CN105407706A - 用于控制植物生长的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制植物生长的方法，所述植物是预定类型的并且布置在使其处于接收自然光和人造光的混合光的照射的条件下的受控环境中。本发明还涉及一种相应的用于控制植物生长的***以及一种计算机程序产品。

Description

用于控制植物生长的方法
技术领域
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***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。
发明背景
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***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。
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***的使用。这种照明***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(highintensitydischarge，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。
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***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***，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。
基于LED的照明***的例子公开在WO2008118080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。
WO2008118080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***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。
发明概述
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。
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-in-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。
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。
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(logisticchain)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。
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)。
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。
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。
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、CO2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)。
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。
在实施例中，调节光的量(即，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。
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，则可以实施用于培育植物的不同的机制，其中植物因此可以以更快(或更慢)的方式生长。
选择不同的生长机制在非预期的天气条件的变化的情况下也可能是需要的，其中根据例如由于变化的天气条件而引起的新的需求或者可能性来选择新的生长机制。同样地，在天气条件有所不利地变化的(例如预期的自然阳光的最小量)的情况下，可以选择生长机制来向前推动植物，其中例如可以实现培育的植物的期望的“质量水平”。在例如取决于变化的需求或天气条件“沿途(alongtheway)”适应指定的最终结果的另外的可能性有可能是可以的(例如关于但不限于植物的高度、“茂密程度”、花的数目、气味/味道等)，并且良好地落入本发明的范围之内。同时，在使用该发明构思来控制的多个相关温室的情况下，有可能对于不同的温室做出不同的调整，来实现全部的温室的期望的“总的最终结果”(考虑了后勤方面的考虑、劳动力规划、峰值能量消耗以及平均能量消耗等)。
