻的用于植物培育的种植部。
13.优选地，若干沿轴体轴向延伸环绕成形的第一轨道彼此能够基于第一方向和/或第二方向上的相同和/或不相同的间隙设置于轴体的周向外侧面，以使得若干第一轨道能够基于该间隙而构造出若干彼此层间距不完全相同的栽培层。基于实际的种植需求，各栽培层所培育的植物可以是相同或不相同，并且基于不同植物在不同生长周期可能具备的生长形态，各植物彼此间至少会在外形体态上存在一定差异，故基于实际需种植的植物类型来调整各栽培层间的层间距以及栽培层所限定范围是为了适应于不同植物的生长特性以及生长表现，以促进其生长发育从而使其表现出最优异的生长状态。优选地，基于第一轨道的设计结构，不仅使得种植于各栽培层上的植物保持优异的生长状态，同时也使得各栽培层之间的有限空间被充分利用。
14.优选地，若干第二轨道与地面彼此之间形成一定的夹角，且第二轨道上的任一一点的曲率是鉴于其与轴体之间的距离的增加而逐渐减小的，以使得用于植物培育的营养液能够基于重力作用下落以对种植部内的植物进行浇灌，并且营养液沿第二轨道延伸方向流动的速率是鉴于第二轨道逐渐减小的曲率而逐渐增大的。
15.优选地，轴体的远地端和其周向外侧面设置有用于对培育装置的种植部内的植物进行生长照射的第一照明组件和第二照明组件，并且第一照明组件被配置为沿轴体径向延
伸的可折叠式线形光源，和第二照明组件被配置为环形光源。
16.优选地，第一照明组件和第二照明组件包括若干个可独立驱动的发光模块，发光模块被配置为由若干个可独立驱动且具有不同发射波长和/或发光颜色的发光单元组合形成。
17.优选地，第一照明组件和/或第二照明组件各自相邻的若干发光模块内的各发光单元的安装间隙是彼此不同的。
18.优选地，第一照明组件的任一发光模块内的各发光单元彼此间的安装间隙是基于该发光模块与轴体之间的距离的增加而逐渐减小的。基于第一照明组件相邻发光模块内的各发光单元彼此安装间隙的不同，以相应减少或增加对应于培育装置的各栽培层上的重合光线，使得照射至培育装置各处的光照强度更加均匀，除防止光线冗余造成浪费使其无法被有效利用之外，同时也防止过强和/或过弱的光照对植物生长带来的抑制作用，其次，基于光的辐射扩散使各发光元件产生的重合光线减少，并扩大其光线所能覆盖的范围。
19.优选地，第二照明组件的任一发光模块内的各发光单元彼此间的安装间隙是基于该发光模块与轴体远地端之间的距离的增加而逐渐减小的。
20.优选地，第一照明组件至少能够通过外部驱动来调节其在对培育装置上的植物进行照射时的照射姿态和/或相应的光源光质，并且外部驱动是按照基于外部检测设备对植物生长状态和/或植物生长环境的监测数据并将其与预设阈值相关联的方式来完成的。
21.优选地，第一照明组件至少能够基于外部驱动而完成以轴体为中心的摆动和围绕轴体的旋转，和/或基于外部驱动调节各发光单元的光源配比。
22.优选地，轴体内部被构造为沿其轴向延伸的中空通道，中空通道内部设置有一用于营养液输送的管道。
23.优选地，管道的外侧面开设有若干沿轴体轴向间隔设置的导出孔，且管道的两端分别连接于第一轨道延伸至轴体内的两端，每个导出孔对应连接于第二轨道延伸至轴体内的一端。
24.优选地，植物工厂至少还包括能够对其内部的培育环境进行实时调节的管理系统，其至少包括：管理装置，其至少能够用于实时接收植物工厂的状态检测数据和经分析计算生成相应的调控数据，并将调控数据下发至对应装置；成像装置，其被配置为实时监视植物工厂内植物的生长状态并生成相关图像，将关于植物生长状态的图像信息发送至至管理装置以生成相应的调控数据；第一检测装置，其被配置为检测关于植物工厂培育环境的若干参数并将若干参数信息传送至管理装置以生成相应的调控数据，从而使得管理装置能够基于该调控数据来调节植物工厂内的培育环境；操作装置，其存储有用于调节植物工厂培育环境的调控信息，并且能够基于管理装置的指令调动及下发相应的调控信息。
25.优选地，管理系统还包括：收发装置，其能够接收由成像装置和/或第一检测装置所上传的相关检测信息并将其发送至管理装置，以及接收由管理装置下发至操作装置的调控信息并将其发送至第一检测装置以及除其之外的其他装置；调节模块，其能够接收由收发装置下发的调控信息，并基于调控信息来调节第一照明组件和/或第二照明组件在进行补光照射时的照射姿态和/或对应的光源光质。
26.优选地，本发明还提供了一种基于植物工厂的植物培育方法，方法至少包括如下步骤：通过管理装置来实时接收植物工厂的状态检测数据并经分析计算生成相应的调控数
据；通过成像装置来实时监视植物工厂内植物的生长状态以生成相关图像，并将关于植物生长状态的图像信息发送至至管理装置以生成相应的调控数据；通过第一检测装置来检测关于植物工厂培育环境的若干参数并将若干参数信息传送至管理装置以生成相应的调控数据，从而使得管理装置能够基于该调控数据来调节植物工厂内的培育环境；基于管理装置的指令，通过操作装置调动及下发存储于其内部的用于调节植物工厂培育环境的相应调控信息；通过收发装置接收由成像装置和/或第一检测装置所上传的相关检测信息并将其发送至管理装置，以及接收由管理装置下发至操作装置的调控信息并将其发送至第一检测装置以及除其之外的其他装置；基于收发装置下发的调控信息，通过调节模块来调节第一照明组件和/或第二照明组件在进行补光照射时的照射姿态和/或对应的光源光质。
