用于照射室内耕作环境中的植物的方法和系统与流程

1.本公开内容涉及园艺照明，并且具体地涉及用于调整环境参数以改善高强度照明下的作物生长的系统和方法。


背景技术：

2.园艺照明是室内耕作环境的重要部分。传统地，高压钠(hps)灯用于室内耕作照明。最近，发光二极管(led)已经变得更加流行，因为发光二极管比hps灯消耗更少的电力并且更成本有效。另外，led生成较少热量，并且因此在照射植物时意外使植物过热的危险较小。
3.诸如强度、波长和照明持续时间(例如，光周期)的各种光参数可能对各种作物的生长具有大的影响。诸如温度、湿度、水质和土质的其他环境参数也影响植物生长。这些参数中的一些可能是相互关联的。例如，一个参数的改变可能影响植物生长的轨迹(例如，通过改变成熟以前的时间或者改变植物上的叶子或果实的品质)，除非其他参数也改变以进行补偿。
4.园艺照明的一个重要照明参数是光合光子通量密度(ppfd)。ppfd 是每单位时间在特定区域(例如，生长区域)上接收到多少光的量度，并且以微摩尔每平方米每秒(μmol/m2/s)为单位测量的。当使用led器材来使植物生长时，监控由植物接收到的ppfd是重要的。如果ppfd太低，则植物将没有接收到足够的光以进行充分的光合作用并且不能适当地生长。相反，如果ppfd太高，则高强度实际上可能引起对植物组织的损伤而基本上不增加光合作用的速率。因此，每种类型的作物通常具有针对最优生长的理想的ppfd范围。例如，对于工业大麻植物，一般建议使ppfd 在650μmol/m2/s至950μmol/m2/s范围内，并且不建议超过1000 μmol/m2/s。然而，在高ppfd条件下种植植物存在一定的优势，包括较高的作物产量。因此，本领域需要在高ppfd条件下确保植物健康生长的系统和方法。


技术实现要素：

5.本文公开的各种实现方式包括照射室内耕作环境中的植物的方法。该方法包括：在日间时段中使用一个或更多个照明器材以约1500μmol/m2/s 的光强度照射一个或更多个植物，其中，每个照明器材包括一个或更多个发光二极管(led)；确定室内耕作环境的日间温度是否在日间温度范围内；响应于确定室内耕作环境的日间温度在日间温度范围之外，将日间温度调整成在日间温度范围内；确定室内耕作环境的日间湿度是否在日间湿度范围内；以及响应于确定室内耕作环境的日间湿度在日间湿度范围之外，将日间湿度调整成在日间湿度范围内。
6.在一些实现方式中，该方法还包括：在夜间时段中关闭一个或更多个照明器材；确定室内耕作环境的夜间温度是否在夜间温度范围内；响应于确定室内耕作环境的夜间温度在夜间温度范围之外，将夜间温度调整成在夜间温度范围内；确定室内耕作环境的夜间湿度是否在夜间湿度范围内；以及响应于确定室内耕作环境的夜间湿度在夜间湿度范围之
外，将夜间湿度调整成在夜间湿度范围内。在一些实现方式中，夜间温度范围介于72
°
f 至75
°
f之间。在一些实现方式中，夜间湿度范围介于55％至60％之间。在一些实现方式中，夜间时段为12小时长。
7.在一些实现方式中，日间温度范围介于81
°
f至83
°
f之间。在一些实现方式中，日间湿度范围介于55％至60％之间。在一些实现方式中，日间时段为12小时长。在一些实现方式中，一个或更多个植物包括工业大麻植物。在一些实现方式中，工业大麻植物处于开花阶段。在一些实现方式中，光强度为1500μmol/m2/s加上或减去公差百分比。
8.另外的实现方式包括用于照射室内耕作环境中的一个或更多个植物的系统。该系统包括：一个或更多个照明器材，其被配置成在日间时段中以约1500μmol/m2/s的光强度照射一个或更多个植物，其中，每个照明器材包括一个或更多个发光二极管(led)；一个或更多个传感器，其用于测量室内耕作环境中的温度和湿度；以及处理器，其耦接至一个或更多个照明器材和一个或更多个传感器，该处理器被配置成：确定室内耕作环境的日间温度是否在日间温度范围内；响应于确定室内耕作环境的日间温度在日间温度范围之外，将日间温度调整成在日间温度范围内；确定室内耕作环境的日间湿度是否在日间湿度范围内；以及响应于确定室内耕作环境的日间湿度在日间湿度范围之外，将日间湿度调整成在日间湿度范围内。
