CN106572642A - 耕作系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于在生长植物作物中使用的设备，所述设备包括围起容积的结构(12)，在所述容积中作物可在作物生长期间被维持在受控环境中，所述结构容纳处于间隔开的平行关系并被安装用于围绕闭合路径的同步运动的两个环形带(15)，可移除地保持用于作物的营养液(21)的槽(20)，使得保持作物的容器(19)能够悬挂在所述带(15)之间并随所述带移动的悬挂装置(18，19a)，所述带(15)的路径为使得容器(19)至少部分地浸没在营养液中并在完整的带回路上给作物供养分至少一次。

Description

耕作系统
发明领域
本发明涉及一种生长(种植)蔬菜的系统和一种在所述系统中使用的设备。该系统在可用生长区域(面积)有限的地方并且尤其是在建筑物的屋顶上找到特别用途。
发明背景
考虑到对从逐渐减少的可用土地面积生产更多食用作物以及还有对在该生产中使用尽可能少的化石燃料衍生的能量(衍生的能源)的逐渐增加的需求，已经开发出用最小能量投入改善每m2产量的许多不同的技术。另外，已经开发出使得能够实现先前不可用的区域支撑作物的技术。
例如，特别是在城市环境中，建筑物的屋面(屋顶面，roof)正越来越多地被用来生长作物。在屋顶能够支撑重量的情况下，可建立常规温室。可替代地，容器或生长床(苗圃床，raised bed)位于结实的平坦屋面上并以常规乡村市场菜园中使用的方式进行生长。
在尝试利用屋面空间时，于是对于待商业化运作的计划(项目)，需要解决的一个问题是抚育(照料)和收获作物。许多超市具有可用的屋顶区域。在最近的计算中，存在2160个超市，每个超市具有超过5000m2可用。可通过利用现代多地拱(塑料大棚，polytunnel)结构来开拓对这个区域的使用，同时这种超市具有生长作物每年达3百万英镑价值的潜在能力。该方法将会从将来自锅炉烟气的热量和二氧化碳直接引入到该多地拱中受益，由此改善用于生长的条件。
然而，简单地利用多地拱作为商业屋顶耕作计划的一部分保留了(retain)基于土地的计划的问题，其中对于耕作机械和对于劳动力仍需要接触(接近，进入，access)。需要接触使较大区域不能用于栽培。另外，当工作在屋顶环境中时，需要保证安全措施以最小化特别是人员而且还有设备和材料从屋顶落下的危险。此外，在屋顶倾斜且不是水平屋面的情况下使用多地拱是不适宜的。
针对接触问题的一个解决方案使用水栽培(hydroponics)来将水和养分输送至植物。存在两种基本的水栽培变化形式(变型)。在第一种变化形式中，包含植物的单个盆与输送植物生长所需东西的一批管道相关联(link)。由于设置管道工程所需要的时间，因此这种变化形式对于具有长的生长期的农作物(诸如西红柿)更有利。然而，因为需要接触，因此不仅作物还有管道工程，仍需要相对大的接近区域。第二种变化形式，其通常用于具有短生长周期的作物(诸如沙拉叶作物)，利用漂浮在保持富含养分的水的池(罐，tank)中的聚苯乙烯托盘。池通常较长，其中托盘彼此邻近从植物幼小时的第一端漂浮到植物生长且可以被收获的第二端。该第二种变化形式的性质将生长作物限制为单层。
本发明寻求通过提供适宜于在屋顶上使用的生长作物的系统来解决以上问题，该系统改善空间利用率以及人员的安全性。该系统还适于结合斜的屋面使用。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于在生长植物作物中使用的设备，所述设备包括围起一容积的结构，在所述容积中作物可以在作物的生长期间被维持在受控环境中，
所述结构容纳处于间隔开的平行关系并被安装用于围绕闭合路径的同步运动的两个环形带(无头带，无末端带，endless belt)，
可移除地保持(retain)用于作物的营养液的槽，
使得保持作物的容器能够悬挂在所述带之间并随所述带移动的悬挂装置，
所述带的路径为使得容器至少部分浸没在营养液中并且在完整的带回路上给作物供养分(给作物施肥/供给)至少一次。
所述设备使得作物能够被生长在较小容积中，同时来自操作员的投入最少。