附图说明
27.图1是根据本发明所示出一种优选实施方式的第一轨道的结构示意图；
28.图2是根据本发明所示出一种优选实施方式的第二轨道的结构示意图；
29.图3是根据本发明所示出一种优选实施方式的多个第一轨道在沿轴体分布时的示意图；
30.图4是根据本发明所示出一种优选实施方式的第一轨道的俯视图；
31.图5是根据本发明所示出一种优选实施方式的第二轨道的俯视图；
32.图6是根据本发明所示出一种优选实施方式的第一轨道和第二轨道叠加后的俯视示意图，其中种植部由第一轨道和第二轨道叠加构造而成；
33.图7是根据本发明所示出一种优选实施方式的轴体的结构示意图；
34.图8是根据本发明所示出一种优选实施方式的第一照明组件的结构示意图；
35.图9是根据本发明所示出一种优选实施方式的第一照明组件在其中一种照射状态下的位置示意图；
36.图10是根据本发明示出的一种优选实施方式的控制原理图。
37.附图标记列表
38.1：培育装置；2：管理系统；10：植物培育架；101：轴体；102：第一轨道；103：第二轨道；101a：近地端；101b：远地端；21a：第一照明组件；21b：第二照明组件；1010：中空通道；1011：管道；1012：导出孔；1020：第一槽道；1030：第二槽道；210：发光模块；210a：第一发光单元；210b：第二发光单元；210c：第三发光单元；p：种植区；201：管理装置；202：第一通讯装置；203：第二通讯装置；204：操作装置；205：收发装置；206：成像装置；207：电力装置；208：调节装置；209：第一检测装置；210：第二检测装置；21：照明装置。
具体实施方式
39.下面结合附图进行详细说明。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，“第一方向”是指平行于地面或x轴的方向，“第二方向”是指垂直于地面或平行于y轴的方向。
42.本发明提供了一种植物工厂及植物培养方法，可以包括以下部件之一：设置于植物工厂内的若干个用于承载植株以进行植物培育的培育装置1和基于植物种类、生长周期及发育水平来对植物工厂的培育环境进行实时调节的管理系统2。
43.根据一种优选实施方式，培育装置1至少包括植物培育架10，植物培育架10可以包括轴体101、至少一个按照螺旋环绕的方式分布于轴体101周向外侧面的第一轨道102、若干个分布于轴体101周向外侧面且彼此沿轴体101轴向间隙设置的第二轨道103。优选地，轴体101靠近地面的一端被定义为近地端101a，其远离地面的一端被定义为远地端101b。
44.根据一种优选实施方式，如图1所示，第一轨道102被构造为沿轴体101轴向延伸并按照以轴体101轴线为起点以大致呈圆形螺旋扩散的方式所形成的螺旋轨道。优选地，具有螺旋扩散的形状可以包括规则螺旋和/或不规则螺旋，只要满足曲线上的沿规定方向延伸的每一个点与轴体101的垂直距离呈现逐渐增大或减小的姿态即可。
45.根据一种优选实施方式，第一轨道102沿轴体101轴向延伸围绕后形成若干彼此之间层间距不完全相同的栽培层。至少一个栽培层所具备的范围可以被限定为由第一轨道102围绕轴体101所形成的一个完整平面、二分之一平面或其他选择，这主要取决于各栽培层的种植需求，因为各栽培层所培育的植物可以是相同或不相同，并且基于不同植物在不同生长周期可能具备的生长形态，各植物彼此间至少会在外形体态上存在一定差异，故基于实际需种植的植物类型来调整各栽培层间的层间距以及栽培层所限定范围是为了适应于不同植物的生长特性以及生长表现，以促进其生长发育从而使其表现出最优异的生长状态。优选地，基于第一轨道102的设计结构，不仅使得种植于各栽培层上的植物保持优异的生长状态，同时也使得各栽培层之间的有限空间被充分利用。
46.根据一种优选实施方式，第一轨道102被配置为以轴体101为旋转中心，沿轴体101的远地端101b按照环绕轴体101成形的方式向其近地端101a延伸，且第一轨道102在沿轴体101的远地端101b向其近地端101a延伸方向上的曲线围绕半径或其与轴体101之间的垂直距离呈现几何级数和/或等比例增大的姿态。可选地，第一轨道102靠近于远地端101b一侧的至少部分轨道具有较小的曲线围绕半径或其与轴体101之间的垂直距离较近。而第一轨道102靠近于近地端101a一侧的至少部分轨道具有较大的曲线围绕半径或其与轴体101之间的垂直距离较远，这是考虑到处于远地端101b的植株距离光源较近，其相较于底端的植株接收的光照更多或更强。而处于近地端101a的植株距离光源较远，其相较于顶端的植株接收的光照更少或更弱。优选地，可在相对靠近于远地端101b的至少部分轨道内种植喜光型植物或者长光照周期的植物，或者基于较小的曲线围绕半径种植体型较小的植物；而在相对靠近于近地端101a的至少部分轨道内种植耐弱光型植物或者短光照周期的植物，或者基于较大的曲线围绕半径种植体型较大的植物。进一步地，第一轨道102的内侧被构造为沿其环绕方向延伸的同第一轨道102形状匹配的第一槽道1020，该第一槽道1020配置为用于承载、培育植物以及输送营养液。