优选地，受控环境外部的至少一个环境参数的预测值还包括在计划生长期的至少一部分期间的预期的温度波动的信息。因此，在这样的实施例中，不仅期望考虑自然光的波动，而且还有外界温度的基于时间的波动。因此，还基于在受控环境外部的预期的温度控制受控环境内部的温度有可能是可以的。如上面所讨论的，例如建筑延迟、充电和价格方法，关于温度的环境预测值的统计可靠性可以被考虑用于进一步关于例如所讨论的准时方法改善并优化植物的生长和/或用于改善培育植物的成本。
因此，以与上面讨论的类似的方式，基于在计划生长期的至少一部分期间的预期的温度波动和计划生长期期间的期望的温度波动来确定受控环境内部的温度的调整预定计划有可能是可以的。
在本发明的另外的实施例中，分配预定计划的确定基于用于控制由植物接收的光的量的能量成本、用于受控环境的能量消耗水平和受控环境的峰值能量消耗中的至少一个。如将在下面讨论的，当确定用于调整由植物接收的光的量的分配预定计划时，可能会做出另外的考虑，包括例如用于例如提供额外量的人造光的能量成本。该概念当然关于控制受控环境内的温度是适用的。
类似地，分配预定计划的确定可以附加地或替代地基于应用到在受控环境内生长的植物的当前生长机制。应用用于培育植物的不同的生长机制的概念上面已经讨论过，并且下面将关于本发明的详细描述作进一步阐述。
根据本发明的另一方面，提供了一种***，其为用于用来控制植物生长的***，该植物是预定类型的并布置在使其处于接收至少自然光和人造光的照射的条件下的受控环境中，其中，该***包括控制单元，其被配置为：获取植物的期望的完成状态，该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，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在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确定。本发明的这个方面提供如上面关于本发明的前述方面所讨论的类似的优点。
根据本发明的另外的方面，提供了一种计算机程序产品，其包括具有存储在其上的计算机程序工具的计算机可读介质，该计算机程序工具用于包括适于控制植物生长的控制单元的***，该植物是预定类型的并布置在使其处于接收自然光和人造光的混合光的照射的条件下的受控环境中，其中，该计算机程序产品包括：用于获取植物的期望的完成状态的代码，该期望的完成状态限定植物的计划生长期的终止；用于获取受控环境外部的至少一个环境参数的预测值的代码，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；以及用于根据该自然光的预期量和在计划生长期期间照射植物的光的总量确定光调节量的代码，其中，该光的总量基于植物的类型确定。同样，本发明的这个方面提供如上面关于本发明的前述方面所讨论的类似的优点。
控制单元优选地是微处理器或任何其他类型的计算设备。类似地，计算机可读介质可以是任何类型的存储设备，包括可移动的非易失性随机存取存储器、硬盘驱动器、软盘、CD-ROM、DVD-ROM、USB存储器、SD存储卡或本领域中已知的类似的计算机可读介质中的一种。
本发明的另外的特征，和本发明的优点，将在研究所附权利要求和下面的描述时变得清楚。本领域的技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合以产生不同于下面描述的那些的实施例，而不脱离本发明的范围。
附图简述
本发明的各个方面，包括其特定的特征和优点，将从下面的详细描述和附图中容易地理解，其中：
图1显示根据本发明的当前优选实施例的***；
图2a-图2c结合图3示出根据本发明用于植物生长的实施例的操作的图形说明和方法步骤的流程图，
图4图示示出用于实现在不同时间区间的指定的植物成熟水平的不同的生长预定计划的应用，以及
图5示出被用来提供被用于照射植物的附加量的人造光的照明布置的详细视图。
详细描述
本发明现在将在下文中参照附图进行更充分地描述，在其中示出本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以以许多不同形式来体现，而不应被解释为限于本文所阐述的实施例；相反，这些实施例被提供用于彻底性和完整性，并且充分传达本发明的范围给本领域技术人员。通篇类似的参考符号指代相似的元素。
现在参照附图并且特别是图1，描绘了根据本发明的概念的实现的***100。***100包括受控环境，在所示实施例中是温室102。受控环境当然可以是取决于本发明概念的实现的类型的步入式腔室或生长柜中的一个。在典型地具有墙壁且其屋顶被构造成透明结构的如构造成玻璃和/或用于允许来自太阳的自然光进入温室102的内部的一些合适的塑料材料的温室102内，布置有多个植物104，例如包括草本植物、药用植物、观赏植物和一般农作物等。
与温室102相结合，额外地布置用于减少自然光的量的装置以及用于增加光的量的装置。在图1中，光的减少是通过布置在温室102的屋顶的可控光吸收帷幕106提供的。同样，为了增加光的量，与温室102相结合来提供一个或多个可控人工照明装置108。这样的人工照明装置108的可能的实现在下面关于图4被进一步讨论。
光吸收帷幕106以及人工照明装置108被连接到被配置用于执行根据本发明的操作程序的控制单元110并且由其进行控制。控制单元110可以连同温室102一起被布置，或被远程定位在远离温室102(例如，使用云服务)。