可选地，悬挂装置包括用于容纳一个或多个容器的框架，这使得作物能够与容器一起被移除，以用于进一步传送和用于新的作物被相对容易地添加，来穿过所述设备。另外可选地，悬挂装置包括附接于所述带并在所述带之间延伸以提供安全支撑的棒(bar)或轮轴(轴，axle)。
便利地，每个带安装至驱动链轮(drive sprocket)，然而进一步便利地，所述带或每个带的路径由另外对所述带提供支撑的多个惰齿轮(idler cog)限定。进一步便利地，驱动链轮位于所述结构之内。所述驱动带优选为链。
所述设备优选包括传感器，诸如温度传感器或湿度传感器，所述传感器连接至显示器，使得操作者能够控制所述结构内的环境。可选地，传感器与处理装置(processingmeans)和控制装置(control means)关联以使得所述结构内的环境能够被自动控制。
可选地，一个或多个相机位于所述结构内以提供植物生长的视觉图像和/或记录。
优选地，一个或多个激光器安装在所述结构内以使得能够实现对在所述结构内的植物材料的生长控制并减少作物生长期间对除草剂的需求。
所述设备优选地包括用于分别填充和排空所述槽的泵。
优选地，所述结构的底面(底部，floor)由能够使作物靠近城市环境中的销售点生长的建筑物屋面组成。
根据本发明的第二方面，提供了一种生长植物的方法，所述方法包括如下步骤：
(i)将植物放入容器中；
(ii)将所述容器自由悬挂在两个环形带之间，所述带以间隔开的的平行关系布置并被安装用于围绕闭合路径的同步运动，
(iii)将营养液添加到槽中，
(iv)所述带的路径为使得所述容器和所述植物至少部分浸没通过在所述槽中的营养液以给所述植物供养分(施肥)和添水(供水)且然后将所述容器和植物从营养液和槽移除，
(v)所述路径被限定在具有受控环境的空间内。
附图简述
现在参考所附的附图来描述本发明，附图仅通过举例示出了耕作系统的一个实施方式。在附图中：
图1是包括根据本发明的屋顶耕作系统的建筑物的概略图；
图2是图1的建筑物和系统的侧视图；
图3是托盘和养分槽的不按比例的概略图；和
图4示出了悬挂在驱动链之间的托盘。
具体实施方式
参考图1和图2，这些图例示了位于建筑物的屋顶上的模块化系统。该建筑物屋顶具有现代仓库以及还有超市(尤其是那些作为专门构建的工业零售园区(retail park)的一部分而构建的仓库和超市)的常见的设计。在这样的建筑物中建立(建造，erect)了基本的钢架并且冷轧钢檀条拴到所述钢架上。然后檀条用绝缘的成型钢板(steel profilesheet)覆盖。较大的建筑物可以以若干低坡度的凸窗(bay)组在一起。
在建筑物10的屋面11上建立的模块可以被安装以适合建筑物10的框架且在构建过程中或其后以对框架的最小限度的干扰被安装。此外，意图是，模块的重量在可能的情况下由该建筑物框架负担。一般被参考为12的基本模块因此包括具有由塑料材料制成的壁和屋面的钢架构。塑料材料是本领域已知的且已广泛用于构建常规的多地拱。而且，塑料材料可作为约两米宽的卷而获得且模块可使用已知的Keder方法构建。在这种方法中，模块的架构被建立且包括规则地间隔开的拱形件(arch)，塑料材料跨过拱形件附接于其上以形成模块的屋面。屋面可因此由跨过模块的宽度的若干塑料材料条或可替代地由沿模块的长度延续的单长度塑料材料构建。
在模块内，几乎完全自动化的过程使得生长的植物能够被监测、添水和供养分、以及收获。另外，可选地包括用于控制杂草和害虫的装置。
在一般被参考为12并且由建筑物屋面11，模块壁13a、13b和模块屋面14a、14b限定的模块的内部容积内维持作物在其中生长的受控环境。利用一对平行的环形驱动带或如在本文举例说明的链——相距约2米，为了方便在图1中只示出了链15中的一个——来传送植物通过模块12。链15被主驱动齿轮16驱动并且链的路径被张紧链轮17有效地确定。驱动齿轮16被位于图1中显示之处的电机驱动。在沿着链15的间隔处，棒或轮轴18(参见图4)在链15之间延伸并在任一端部固定至链。在未示出的替代实施方式中，索(cable)或链可代替棒或轮轴。