47.根据一种优选实施方式，如图3所示，轴体101的周向外侧面可设置有若干个第一轨道102。具体地，若干第一轨道102可按照彼此在第一方向和/或第二方向上基于一定间隙而螺旋环绕的方式设置于轴体101周向外侧面。可选地，若干第一轨道102在第一方向和/或
第二方向上的彼此间隙可以是相同或不相同，这取决于通过植物培育架10培育的植物类型，为了适应于不同植物的生长形态或对于光照的需求，通过调整若干第一轨道102彼此的间隙来使得位于多个第一轨道102上的每一栽培层中的每一种植点位的植物都能接收到适宜的光照以及顺应自身的生长特点而进行最大限度的生长，如图6。优选地，以轴体101为中心，在沿第一方向远离于轴体101的方向上，若干第一轨道102均是按照其整体体积呈现几何级数和/或等比例增大的方式排布的，或若干第一轨道102处于同一平面内的至少部分轨道的曲线半径是呈现几何级数和/或等比例增大的姿态的。并且相较靠近于轴体101的第一轨道102的整体体积是小于相较远离于轴体101的第一轨道102的整体体积的，即沿第二方向俯视观察，由若干第一轨道102构造出的若干栽培层是呈现彼此交错的姿态的，如图6。优选地，基于植物生长时的趋光性，使彼此交错的若干第一轨道102的不同栽培层上的植物均能最大程度的暴露于光照之下且接收比例合理、强度适宜的光照，以使其能够最大限度地保持例如竖直向上生长的优异生长状态。
48.根据一种优选实施方式，轴体101的至少部分周向外侧面设置有大致呈环形的第二照明组件21b。轴体101的远地端101b设置有可活动的大致呈线性的多个第一照明组件21a。具体地，第一照明组件21a可以是折叠式的，这是考虑到在不需要额外通过补光照明设备而只需利用自然光或者太阳光对植物进行生长照射时，位于第一轨道102上方的第一照明组件21a会对其下方的至少部分植株造成遮挡，从而阻碍一部分阳光照射至被遮挡的植株表面使其较其他植株而言，表现出生长迟缓等现象，因此可通过手动或基于外部驱动的方式使第一照明组件21a朝靠近于轴体101的方向进行折叠，以减少其对照射光线的阻挡从而使得处于第一轨道102上的若干植株均能接收到均匀的光线以进行正常的生长发育。或者通过手动或基于外部自主驱动的方式使至少一个第一照明组件21a朝靠近于轴体101的方向收拢，即第一照明组件21a与轴体101呈彼此平行的状态，以消除由于第一照明组件21a对部分光线形成照射阻碍从而对植物生长发育造成的影响。
49.根据一种优选实施方式，第二照明组件21b能够以轴体101为中心沿其径向向外发射大致呈环状光线的方式来对呈螺旋形的第一轨道102上的植株进行光线补充照射。具体地，在通过第一轨道102上方的第一照明组件21a对其下方的植物进行生长照射时，除理想化状态之外，部分植株在生长过程中难免会对彼此造成光线阻挡，例如相对靠近于顶部的植物会对其下方的植物造成光线阻挡；或者由于第一照明组件21a的转动和/或摆动照射，在对第一轨道102上的植物进行照射时，至少存在一部分光照盲区，例如相对靠近于轴体101的第一轨道102的至少部分轨道可能会被其外围的第一轨道102所阻挡。因此，基于此种情况，有至少一部分植物是无法利用其叶片接收有效的光照以进行生长发育所需的光合作用的，故第二照明组件21b可用于配合第一照明组件21a从相对内侧对第一轨道102上的植物进行补光照射，即当利用第一照明组件21a无法满足理想化的光线全覆盖时，可配合第二照明组件21b来从多个角度对植物进行照射。优选地，考虑到植物生长的趋光性，第二照明组件21b与第一照明组件21a的光照强度可以是彼此相同或不同的，其目的是为了使各栽培层上的植物能够按照最优异的生长姿态进行生长，除了使其具备良好的品质之外，也是为了充分利用各第一轨道102及其栽培层上的种植空间。进一步地，第二照明组件21b与第一照明组件21a的光照强度之比可以根据各栽培层上的植物实时生长状态来调节。具体地，可通过诸如摄像设备来检测植物的实时生长状态。例如，当第一轨道102上的植物呈现趋近于
轴体101弯曲的生长姿态时，可以适当增大第一照明组件21a与第二照明组件21b的光照强度之比，以使植物尽可能保持竖直生长的姿态。
50.根据一种优选实施方式，第一照明组件21a可以呈与地面大致平行且的状态对第一轨道102上的植株进行生长照射。或者呈与由第一轨道102经环绕成形的大致呈圆锥体结构的母线平行的状态对第一轨道102上的植株进行生长照射，如图9所示。优选地，第一照明组件21a是可通过设置于轴体101远地端101b的旋转组件以绕轴体101旋转的方式来提供大致呈圆台形和/或圆锥形的光线覆盖区给位于第一轨道102上的植物的。对于旋转组件的具体结构并无任何限定，采用现有技术中常用的能够使第二照明组件21b绕轴体101旋转的结构即可。优选地，相比于现有技术中的具有较大光线覆盖面积的静态光源，本发明实施例中的第一照明组件21a被配置为动态可移动的线性光源，即使得通过第一照明组件21a出射的光线更为集中从而提高相应的照射强度，且动态光源使得对应的照射盲区大大减小，使得更多的叶片能够接收到光线，同时使得叶片表面纤毛对光线的阻挡作用也大大减弱，从而使得叶片其他部分例如叶背侧的光线感受部位也能得到更多的光线照射，这样更有利于植物的均匀生长。