控制单元110可以是模拟的或时间离散的，包括通用处理器、专用处理器、含有处理组件的电路、分布式处理组件的组、被配置用于处理的分布式计算机的组等。该处理器可以是或包括用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码的任何数量的硬件组件。该存储器可以是用于存储数据和/或用于完成或促进在本说明书中描述的各种方法的计算机代码的一个或多个设备。该存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。该存储器可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支撑本说明书的各种活动的任何其他类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或局部存储设备可以与该说明书的***和方法一起使用。根据示例性实施例，该存储器被可通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其他有线、无线或网络连接)，并且包括用于执行本文中所描述的一个或多个过程的计算机代码。当然，可以使用模拟和/或电子电路的组合来实现如通过数字控制单元提供类似的功能。
控制单元110可以进一步被连接到用于提供温室102外部的至少一个环境参数的预测值的本地布置的设备。这种本地布置的设备可以例如是如图1中所示的本地天气站112。控制单元110可以备选地或者还可以被连接到远程预测服务114，包括例如提供与在温室102的地理位置(即温室102外部)的预测值的环境条件有关的详细天气预报的服务。这样的天气预报可以例如包括关于预测的太阳(晴天/阴天)的存在、空气温度、露点、风速和风向、湿度、空气压力等的信息。
即使在图1中没有示出，根据本发明可以有可能引入布置在温室102内部的多个传感器。这样的传感器可以例如被配置成确定温室102内部的一个或多个环境参数，以及用于确定植物的现在的/当前生长状态。该传感器可以例如包括用于测量将被用来确定植物104的生长状态的空气/土壤温度、气压、施肥量和/或图像捕捉设备(例如照相机)的传感器。例如其他传感器和类似的信息捕捉设备当然可以被包括，如用于测量温室102内或多个温室中的当前功率消耗的传感器(例如功率计)。此外，温室102可以包括连接到控制单元110的用于控制温室102内的温度的可控的加热元件(未示出)以及窗户(以及类似的可控通风布置)(未示出)，也取决于用于在其生长过程期间的植物104的期望的温度波动。
在***100的操作期间，并且进一步参考图2a-2c和图3，植物104的期望的完成状态200被获取，S1，其中期望的完成状态将限定植物104的计划生长期的终止。也就是说，植物104的期望的完成状态不仅取决于植物104的实际状态，如植物104的发展、高度、花的数目、颜色等，但也将取决于期望的“完成时间”。如上所讨论的，这将允许植物104已经在特定的例如日期达到特定的条件(在第一次类似的用于培育植物104的生长过程时的未来)。
一旦获取期望的完成状态，还获取受控环境外部的至少一个环境参数的预测值，S2，在计划生长期的至少一部分期间，即在生长过程的开始和期望植物104已经达到期望的条件(如上所述)的时间之间，至少一个环境参数包括照射植物104的自然光(例如太阳光)的预期量。这个预测值将，如上所讨论的，从本地天气站112或远程预测服务114中的至少一个或两个中获取。
在图2B中，还示出两个“虚线”202、204，分别指示用于培育特定类型的植物以在期望的植物的“质量”处达到期望的“成熟水平”的最小和最大的“边界”。即，例如最小边界202指示在例如光、热、水、肥等的最佳的量被应用到植物(人造光/热可能与自然光/热组合)的情况下培育特定类型的植物达到期望的成熟水平可能需要的最短时间。类似地，最大边界204指示可能“减慢”用于在期望的质量达到期望的成熟水平的生长过程(如上面由光/热/等影响)的最大时间。相对于上述讨论，最小边界202可以因此限定快速生长机制而最大边界204可以限定缓慢生长机制。应当注意的是，边界202、204已被示出为线性的。这仅是为了说明性目的，因为在现实生活中的生长过程将进一步取决于例如植物的当前状态。例如，在某些实例中可能在生长过程后期降低生长速度，从而导致植物(多个植物)的非线性生长。
然后该过程通过根据自然光的预期量和计划生长期期间照射植物104的光的总量确定，S3，光调节量而继续。光的总量将取决于被培育的植物104的特定类型，或者如果不同类型的植物在相同的温室102或多个温室中被培育，则取决于涉及在温室中102被培育的植物的特定混合物的计划生长期。
通过确定光调节量，并且考虑预测的天气条件(温室102外部)，有可能安排可控光吸收帷幕106和可控的人工照明装置108的操作。当然其他因素将在确定用于控制光吸收帷幕106和人工照明装置108的预定计划时由控制单元110考虑，包括例如以上讨论的布置在温室102的内部的传感器/图像捕获设备，和/或考虑用于控制温室102内的温度的延迟。
从而，有可能会优化生长过程，使得植物104可以是在期望的完成状态200具有用于培育植物104的最小化(或至少平衡)的成本。在图2c中提供的图示中，植物104被安排以根据组合第一生长段208和第二生长段210的生长预定计划206来培育。第一生长段208典型地包括利用温室102内可用的自然光/热所加入的人造光/热的最小的量(即是非常经济的)。然而，如果植物104是根据第一生长段208继续生长，则该植物的期望的成熟水平不会在期望的完成状态200达到，而是在稍后时间。因此，***100将考虑即将来临的天气预报(等)，使得植物104的生长速度根据第二生长段210来增加。典型地并且如上面已讨论的，将考虑在从第一208到第二210生长段的转换发生的时间的植物104的当前状态，使得期望的完成状态200将在期望的时间达到。