在使用中，保留植物的容器19通过索19a悬挂在轮轴18上。在未示出的有利的实施方式中，容器19保持在常见的架构中，使得能够实现移除容器19，收获作物，在容器19中生长新作物以及然后将容器19放回到架构中。因此，为了减少成本，设想将架构的尺寸设计为接受整数个(尤其是3个)工业标准大小的容器。这样的容器可以以各种各样的形状和大小而使用且其本身可携带较小的托盘或盆。通过使用工业标准的容器，将成本保持到最小值。具体地，可以使用保持盆栽植物以使得盆栽植物不跌落并且能装进在超市或园艺出口(horticultural outlet)中使用的Danish推车的某些托盘。尽管通常单次使用，但是对于本发明可再利用托盘，这样又降低了成本。
因此，将注意到，随着主驱动齿轮16运转，链15和其上悬挂的容器19绕模块12传送，且植物因此从模块12的一个区域移动到另一个区域。在这个行程沿途的限定的点，可监测光条件、湿度等等，并可进行供养以及杂草和害虫控制。托盘可设置有RF标签或Bar/QR码，例如当托盘靠近供水槽或传递点(参见下面)时，它们可在多个点处被传感器读取。
本文公开的本发明相对于现有技术系统的一个优点是，能够被安装在不同形状和维度的屋面上，而不需要制造专门用于该屋面或植物作物的元件。链15的路径的构造由张紧链轮17决定，并且因此这些可被定位成适合总体屋面形状和可能存在于屋面11上的任何其他设施。
以上系统使得能够实现实施更加简化的浇水和供养方案(regime)。不像需要大量管道和分支来给含有单个植物的盆浇水或需要盆位于毛细管垫(matting)上的现有技术系统，本发明的系统可包含包括槽20的单个浇水点。槽20可填充有水和用于特定植物及其生长阶段的任何养分。所述槽可用手或通过利用泵来填充。随着植物沿其路径被链15移动，植物被浸入槽20中，由此给植物添水和/或供养分(施肥)。如果特定的植物需要，链15的移动可被暂停以确保充分添水。
一旦对该容器完成添水和/或供养分(施肥)，槽20可以可选地再次借助泵排空，准备好接收新鲜的水和养分。随着容器继续移动，从植物滴下的任何过量的水流回槽20中且可被再利用。这种添水方法的优点是，随着水从植物排出，空气被吸入土壤中，这样增强了土壤支持生长的能力。
为了监测植物的发展，传感器以及还有相机被安装在模块12内的点上以使得可观察到植物的视觉状态。在图1中，显示了许多检测器。首先，在22显示了温度指示器且在23显示了湿度指示器。应理解，所述检测器可被定位在系统内的任何地方，最好是在设置系统时确定的。便利地，传感器可位于槽20的区域中。传感器可以具体地包括读码器、相机或激光器。传感器便利地与中央处理和控制单元相关联，中央处理和控制单元将被编程以采取必要行动来将各种特性(诸如温度)的值保持在预设范围内。可替代地，当要求手动维护值时，单元可简单地提供读数。
传感器的使用不仅允许条件被控制而且向零售商提供信息，零售商可将其用作该商业内的市场工具。首先，数据可积累且可用来使得种植者能够构造知识基础(knowledgebase)以帮助零售商理解如何管理模块内的条件来确保最佳生长。
另外，数据可用来通过商品上的标签或通过整个商店的屏幕向顾客显示，以显示商品的起源。数据的另一用途是作为智能手机应用程序的一部分使得顾客/消费者能够接收直接的相机馈送来确定作物何时准备好。并且，出于教育目的，可以将处于不同发育阶段的作物收获和买下，以呈现给下面建筑物里的学生。
最后，来自相机的图像可用来给出显示植物生长的时差影片(时间推移影片，timelapsed film)。
来自相机的信息还可以与联接到激光器的处理器相关联。激光器可安装在与托盘/容器的视野成直线的模块内便利的点，且因为模块内的所有植物都经过该点，因此所有植物应该在某时刻来到激光器的视野的直线内。然后可在处理器的控制下使用激光器来例如除去杂草或修剪不想要的根、茎或叶或者可能对托盘内的植物减苗。对使用除草剂的需求因此减少。
在空间允许的情况下，模块可以沿屋面并排布置且，从而假定相邻模块之间的温度要求容许，分享公共的分隔壁。取决于生长的作物，相邻模块可以分享添水槽或设置有其自己单独的槽。在前一种情况中，可进行链移动与作物到公共槽的递送之间的协调，特别是在对于两种作物使用相同溶液的情况下。单独的槽的使用当然会除去对这种协调水平的需求并且还将使得每种作物的生长条件能够被单独地优化。