51.根据一种优选实施方式，在第一照明组件21a对位于其下方的植株进行照射时，其具体的摆放姿态是通过手动或外部自主驱动的方式完成的，并且对于外部自主驱动而言，其具体摆放姿态的调节是基于外部设备对植物生长状态或植物生长环境的监测来完成的。进一步地，对植物生长状态的监测可采用现有技术中常用的通过诸如摄像设备来检测植物叶片面积、植物生长高度的方式来完成；对植物生长环境的监测可通过利用传感器来检测植物生长区域内的空气湿度、温度、光照强度、co2或o2浓度等参数的方式来完成。
52.优选地，当摄像设备采集到到位于第一轨道102上端的栽培层上的植物生长状态图像后，由外部控制装置或中控装置分析其图像并与数据库内的标准数据进行比对，当例如植物叶片面积达到预设的生长阈值时，外部控制装置或中控装置可驱动第一照明组件21a向远离于轴体101的方向展开，并且此时位于下端栽培层上的植物可能还未满足相应的生长阈值，由于第一照明组件21a的尾端与下端栽培层的距离增大，因此光照强度会有所降低，则可通过外部驱动来增强第一照明组件21a远离于轴体101一侧的发光元件的发光强度以及适当调整第一照明组件21a其他区段的发光元件的发光强度从而适应基于光距改变而引起的光照强度的改变。
53.或者，当摄像设备采集到第一轨道102至少部分栽培层上的植物生长状态图像后，由外部控制装置或中控装置分析其图像并与数据库内的标准数据进行比对，当例如植物叶片面积达到预设的生长阈值时，外部控制装置或中控装置可驱动第一照明组件21a向靠近和/或远离于轴体101的方向收拢和/或展开，以及通过旋转组件驱动第一照明组件21a转动，而对于其他区域内的未满足相应生长阈值的植株而言，则可通过基于外部驱动来调节第一照明组件21a不同区段的发光元件的发光强度的方式来满足对应区域内的植株对于生长光线的需求。
54.优选地，当传感器检测到位于第一轨道102至少部分区域内的co2浓度、o2浓度或其浓度比之后，由外部控制装置或中控装置分析数值并与标准数据进行比对，当co2浓度、o2浓度或其浓度比达到预设阈值时，例如，当co2浓度低于一定阈值且o2浓度高于一定阈值或其浓度比高于一定阈值时，可认为该区域内的植株的净光合作用较强，则可基于外部控制装
置或中控装置的驱动来调节第一照明组件21a的收拢和/或展开，以及通过旋转组件驱动第一照明组件21a转动以降低相应满足于预设阈值区域的光照，和/或增强未满足于预设阈值区域的光照。
55.根据一种优选实施方式，第一照明组件21a和第二照明组件21b可由若干个可独立驱动的发光模块210组合形成。具体地，每个发光模块210被配置为由若干可独立驱动且具有不同发射波长或发光颜色的发光单元组合形成。进一步地，每个发光模块210内配置有第一发光单元210a、第二发光单元210b以及第三发光单元210c。
56.可选地，第一发光单元210a被配置为具有620nm～760nm发射波长的红色led光源。第二发光单元210b被配置为具有400nm～450nm发射波长的蓝色led光源。第三发光单元210c被配置为具有492nm～577nm发射波长的绿色led光源。
57.优选地，通过独立驱动具有不同发射波长的第一发光单元210a、第二发光单元210b以及第三发光单元210c以向第一轨道102上的植株提供满足其不同生长需求所需的光线。例如，具有400nm～450nm发射波长的蓝色led光源可用于促进植物叶茎的生长，具有620nm～760nm发射波长的红色led光源可用于促进植物开花结果，以及具有492nm～577nm发射波长的绿色led光源可用于延缓叶片衰老。
58.优选地，可通过同时驱动第一发光单元210a、第二发光单元210b以及第三发光单元210c以复合形成近似于自然光线的复合光线，并通过调整各发光单元的强度占比来改变复合光线的光质以改变对植物的照射效果从而使其能够基于优异照射环境表现出最佳的生长状态。具体地，可适当增强红光占比减小蓝光占比，这不仅是由于过高含量的蓝光可能会延缓或抑制植物生长、阻碍其合成碳水化合物等，同时也是由于蓝光对于人眼存在一定的伤害。例如，对于某些叶菜植物而言，其在苗期所需红蓝光比例有一定要求，为了增加相应叶菜在苗期的苗质量并防止其徒长，可适当调低红蓝光比例。
59.根据一种优选实施方式，若干第一轨道102被配置为以轴体101为旋转中心，从轴体101的远地端101b按照环绕轴体101成形的方式向其近地端101a延伸，且第一轨道102在沿轴体101的远地端101b向其近地端101a延伸方向上的曲线围绕半径或其与轴体101之间的垂直距离呈现几何级数和/或等比例增大的姿态，因此，为了适应基于第一轨道102的设计结构而产生的光照需求，第一照明组件21a内的由若干可独立驱动且具有不同发射波长或发光颜色的发光单元组合形成的发光模块210被配置为：沿大致呈线性的第一照明组件21a的排布方向上观察，各发光模块210内的第一发光单元210a、第二发光单元210b以及第三发光单元210c彼此的安装间隙是呈现等比例增大或减小的，如图8。即相对靠近于轴体101一侧的发光模块210内的第一发光单元210a、第二发光单元210b以及第三发光单元210c彼此的安装间隙是大于相对远离于轴体101一侧的发光模块210内的第一发光单元210a、第二发光单元210b以及第三发光单元210c彼此的安装间隙的。优选地，具体的安装间隙可以根据第一轨道102具体的设计结构并通过公式计算适宜光量子通量及光量子通量密度等参数来得出。