9.在一些实现方式中，处理器还被配置成：在夜间时段中关闭一个或更多个照明器材；确定室内耕作环境的夜间温度是否在夜间温度范围内；响应于确定室内耕作环境的夜间温度在夜间温度范围之外，将夜间温度调整成在夜间温度范围内；确定室内耕作环境的夜间湿度是否在夜间湿度范围内；以及响应于确定室内耕作环境的夜间湿度在夜间湿度范围之外，将夜间湿度调整成在夜间湿度范围内。在一些实现方式中，夜间温度范围介于 72
°
f至75
°
f之间。在一些实现方式中，夜间湿度范围介于55％至60％之间。
10.在一些实现方式中，日间温度范围介于81
°
f至83
°
f之间。在一些实现方式中，日间湿度范围介于55％至60％之间。在一些实现方式中，日间时段为12小时长。在一些实现方式中，一个或更多个植物包括处于开花阶段的工业大麻植物。在一些实现方式中，光强度为1500μmol/m2/s加上或减去公差百分比。
附图说明
11.图1是示出根据各种实现方式的园艺控制系统的框图。
12.图2是示出根据各种实现方式的植物生长的速率相对于温度的曲线图。
13.图3是示出根据各种实现方式的湿度对不同的植物有害生物的影响的曲线图。
14.图4是示出根据各种实现方式的各种环境参数之间的关系的图表。
15.图5是示出根据各种实现方式的在高ppfd条件下照射植物的方法的流程图。
16.通过阅读下面的详细描述结合本文中描述的附图，将更好地理解本实现方式的这些特征和其他特征。附图并不旨在按比例绘制。为了清楚起见，并非每个部件均会在每个附图中标出。
具体实施方式
17.图1是示出根据各种实现方式的园艺控制系统100的框图。园艺系统 100可以位于
110和/或计算设备106控制。园艺控制系统100还可以包括诸如灌溉/水控制的附加的环境控制部件。
23.图2是示出根据各种实现方式的植物发育的相对速率相对于温度的曲线图200。曲线图200是温度与植物生长之间的关系的一般表示，并且不指示任何特定作物。从图2可以看出，存在相对发育速率接近1的温度的范围(在曲线图200中大致在86
°
f周围)，这意味着植物在这些温度下以其最大发育速率或接近其最大发育速率生长。在该温度范围之外，无论在较高温度下还是在较低温度下，相对发育速率都减慢。特别地，在较高温度下，对植物可能存在温度相关的负面影响(例如，组织损伤)。使植物的相对发育速率最大化的确切温度范围取决于植物的确切类型和该植物的确切生长阶段(例如，萌芽、营养、含苞、开花和结实)。
24.同样，存在用于植物生长的最优湿度范围。图3是示出根据各种实现方式的湿度对不同的植物有害生物的影响的曲线图300。曲线图300是湿度与多种的植物有害生物之间的关系的一般表示，并且不指示任何特定作物。如从曲线图300可以看出的，一些形式的细菌和病毒可能在低湿度下在植物上更好地滋长，并且一些形式的细菌、病毒、真菌和螨虫可能在高湿度下在植物上更好地滋长。存在使细菌、病毒、真菌和螨虫的生长和繁殖最小化的湿度的范围(曲线图300中示出为介于40％至60％之间)。植物有害生物最受抑制的确切湿度范围取决于植物的确切类型和该植物的确切生长阶段(例如，萌芽、营养、含苞、开花和结实)。
25.温度和湿度以及与室内耕作环境中的植物生长有关的一些其他环境参数是相互关联的。图4是示出根据各种实现方式的各种环境参数之间的关系的图表400。如从图表400可以看出的，在空气温度、蒸汽压差(vpd)、需水量和蒸散之间存在正关系，并且在空气温度与相对湿度之间存在负关系。因此，随着温度升高，相对湿度降低。因此，应当小心地平衡环境参数，因为改变一个参数以增加植物生长也可能以负面影响植物生长的方式改变其他参数。
26.如先前所讨论的，每种类型的植物具有针对每个生长阶段的最优生长推荐的不同的ppfd范围。对于工业大麻植物，现有技术教导一般推荐的 ppfd范围介于650μmol/m2/s至950μmol/m2/s之间，并且针对工业大麻植物生长一般不推荐1000μmol/m2/s以上的ppfd值。然而，一些最近的研究表明，当以高达1500μmol/m2/s的ppfd值照射工业大麻植物时，作物产量增加。因此，种植者有动机在较高的ppfd值下种植工业大麻植物。
27.然而，当改变一个环境参数时，也可能必须改变其他环境参数以确保最优植物生长。在这种情况下，如果用于使工业大麻植物生长的照明器材的光强度增加，而保持室内耕作环境的温度和湿度与低光强度值下的温度和湿度相同，则可能不会引起最优的工业大麻植物生长。