当使用多个模块时，对最大化可用的生长空间以及还有使得系统能够保持主要为自动化存在增加的需要。为了实现这一点且为了使得植物生长的密度能够尽可能高，许多对模块的接近点(接触点，access point)被减少到可能的最小量。而且，来自每个模块的农产品(产物，produce)被带到单个接近点，自该点可将产品从屋面移出到例如超市地面。出于便利，接近点可以在槽20的区域中。这样方便于添水、除草、修剪等的过程，因为这些行为首先可在控制区域中用眼监测，且其次在植物静止时发生。为了使对用来移动农产品的体力劳动的需求降到最低，可利用机器人和CNC加工技术来从框架抬起植物托盘/容器并将其置于传送框架上。传送框架然后借助给出跨屋面到接近点的路线的一对链传送。通过适宜的路线，数千平方米的种植面积(生长面积)可从非常小的区域，或许不大于电梯井(liftshaft)，获取。
相对于在所述接近区域可位于建筑物内或甚至在建筑物的外部的情况，单个接近区域的使用再次提供了大量的灵活性。只要布局容许有充分的用于传送框架的通路，接近区域定位至底层就可以是在该通路的任何地方。当然，在系统被安装在地面水平或在人接近不受限制的屋顶上的情况下，则可能不需要履带架(crawler frame)。

Claims (15)

1.一种用于生长植物作物使用的设备，所述设备包括围起一容积的结构，在所述容积中作物能够在作物的生长期间被维持在受控环境中，
所述结构容纳处于间隔开的平行关系并被安装用于围绕闭合路径的同步运动的两个环形带，
可移除地保持用于作物的营养液的槽，
使得保持作物的容器能够悬挂在所述带之间并随所述带移动的悬挂装置，
所述带的路径为使得所述容器至少部分地浸没在营养液中并在完整的带回路上给作物供养分至少一次。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述悬挂装置包括用于保持一个或多个容器的框架。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中，所述悬挂装置包括附接于所述带并在所述带之间延伸以提供对所述容器的安全支撑的棒或轮轴。
4.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，每个带被安装至驱动链轮。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述驱动链轮位于所述结构内。
6.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述带或每个带的路径由另外对所述带提供支撑的多个惰齿轮限定。
7.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述驱动带为驱动链。
8.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述设备包括传感器，诸如温度传感器或湿度传感器，所述传感器连接至显示器，从而使得操作员能够控制所述结构内的环境。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述传感器联接至处理装置和控制装置以使得所述结构内的环境能够被自动控制。
10.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，一个或多个相机位于所述结构内以提供植物生长的视觉图像和/或记录。
11.根据任一前述权利要求所述的设备，包括用于填充和排空营养液的槽的泵。
12.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，所述结构的底面由建筑物屋面组成。
13.根据任一前述权利要求所述的设备，其中，一个或多个激光器被安装在所述结构内。
14.一种设备，大体上如本文参考附图所描述的以及如由附图所例示的。
15.一种生长植物的方法，所述方法包括以下步骤：
(i)将植物放入容器中；
(ii)将所述容器自由地悬挂在两个环形带之间，所述带以间隔开的平行关系布置并被安装用于围绕闭合路径的同步运动，
(iii)将营养液添加到槽中，
(iv)所述带的路径为使得所述容器和所述植物至少部分地浸没在营养液中以给所述植物供养分和供水且然后将所述容器和植物从所述营养液中移除，
(v)所述路径被限定在具有受控环境的空间内。
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