因此，当安排可控光吸收帷幕106和可控人工照明装置108(以及相关的加热/通风，如果是温室102的话)的操作时，优选地也考虑有关电网设计、能量消耗的运行和成本(可能对操作加热/通风/照明的成本有影响)的信息。例如，在某些国家，特定的电能资费可以是基于能量消耗的。可以基于在一段时间内的固定价格或可变价格来做出不同的协议。也可能会就相对于保证峰值负荷的固定费用达成一致。另外，来自客户的所需的峰值负荷将把需求设置在本地电网的设计以及它的运行上。变压器、电缆、保险丝的尺寸设计为一定的峰值负荷且成本和可能的峰值负荷之间的关系是非线性的。此外，在一些国家，提供了在按小时变化的功率费率基础上收费的可能性，这允许消费者将他们的能源消耗规划到具有较低的价格的非峰值时段。上述所有的或该信息的至少一些可以在安排根据本发明的***100的操作时使用。
此外，在控制植物的生长过程中，特别是与优化相对于准时交付概念的生长过程有关，有可能会做出其他的考虑，即将被包括在温室102内的光/温度控制等的确定中。这样的考虑可以例如涉及温室的实际尺寸，例如涉及布置在温室102中的植物104的数目以及在温室102内工作的人数。可以就例如操作多个温室的培育者/生产者而言做出类似的考虑，例如涉及能量消耗(由相同的培育者/生产者操作的多个温室的总峰值消耗)以及涉及服务(例如培育植物时的一般操作)多个温室的人数。
更进一步地，当在多个温室中的一个温室内控制生长过程时还可以考虑后勤方面的考虑。即，从后勤的视角一般有涉及每个和每一天可以输送的植物数目的限制(卡车、人员等)。因此，这种类型的考虑可以由***100考虑，使得已经达到期望的完成状态的植物的数目在某种意义上匹配用于输送植物到例如工厂/商店/等的后勤布置的容量。
此外，假如不同类型的植物是由培育者培育，则可能使用用于每个植物的类型生长过程的知识，使得不同类型的植物的期望的混合物可准备好用于在同一时间交付，从而可能最小化到特定“消费者”(例如再次是例如工厂/商店/等)的运输。
在任何情况下，优选地注意考虑关于预测的天气条件的(如果存在任何)统计可靠性。如从图1中可以看出，(虚线116)，预测值的可靠性随时间降低。因此，在一些情况下，可能需要基于预测的天气条件非常不可靠的事实而引入热/光的调节，并且然后随着可靠性的增加和/或假如实际天气条件与预测的天气有很大地不同，在稍后时间点引入进一步的调节。在这样的情况下，生长过程将专注于使植物在预先设定的期望的“交付日”准备好。尽管这可能引入了人工照明/加热的附加使用，植物在期望的日期/时间将处在期望的完成状态，并且因此涉及被过度培育的植物的可能的浪费(或导致多于一个的到最终消费者的植物的额外输送的不可能的植物)被最小化。
进一步参考图4，提供了示出用于在不同时间区间实现指定的植物成熟水平的不同的生长预定计划的应用的曲线图。在第一示例中，两个不同(组合)的生长预定计划402、404被应用用于在规定的时间内达到期望的成熟水平(植物状态)406，在第一示例中是在时刻t＝3，其中第一示例中的植物已开始用于在t＝0处的生长(例如苗等)。在本示例中，相比于生长预定计划404，生长预定计划402初始应用较快的生长速度。
因此，假如已预测只有少量的自然光/热在第一期内被预期，但是，它在其后跟随的第二期内可以被预期至少多一点阳光和较高的外部温度，则生长预定计划402可以例如被应用。为了安全起见，并且例如考虑到当前能量的低价格(例如，如在一些国家在周末是可用的)，人造光/热被应用，使得当天气被预测为将改变时，植物在第二时间期之前生长到特定点，使得植物可以在第二期期间给予最小的能量消耗用最小量的人造光/热来培育，并且在t＝3处仍然达到期望的成熟水平(植物状态)406。
同样地，在第一实施例的另一场景中，其他生长预定计划404被应用用于在t＝3处达到期望的成熟水平406。在这种场景中，植物初始在第一期(从t＝0开始)将具有相比于生长预定计划402的较低的生长速度。在这种情况下，***100作出了不同的考虑，考虑了预测的天气、能源价格、可用的劳动力等，仍然在期望的持续时间内达到了相同的期望的植物状态406。
在第二示例中，第三生长预定计划408被应用用于培育植物104，其中植物104的生长已经再次在t＝0处开始。在该实例中，生长预定计划408初始将导致相比于第一生长预定计划402的较慢的生长速度。然而，在特定的时间点，第三生长预定计划408将允许生长速度急剧增加，使得第三生长预定计划408事实上允许植物在相比于在t＝3处的成熟水平406的更早的时刻(即在t＝2处)达到期望的成熟水平410。植物生长速度的急剧变化可能由于不同的原因，包括例如来自最终消费者/商店/工厂在更早的时刻接收植物104的需求，由于可用的劳动力、后勤方面的原因、可用能源、能源价格等的改变。