28.通过在许多种植设施中进行的实验，发明人已经确定当以高ppfd值照射时在开花阶段期间工业大麻植物的有益环境参数。具体地，当以约 1500μmol/m2/s的值照射工业大麻植物时，日间温度应当在81
°
f至83
°
f 的范围内，日间相对湿度应当在55％至60％的范围内，夜间温度应当在 72
°
f至75
°
f的范围内，并且夜间湿度应当在55％至60％的范围内。在开花阶段期间的日间的持续时间为约12小时，并且因此夜间的持续时间也为12小时。考虑到1500μmol/m2/s的相同光强度水平，在这些环境参数范围内种植工业大麻植物与在这些
范围之外种植工业大麻植物相比产生较高的作物产量。尽管可以由维护室内耕作环境的人手动地监控和改变这些环境参数，但是这也可以是自动的(例如，使用与关于图1描述的园艺控制系统类似的园艺控制系统)。
29.图5是示出根据各种实现方式的在高ppfd条件下照射植物的方法 500的流程图。可以由园艺控制系统中的一个或更多个部件(例如，图1 中的计算设备106或云服务器110)来执行方法500。在一些实现方式中，方法500可以是自动的。在一些实现方式中，方法500可以作为植物简档或配方的一部分来执行，该植物简档或配方限定了用户试图在室内耕作环境中种植的特定植物物种的某些环境参数范围和时间表。方法500可以特别地应用于开花阶段期间的工业大麻植物。
30.在框502中，在日间期间以高的光强度照射位于室内耕作环境中的植物。在一些实现方式中，光强度可以为约1500μmol/m2/s。在一些实现方式中，光强度可以在以1500μmol/m2/s为中心的公差范围内，例如在1500 μmol/m2/s的2％、5％或10％的公差百分比内。关于处于开花阶段的工业大麻植物，可以将日间限定为12小时的持续时间。例如，园艺控制系统可以被配置成在日间小时期间打开照明器材，以便以高的光强度照射植物。
31.在框504中，园艺控制系统可以确定室内耕作环境中的日间温度和湿度是否在指定范围内。可以通过位于室内耕作环境中的一个或更多个传感器来测量温度和湿度。对于工业大麻植物，日间温度的指定范围可以介于 81
°
f至83
°
f之间，并且日间湿度的指定范围可以介于55％至60％之间。
32.在框506中，如果室内耕作环境的日间温度和/或湿度在指定范围之外，则园艺控制系统可以调整室内耕作环境的日间温度和/或湿度。例如，园艺控制系统可以控制室内耕作环境中的hvac系统以改变温度和/或湿度，直到这些参数落在指定范围内。
33.在框508中，园艺控制系统可以确定室内耕作环境中的夜间温度和湿度是否在指定范围内。可以通过位于室内耕作环境中的一个或更多个传感器来测量温度和湿度。对于工业大麻植物，夜间温度的指定范围可以介于 72
°
f至75
°
f之间，并且夜间湿度的指定范围可以介于55％至60％之间。在植物的夜间期间，可以关闭照明器材以模拟自然的夜间。处于开花阶段的工业大麻植物的夜间的持续时间可以为约12小时。
34.在框510中，如果室内耕作环境的夜间温度和/或湿度在指定范围之外，则园艺控制系统可以调整室内耕作环境的夜间温度和/或湿度。例如，园艺控制系统可以控制室内耕作环境中的hvac系统以改变温度或湿度，直到这些参数落在指定范围内。
35.方法500可以在植物成熟和收获期间的连续白天和夜晚循环期间重复框502至框510。以这种方式，方法500实现了用于在高强度照明下的室内耕作环境中使某些植物生长的最优环境参数。园艺控制系统还可以与方法500一起执行附加功能。例如，在一些实现方式中，园艺控制系统可以存储传感器数据并且向用户显示历史日间温度和湿度以及夜间温度和湿度。在一些实现方式中，当温度和湿度超过指定范围时，园艺控制系统可以向用户发送警报。在一些实现方式中，园艺控制系统可以允许用户重写指定的范围，改变指定的范围，改变日间和夜间的持续时间，改变照射植物的器材的光强度或者对一个或更多个环境参数进行其他调整。
36.其他考虑
37.本文中描述的方法和系统不限于特定的硬件配置或软件配置，并且可以在许多计