60.根据一种优选实施方式，各发光模块210内的各发光元件间的安装间隙彼此不同是考虑到第一照明组件21a自身光质组合、配比及其强度对位于其下方的第一轨道102上的植株所产生的照射影响。具体地，在具有不同发射波长的发光元件交替排列并同时发光时，其所产生的至少一部分光线是重合的，同样地，由各发光元件组成的发光模块210所产生的
至少一部分光线也是重合的，因此其重合部分区域的光线具有较高的光量子通量，而其他非重合部分区域的光线具有较低的光量子通量，此种非均匀性出射的光线对于植物生长而言是不利的，尤其是对应于本发明中第一轨道102的螺旋式多层结构。
61.根据一种优选实施方式，在第一照明组件21a基于自身的水平姿态对其下方的位于第一轨道102若干栽培层上的植物进行照射时，如果利用同样的安装间隙及光照射强度对植物进行照射，基于每一栽培层上的植物在沿第二方向上与第一照明组件21a彼此不同的光距，每一栽培层上的植物所能利用到的有效光照是不同的，特别地，尤其是位于第一轨道102底部栽培层上的植物所能接收的光照是更加有限的。进一步地，由于本发明中的第一轨道102在沿轴体101的远地端101b向其近地端101a延伸方向上的曲线围绕半径或其与轴体101之间的垂直距离是呈现几何级数和/或等比例增大的姿态的，因此，为了适应于第一轨道102围绕半径的变化以满足对各栽培层植物的均匀光照，第一照明组件21a内的各发光元件彼此的安装间隙是随着第一轨道102在沿轴体101的远地端101b向其近地端101a延伸方向上的呈现几何级数和/或等比例增大的曲线围绕半径而逐渐减小的，即相较靠近于第一轨道102远地端101b的至少部分植物距离第一照明组件21a较近，其能接收的有效光照较强，故对应于该处的各发光元件彼此的安装间隙是较大的，以减少因部分光线重合所产生的较高的光量子通量，避免该处植物接收过强的光照，除防止该处光线冗余造成浪费使其无法被有效利用之外，也可防止过强的光照对植物生长带来的抑制作用，同时，基于光的辐射扩散使各发光元件产生的重合光线减少，并扩大其光线所能覆盖的范围。
62.根据一种优选实施方式，第一照明组件21a靠近于轴体101一侧的发光模块210内的各发光元件的安装间隙较大，则其复合重叠照射至第一轨道102远地端101b的至少部分植物的光线强度有所降低，并且使得该处发光元件产生的光线也能够更多地照射至其余栽培层上的植物，例如相对远离于远地端101b的栽培层上的植物，以此来降低照射至远地端101b的至少部分植物的冗余光线的比例和提高照射至其余栽培层上的至少部分植物的有效光线的比例。另一方面，第一照明组件21a远离于轴体101一侧的尾端的发光模块210内的各发光元件的安装间隙最小，同理，相较靠近于第一轨道102近地端101a的至少部分植物距离第一照明组件21a较远，其能接收的有效光照较弱，故对应于该处的各发光元件彼此的安装间隙是较小的，以增加因部分光线重合所产生较高的光量子通量，避免该处植物所接收的复合光照过低，增加该处植物所需光照使其对光线的利用率增加，也避免光照强度过低对植物生长带来的抑制作用，同时，基于光的辐射扩散使各发光元件产生的重合光线增多，以减小其光线的分散使更多的光线能够集中于该处从而提供较强的光照。
63.根据一种优选实施方式，第一照明组件21a靠近于轴体101一侧的发光模块210内的各发光元件的安装间隙较大，则其复合重叠照射至第一轨道102远地端101b的至少部分植物的光线强度有所降低，并且使得该处发光元件产生的光线也能够更多地照射至其余栽培层上的植物，例如相对远离于远地端101b的栽培层上的植物，以此来降低照射至远地端101b的至少部分植物的冗余光线的比例和提高照射至其余栽培层上的至少部分植物的有效光线的比例。优选地，基于第一照明组件21a内的各发光元件的安装间隙的排布方式，在通过调节第一照明组件21a的摆放姿态以对第一轨道102上的植物进行生长照射时，可基于第一照明组件21a与各栽培层上的植物之间的距离通过调节第一照明组件21a不同区段内的各发光元件的光源配比及强度的方式来适应因光距变化而引起的光照强度的变化。例
如，当第一照明组件21a尾端的发光模块210靠近第一轨道102底部栽培层上的植物时，可相应减小该区域发光模块210内各发光元件的发光强度以提供适宜的光照强度，或者基于底部栽培层上的植物的生长特性，适当调整各发光元件的占比以提供适宜的光源配比。