在第三示例中，第四生长预定计划412被应用用于培育植物104。在该第三示例中，植物104被示出在更早的时刻(即在t＝0之前)已经具有类似的生长以及因此在t＝0处具有相比于第一和第二示例的生长引发点(即是t＝0)的稍高的植物成熟水平。如可以看到的，生长预定计划412是以与上面讨论的分为两期相类似的方式，初始在第一期具有较低的生长速度，并且再后来在第二期切换至提供较高的生长速度的生长机制。
从而，根据本发明的***化的方式使得计划在时间上间隔开的“完成日”(例如分别是在t＝1、t＝2、t＝3时的414，410和406)成为可能，从而允许例如用于将被优化的温室(多个温室)102的劳动力规划、后勤影响(如上所述)以及峰值能量消耗。
具体地，从图4，就第四生长预定计划412而言将显而易见的是，生长速度被切换到较高的生长速度的时间点基本上与从较高的生长速度切换至较低的生长速度的生长预定计划402的时间相同的时间。这样的场景在考虑用于向温室102提供人造光和热的最大能量消耗时可能是有用的。即，假如生长预定计划402和412包括电能(如相对于人造光/热)的相当数量的消耗，则允许仅成长预定计划中的一个应用“较快的生长速度”(即生长预定计划402/412的另外一个是在相比较而言“较低的生长速度”)将减少任何电能消耗的峰值。这将可能保持平均消耗量在同一水平，但是峰值水平将会较低。
该场景在具有连接到同一电网的多个温室的培育者的情况下可能是特别有用的。在具有十个温室的示例中，发明性***可以例如确定，激活电加热器并且输入10千瓦/小时到十个温室中的每一个(每个温室中的加热器都具有10千瓦的瞬时功耗)将是合适的。如果每个温室中的电加热器同时被激活，则峰值能量消耗将是100千瓦。然而，假如只有五个温室在第一个小时激活加热器，并且其余五个温室将在第二个小时激活加热器，则峰值能量消耗将只有50千瓦。
从而，在应用程序的上下文内有可能通过热和/或光的进一步应用的精心安排而最小化任何消耗峰值，从而也可能通过使能带有较低的功率分配能力的更便宜的电网连接(即相对于供应电能的电力公司)来降低一般管理费用。
最后，参考图5，提供了如以上所讨论的人工照明装置108的详细说明。人工照明装置108包括至少一个光源。在所示实施例中，八个不同颜色的基于LED的光源502、504、506、508、510、512、514、516被提供用于照射植物104。人工照明装置108还包括被配置为接收由植物反射的光的传感器520和控制电路522，其中控制电路522被电耦合到传感器520以及光源502-516。
优选地，光源具有不同的颜色(光谱)，并且典型地重叠光谱分布(即波长范围相互重叠，并且具有不同的峰值波长)。光源502-516的不同颜色的范围典型地从紫外到远红外。尽管八个光源502-516示于图5中，较多以及较少的光源可以在本发明的范围内被提供。同样地，相同颜色的更多个光源可以被提供以在特定波长范围实现期望的功率。被选择用于接收反射光的传感器520可以例如是分光计、波长调节的光-电阻(例如设置有滤色器)、光电二极管、CCD传感器或用于接收反射光或荧光的任何其他类型的传感器。如就光源而言，可以提供单一的或多个传感器520。因此，可以例如为光源502-516中的每一个提供一个传感器，每个传感器具有对应于光源和入射太阳光的波长范围的波长响应。传感器520可以被用于根据本发明确定特定的期望的光机制被保持在入射太阳光、人造光和/或荫蔽的太阳光的组合中或者例如通过确定从植物104反射的光的光谱分布确定植物104的当前生长状态。从植物104反射的光的光谱分布可以相应地由***100使用用于确定朝向植物104发射的人造光与入射太阳光结合的合适混合物。基于从植物104反射的光的光谱分布来控制朝向植物104发射的人造光的概念在欧洲专利申请EP12185721中由申请人进一步讨论并且通过引用全部并入本文。
本公开预计用于实现各种操作的方法、***和在任何机器可读介质上的程序产品。本公开的实施例可以使用现有计算机处理器实现，或者由出于这个或另一个目的并入的用于合适***的专用计算机处理器来实现，或者通过硬连线***实现。落入本公开的范围内的实施例包括程序产品，其包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或其他具有处理器的机器访问的任何可用介质。以举例的方式，这种机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备，或者可以用于以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储所需的程序代码并且可以由通用或专用计算机或其他具有处理器的机器访问的任何其他介质。当信息通过网络或另一通信连接(或者硬连线、无线，或者硬连线或无线的组合)被传输或提供给机器时，该机器适当地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被适当地称为机器可读介质。上述的组合也被包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括，例如，引起通用计算机、专用计算机或者专用处理机器执行某一功能或功能组的指令和数据。