算环境或处理环境中找到适用性。方法和系统可以以硬件或软件或硬件和软件的组合来实现。方法和系统可以在一个或更多个计算机程序中实现，其中可以将计算机程序理解为包括一个或更多个处理器可执行指令。计算机程序可以在一个或更多个可编程处理器上执行，并且可以存储在处理器可读的一个或更多个存储介质(包括易失性和非易失性存储器和/或存储元件)、一个或更多个输入设备以及/或者一个或更多个输出设备上。因此，处理器可以访问一个或更多个输入设备以获得输入数据，并且可以访问一个或更多个输出设备以传送输出数据。输入设备和/或输出设备可以包括以下中的一个或更多个：随机存取存储器(ram)、独立磁盘的冗余阵列(raid)、软盘驱动器、cd、dvd、蓝光、磁盘、内部硬盘驱动器、外部硬盘驱动器、记忆棒、闪存驱动器、固态存储器设备或者能够由本文提供的处理器访问的其他存储设备，其中这样前述的示例不是穷举的，而是用于说明而不是限制。
38.可以使用一种或更多种高级过程或面向对象的编程语言来实现计算机程序以与计算机系统通信；然而，如果需要，可以以汇编语言或机器语言来实现程序。语言可以被编译或解释。
39.如本文所提供的，处理器由此可以嵌入在一个或更多个设备中，这样的一个或更多个设备可以在联网环境中独立地或一起操作，其中网络可以包括例如局域网(lan)、广域网(wan)以及/或者可以包括内联网和/ 或互联网和/或另一网络。网络可以是有线或无线或有线和无线的组合，并且可以使用一个或更多个通信协议以利于不同处理器之间的通信。处理器可以被配置成用于分布式处理，并且在一些实现方式中可以根据需要利用客户端-服务器模型。因此，方法和系统可以利用多个处理器和/或处理器设备，并且可以在这样的单处理器或多处理器/设备之间划分处理器指令。
40.与处理器集成的设备或计算机系统可以包括例如个人计算机、工作站、诸如蜂窝电话或智能电话的手持设备、或者平板电脑、膝上型电脑、膝上型电脑/平板电脑混合、手持式计算机、智能手表、或能够与可以如本文所提供的那样操作的处理器集成的任何其他设备。因此，本文提供的设备不是穷举的，并且被提供用于说明而不是限制。
41.对“微处理器”和“处理器”或“该微处理器”和“该处理器”的引用可以被理解为包括一个或更多个微处理器，这样的一个或更多个微处理器可以在独立和/或分布式环境中通信，并且因此可以被配置成经由有线或无线通信与其他处理器通信，其中这样的一个或更多个处理器可以被配置成在可以是类似或不同设备的一个或更多个处理器受控的设备上操作。因此，这样的“微处理器”或“处理器”术语的使用也可以被理解为包括中央处理单元、算术逻辑单元、专用集成电路(ic)和/或任务引擎，其中提供这样的示例是为了说明而不是限制。
42.此外，除非另有指定，否则对存储器的引用可以包括一个或更多个处理器可读和可访问的存储器元件和/或部件，这样的存储器元件和/或部件可以在处理器受控的设备的内部、在处理器受控的设备的外部，以及/或者可以使用各种通信协议经由有线或无线网络被访问，并且除非另有指定，否则对存储器的引用可以被布置成包括外部和内部存储器设备的组合，其中这样的存储器可以是连续的以及/或者基于应用来划分。因此，对数据库的引用可以被理解为包括一个或更多个存储器关联，其中这样的引用可以包括商业上可获得的数据库产品(例如，sql、informix、oracle) 以及还包括专有数据库，并且还可以包括用于将存储器关联的其他结构，例如，链接、队列、图、树，其中提供这样的结构是为了说明而
不是限制。
43.除非另外提供，否则对网络的引用可以包括一个或更多个内联网和/ 或互联网。根据上文，本文中对微处理器指令或微处理器可执行指令的引用可以被理解为包括可编程硬件。
44.除非另有说明，否则词语“基本上”的使用可以被解释为包括如本领域普通技术人员所理解的精确的关系、条件、布置、取向和/或其他特性、以及其偏差，只要这样的偏差不会实质上影响所公开的方法和系统。
45.贯穿本公开内容的全部，除非另有具体地说明，否则无量词修饰名词和/或使用“该(the)”来修饰名词可以理解为出于方便而使用，并且包括一个或多于一个所修饰的名词。术语“包括”、“包含”和“具有”旨在是包含的，并且意味着可能存在除了所列出的元件以外的附加元件。
46.出于说明和描述的目的，呈现了本公开内容的实现方式的前述描述。前述描述并不旨在穷举或将本公开内容限于所公开的精确形式。根据本公开内容，许多修改和变化是可能的。旨在本公开内容的范围不是由该详细描述限定，而是由所附权利要求限定。