64.根据一种优选实施方式，第二照明组件21b的各发光模块210中的各发光单元彼此间的安装间隙的设置方式与第一照明组件21a是相同的。具体地，在沿轴体101远地端101b向近地端101a延伸方向上，第二照明组件21b的各发光模块210中的各发光单元彼此间的安装间隙是呈现依次减小的状态的。由此而言，第二照明组件21b沿轴体101轴向上的且靠近其远地端101b一侧的发光模块210内的各发光元件的安装间隙较大，而第二照明组件21b沿轴体101轴向上的且靠近其近地端101a一侧的发光模块210内的各发光元件的安装间隙较小。
65.优选地，第一轨道102靠近于轴体101远地端101b一侧的部分轨道围绕半径较小或其与轴体101的距离较近，则该部分轨道所能接收到的有效光照相较于其下方部分轨道更多或更强，因此为了减少照射至该部分轨道的重叠光线、降低整体的照射强度以及提高光线的综合利用率，使得对应于该部分轨道的发光模块210内的各发光元件彼此间具有较大的安装间隙，同时也能使该处发光模块210所产生的光线更多地照射至其余栽培层上的植物，以此来降低照射至远地端101b的至少部分植物的冗余光线的比例和提高照射至其余栽培层上的至少部分植物的有效光线的比例。
66.优选地，第二照明组件21b沿轴体101轴向上的且靠近其近地端101a一侧的发光模块210内的各发光元件的安装间隙较小，同理，相较靠近于第一轨道102近地端101a的至少部分植物距离第二照明组件21b较远，其能接收的有效光照较弱，故对应于该处的各发光元件彼此的安装间隙是较小的，以增加因部分光线重合所产生较高的光量子通量，避免该处植物所接收的复合光照过低，增加该处植物所需光照使其对光线的利用率增加，也避免光照强度过低对植物生长带来的抑制作用，同时，基于光的辐射扩散使各发光元件产生的重合光线增多，以减小其光线的分散使更多的光线能够集中于该处从而提供较强的光照。进一步地，具体的安装间隙可以根据第一轨道102具体的设计结构并通过公式计算适宜光量子通量及光量子通量密度等参数来得出。
67.根据一种优选实施方式，如图2和图5所示，轴体101的周向外侧面分布有若干沿其轴向间隔设置的具有不同长度的第二轨道103。具体地，第二轨道103大致呈向地面倾斜的状态，和地面构成一定的夹角。优选地，倾斜态有利于液体借助重力作用而顺势下落。进一步地，第二轨道103的内侧被构造为第二槽道1030，该第一槽道1020被配置为用于承载第一轨道102和输送营养液。第一轨道102和第二轨道103同轴设置。并且若干第一轨道102和若干第二轨道103按照其各自的槽道彼此相交的方式在第一轨道102的各栽培层上构造出若干用于植物培育的种植部区p，如图6。特别地，沿第二方向俯视观察，相邻栽培层上的种植部区p彼此是按照一定间隙错位排布的，这是为了增加对第一方向和第二方向上的种植空隙的利用率。
68.根据一种优选实施方式，沿第二方向上俯视观察，若干第二轨道103的长度在沿轴体101的远地端101b向近地端101b排布的方向上是呈现依次增大的姿态的，如图2和图5。具体地，靠近于轴体101远地端101b的第二轨道103的长度最短，靠近于轴体101近地端101b的第二轨道103的长度最长。进一步地，各第二轨道103沿轴体101轴向上的长度差异是根据第
一轨道102的结构来设定的。因第一轨道102在沿轴体101的远地端101b向其近地端101a延伸方向上的曲线围绕半径或其与轴体101之间的垂直距离是呈现几何级数和/或等比例增大的姿态，故相对靠近于远地端101b的第二轨道103需要承载曲线围绕半径较小或数量更少的第一轨道102，而相对靠近于近地端101a的第二轨道103需要承载曲线围绕半径较大或数量更少的第一轨道102。
69.根据一种优选实施方式，若干第一轨道102和若干第二轨道103按照其各自的槽道彼此相交的方式在第一轨道102的各栽培层上构造出若干用于植物培育的种植部区p。优选地，第一轨道102各栽培层内的若干种植部区p彼此的间隙可以是相同或不相同的，这主要取决于各栽培层内所培育植物的类型以及使有限的空间能够被充分利用，在调整第一轨道102的数量、彼此的间距以及各栽培层的层间距的同时，也可调整第二轨道103的数量及彼此的间距来改变种植部区p的数量及彼此的间距，以充分利用第一轨道102各栽培层内的种植空间，并且使各栽培层内的植物能够接收到更多的光照。
70.根据一种优选实施方式，本发明能够适配于已知的水培法和/或汽培法的植物培育方式。优选地，以水培法为例，在对由第一轨道102和第二轨道103配置形成的若干种植部区p内的植物进行培育时，营养液可基于重力原因沿着第一轨道102的第一槽道1020向下流动，并在达到相应种植部区p时将植物根系浸湿，使得各种植部区p内的植物能够吸收营养液所供给的营养物质从而促进其生长。
71.根据一种优选实施方式，如图1
‑
6所示，轴体101是垂直于第一轨道102的沿轴体101轴向分布的若干个由第一轨道102围绕其旋转形成的呈圆形、椭圆形或螺旋形的平面的。优选地，轴体101内部被配置为沿其轴向延伸的中空通道1010。进一步地，该中空通道1010内设置有一用于输送营养液的管道1011。该管道1011的周向外侧面开设有若干沿其轴向间隔错位设置的导出孔1012，如图7。