尽管图可以示出方法步骤的特定顺序，这些步骤的顺序可以不同于所描绘的。两个或更多个步骤也可以同时或者部分同时进行。这样的变化将取决于所选择的软件和硬件***以及设计者的选择。所有这样的变化落入本公开的范围之内。同样地，软件实现可以用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和判决步骤。此外，尽管本发明已经参照其具体示例性实施例进行了描述，许多不同的改变、修改等对于本领域技术人员将变得显而易见。所公开实施例的变化可以由本领域技术人员在实践所主张的发明中从附图、本公开和所附权利要求的研究中理解并实现。此外，在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。

Claims (15)

1.一种用于控制植物生长的方法，所述植物是预定类型的并且被布置在受控环境中处于接收至少自然光的照射的条件下，所述方法包括：
-获取所述植物的期望的完成状态，所述期望的完成状态定义所述植物的计划生长期的终止；
-获取所述受控环境外部的至少一个环境参数的预测值，所述至少一个环境参数包括在所述计划生长期的至少一部分期间照射所述植物的自然光的预期量，以及
-根据所述自然光的预期量和在所述计划生长期期间照射所述植物的光的总量确定光调节量，其中所述光的总量基于所述植物的所述类型来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
-根据所述自然光的预期量，确定用于在所述计划生长期期间将提供的所述光调节量的分配预定计划。
3.根据权利要求1和2中的任一项所述的方法，其中，在所述计划生长期期间照射所述植物的光的总量还基于所述植物的生长状态和所述受控环境内部的环境参数中的至少一个来确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述光的总量在所述计划生长期期间被重新计算至少一次。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，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调节光的量。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述受控环境外部的至少一个环境参数的所述预测值还包括在所述计划生长期的至少一部分期间的预期的温度波动的信息。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括基于在所述计划生长期的至少一部分期间的所述预期的温度波动和在所述计划生长期期间的期望的温度波动来确定所述受控环境内部的温度的调整预定计划。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在所述计划生长期期间的所述期望的温度波动基于所述植物的生长状态和所述受控环境内部的环境参数中的至少一个来确定。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分配预定计划的确定还基于用于控制被所述植物接收的光的量的能量成本、用于所述受控环境的能量消耗水平和所述受控环境的峰值能量消耗中的至少一个。
10.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分配预定计划的确定还基于应用到在所述受控环境内生长的所述植物的当前的生长机制。
11.一种用于控制植物生长的***，所述植物是预定类型的并且布置在受控环境中处于接收至少自然光和人造光的照射的条件下，其中所述***包括控制单元，所述控制单元被配置用于：
-获取所述植物的期望的完成状态，所述期望的完成状态定义所述植物的计划生长期的终止；
-获取所述受控环境外部的至少一个环境参数的预测值，所述至少一个环境参数包括在所述计划生长期的至少一部分期间照射所述植物的自然光的预期量，以及
-根据所述自然光的预期量和在所述计划生长期期间照射所述植物的光的总量确定光调节量，其中所述光的总量基于所述植物的所述类型来确定。
12.根据权利要求11所述的***，其中所述控制单元还被配置用于：
-根据所述自然光的预期量，确定用于在所述计划生成期期间将提供的所述光调节量的分配预定计划。
13.根据权利要求11和12中的任一项所述的***，其中所述受控环境外部的至少一个环境参数的所述预测值还包括在所述计划生长期的至少一部分期间的预期的温度波动的信息。
14.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有在其上存储的用于一种用于控制植物生长的***的计算机程序工具，其中所述计算机程序产品包括用于执行根据权利要求1的步骤的代码。
15.一种包括计算机可读介质的计算机程序产品，所述计算机可读介质具有在其上存储的用于包括适于控制植物生长的控制单元的***的计算机程序工具，所述植物是预定类型的并且布置在受控环境中处于接收自然光和人造光的混合光的照射的条件下，其中所述计算机程序产品包括：
-用于获取所述植物的期望的完成状态的代码，所述期望的完成状态定义所述植物的计划生长期的终止；
-用于获取所述受控环境外部的至少一个环境参数的预测值的代码，所述至少一个环境参数包括在所述计划生长期的至少一部分期间照射所述植物的自然光的预期量，以及
-用于根据所述自然光的预期量和在所述计划生长期期间照射所述植物的光的总量确定光调节量的代码，其中所述光的总量基于所述植物的所述类型来确定。
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