72.根据一种优选实施方式，每个导出孔1012均与第二轨道103延伸至轴体101内的一端连接。优选地，在管道1011内可设置有离心泵等类型的液体抽取设备，以将流至管道1011底部的营养液沿着管体1011延伸方向抽取至管体1011顶部，并营养液在被抽吸至各导出孔1012时，能够经由各导出孔1012流入至各自对应的第二轨道103的第二槽道1030内，并基于因第二轨道103倾斜状态所带来的重力作用而向下流动。进一步地，管道1011的分别靠近于轴体101近地端101a和远地端101b的两端与第一轨道102延伸至轴体101内的两端相连接，以使得沿第一轨道102的第一槽道1020流动的营养液能够最终流入管道1011内，并且在其被抽取至管道1011顶部时，能够再次流入第一轨道102的第一槽道1020内，从而重复上述的营养液浇灌过程。
73.根据一种优选实施方式，呈弧形的第二轨道103上的任一一点的曲率是鉴于其与轴体101之间的距离的增加而不断减小的。换而言之，第二轨道103的曲率是沿其延伸方向而呈现不断减小的趋势的。优选地，基于重力作用，营养液将沿第二槽道1030的延伸方向流动，在其流动过程中，位于第二轨道103顶部种植部区p内的植物先与营养液接触，之后营养液再与第二轨道103下方种植部区p内的植物先与营养液接触，由于第二轨道103的曲率是不断减小的，营养液在位于第二轨道103顶部种植部区p内的停留时间是较长的，因为较大的曲率对于营养液的流动具有一定的暂缓作用，使得其能够与顶部种植部区p内的植物的接触时间更长，从而增加对应植物对营养液中营养物质的有效吸收，并且随着第二轨道103
延伸方向上的曲率的不断减小，营养液的流动速率逐渐加快，其与第二轨道103底部种植部区p内的植物的接触时间逐渐减小，这是考虑到第二轨道103顶部种植部区p内的部分营养液会因种植部区p所能提供的营养液留存空间有限，或者基于曲率特征所能提供的暂缓作用有限，使得位于顶部种植部区p内的部分营养液会继续向下流动，以此来补充底部种植部区p内营养液不足的问题，同时，也是为了防止营养液浓度过高造成底部种植部区p内植物的烧苗等现象。
74.根据一种优选实施方式，还可在处于种植部区p内的植物根系附近，优选地例如植物根部上方设置涂覆有荧光粉发光材料的发光板，以向植物根系提供无光的生长环境，并且在第一照明组件21a和/或第二照明组件21b发射的至少一部分光线穿过植物叶片之时，所述涂覆有荧光粉发光材料的发光板接收光线并被激发从而发射出一定波长的光线。
75.根据一种优选实施方式，当发光板上的荧光粉发光材料被激发并发射出一定波长及强度的光线后，可通过光学检测元件探测发光板所发射出的光线以用于判定植物叶片的生长状态或进展，例如处于不同生长状态下的叶片所能接受和/或透过的光线的量是不同的，其在一定程度上反映了植物处于何种生长周期之下，以及植物当前的生长速率等。优选地，光学检测元件的设置位置不作具体限定，只要能完成光线接收及检测即可，在本实施例中例如光学检测元件可设置在位于植物上方的栽培层的底部，以对处于栽培层下方的发光板所发射出的光线进行接收及检测。进一步地，通过发射光线的差异及变化判断植物生长状况，并且根据植物生长状况能够进一步判断植物生长环境下的其他各项参数例如温度、水分、co2浓度等是否供应充足或过量。优选地，例如当光照强度一定时，植物的光合作用在至少部分时间内是随着co2浓度升高而增强的，并且在co2浓度达到阈值时，co2浓度对光合作用的影响很小，但会使得呼吸作用持续减弱，则植物的净光合速率降低会影响植物的生长发育。
76.根据一种优选实施方式，可将不同类型的植物及其对应的生长周期，以及处于不同生长周期下的不同植物所需光线的类型、照射时间及其强度等彼此相互关联以建立适用于植物工厂的光配方数据库，以基于该光配方数据库为不同类型的植物设定适宜的生长方案，从而在种植不同植物时，只需调用与之相关的生长方案即可。例如，对于生菜而言，其在育苗期需要时长2h、强度100％的照射光线；对于花椰菜而言，其在品质形成期需要时长2h、强度60％的照射光线。优选地，不同植物生长方案中的照射时长和照射强度是可以自定义的，即为了满足于植物生长的最佳状态，光强和时长彼此间可以以不同的方式进行组合。进一步地，光配方数据库是可以根据植物种类以及环境参数等数据的改变保持不断更新的状态的，以使得种植于植物工厂内的植物均相应配置有满足于不同种植需求的生长方案。
77.根据一种优选实施方式，如图10所示，用于调节植物工厂内部培育环境的管理系统2可以包括设置于植物工厂外部的用于驱动或调节植物工厂内部培育环境的管理装置201、第一通讯装置202以及设置于植物工厂内的第二通讯装置203、操作装置204、收发装置205、成像装置206、电力装置207、调节装置208、第二检测装置209、第一检测装置210以及照明装置21，其中，照明装置21至少包括前述的第一照明组件21a和第二照明组件21b。优选地，管理装置201可以是计算机、平板电脑及手机等多种移动终端设备中的一种或其结合。优选地，通过管理装置201可以设定及运行管理系统2的调控程序，控制成像装置206的运行并实时查看由成像装置206所上传的植物工厂内的环境图像信息，以及基于植物工厂内植
物实时的生长状态来调节安装于植物培育架10上的照明装置21的照明姿态及其光源的配比、强度等。
78.根据一种优选实施方式，第一通讯装置202可以为局域网设备。第二通讯装置203可以为有线/无线路由器。收发装置205可以为网关服务器。成像装置206可以为摄像机、照相机及其他拍摄设备中的一种或其结合。电力装置207被配置为用于向系统中的其他装置输出电力。调节装置208被配置为用于调节照明装置21的照射状态。第二检测装置209被配置为用于检测电力装置207向系统中其他装置所输出电能的电流或电压。第一检测装置210包含若干能够分别用于检测植物工厂内的空气湿度、温度、光照强度、co2或o2浓度、电流及电压等参数的传感器。上述装置均可通过有线或无线方式进行连接。
79.根据一种优选实施方式，管理装置201可以对从例如成像装置206、第二检测装置209或第一检测装置210采集到的图像或数字信息进行分析，以确认植物工厂内的植物培育环境及对应植物的生长状态。优选地，当第一检测装置210将植物工厂内的诸如空气湿度、温度、光照强度、co2或o2浓度等参数信息通过网络上传至管理装置201时，若有至少一项参数不符合预期目标或超出预设阈值，则此时植物工厂内的培育环境可能并不是植物生长的最佳培育环境，则可通知植物工厂相应的管理者来通过操作装置204对诸如新风设备、温度管理设备的参数进行调节，以维持植物工厂内良好的培育环境；或者当成像装置206将诸如植物生长高度、植物叶片面积等与植物生长状态相关的图像信息通过网络上传至管理装置201时，若有至少一项参数不符合预期目标或超出预设阈值，则此时植物工厂内的植物所接受的光照条件可能不是最适宜的，则可通知植物工厂相应的管理者来通过操作装置204调节照明装置21的相应参数，以改变照明装置21的诸如光源配比、发光强度，从而向植物工厂内的植物提供适宜的光照条件。
80.根据一种优选实施方式，第一通讯装置202用于建立设立在植物工厂外部的管理装置201和设立在植物工厂内部的第二通讯装置203之间的连通讯接。优选地，第一通讯装置202包括有线/无线形式。
81.根据一种优选实施方式，第二通讯装置203用于实现管理装置201和操作装置204、或管理装置201和成像装置206间信息的有线/无线传输以及信号转换等。优选地，通过第二通讯装置203可以搜寻植物工厂内可用的操作装置204及成像装置206，并能够与其匹配连接。
82.根据一种优选实施方式，操作装置204可以是设置于植物工厂内部的计算机设备。进一步地，在操作装置204内置的存储器中配置有关于空气湿度、温度、光照强度、co2浓度、电流及电压等参数的调控信息。优选地，通过操作装置204可以向调节装置208、第二检测装置209、第一检测装置210发送不同的调控信息。具体地，管理者可通过操作装置204结合其所接收到的来自于管理装置201的指令选择符合不同调控要求的调控信息，并通过收发装置205发送至调节装置208、第二检测装置209或第一检测装置210。
83.根据一种优选实施方式，收发装置205能够接收操作装置204的调控信息，并进一步地将该调控信息发送至调节装置208、第二检测装置209或第一检测装置210。优选地，收发装置205将关于波长、发光强度等的调控数据发送至调节装置208以通过其调节照明装置21的照明姿态及其光源发光特性。例如，可控制前述第一照明组件21a的展开、收拢和/或旋转，以及调整第一发光单元201a、第二发光单元201b和第三发光单元201c的强度占比从而
改变第一照明组件21a和/或第二照明组件21b的光质。收发装置205将关于电流、电压的调控数据发送至第二检测装置209以通过其调节电力装置207的电能输出特性。收发装置205将关于温度、湿度等的调控数据发送至第一检测装置210以基于该调控数据来维持植物工厂内稳定的培育环境。
84.根据一种优选实施方式，成像装置206能够基于管理装置201的远程调控来实时监测植物工厂内部的植物生长状态以及照明装置21的运行状态，并将其采集到的图像数据发送至管理装置201。进一步地，当植物工厂内的植物生长状态或照明装置运行状态出现异常时，管理装置201可以向管理者发送警示信息，以提醒其及时调整植物培育架10上的植物姿态或者对照明装置21进行检修更换等。
85.根据一种优选实施方式，第二检测装置209将电力装置207向系统中的例如调节装置208、照明装置21等其他装置所输出电能的电流或电压经模数转换后形成电力信息并依次通过第二通讯装置203和收发装置205将其发送至管理装置201。管理装置201基于该电力信息通过分析计算生成相关的电力调节数据并发送至操作装置204。进一步地，管理者可将发送至操作装置204的电力调节数据通过收发装置205发送至第二检测装置209，并基于该电力调节数据重新设定电力装置207的电力输出特性。优选地，通过此种方式可大大减小电力装置的输出损耗，提高用电效率，以减少资源的浪费，同时，节省的电能可用于成像装置206对植物工厂的状态监测、第一检测装置210对于植物工厂内部环境参数的测量以及照明装置21对于植物的生长补光等。
86.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。