CN110393146A - 一种搭载有人工智能的菊科植物的水培系统 - Google Patents
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Abstract
一种菊科植物的水培系统，其目的在于提供搭载有人工智能的水培系统。本发明通过搭载有人工智能的菊科植物的水培系统而解决课题，所述菊科植物的水培系统通过人工智能控制栽培条件及产生伤病时的对策，其特征在于，具备：多个栽培架10a，10b，10c，用于栽植菊花30；营养液槽12，用于贮存提供给栽培架10的营养液40；液肥槽16，用于向营养液槽12供给液肥；液肥槽，用于贮存提供给营养液槽内的营养液的液肥；及过滤装置18，用于过滤废液。
Description
技术领域
本发明涉及一种以菊科植物为对象的搭载有人工智能的水培系统。
背景技术
迄今为止，水培一直以生菜等叶菜类蔬菜为对象，但近年来，提出了以单价利润更高的作物为对象的水培。
例如，日本特开2008-154512号公报中公开了草莓的水培装置，该水培装置经由机框的挡条分多级上下配置多个草莓栽培容器，同时设有循环营养水供给装置，其中，所述草莓栽培容器为外形形成为大致长方形的形状的箱体，并从正面侧板上部大致水平地在所述砾石层内延伸设有单个或多个草莓栽培筒且使该草莓栽培筒能够拆装，所述草莓栽培筒在其整个底板上形成有排水切口，在所述底板上形成培体，同时，将草莓苗的根部收纳于内部的培体，且，表面具有多个开口部；所述循环营养水供给装置使营养水从最上级的所述草莓栽培容器的最上部滴落或浇入，依次通过多级所述草莓栽培容器，并从最下级的所述草莓栽培容器的最下部流出，其中，所述草莓栽培容器分别以能够沿水平方向抽出的方式设置在挡条上(专利文献1)。
另外，日本特开2011-24475号公报中公开了蕃茄的水培装置及水培方法(专利文献2)，该水培装置由用于栽培蕃茄20等植物的水培槽11、预先储存提供给该水培槽11的营养液的贮存槽12、及配置于上述水培槽11和贮存槽12之间，通过微生物分解自然有机物，并将其加入贮存槽12内的营养液中的营养液生成槽13构成，并使营养液在贮存槽12、栽培槽11、养分生成槽13中循环，同时在栽培槽11中培育并栽培植物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-154512号公报
专利文献2：日本特开2011-24475号公报
发明内容
发明想要解决的课题
菊花是我国重要的作物之一。菊花是日本列岛及中国等东亚国家原产的多年生草本植物。菊科植物的水培不仅在中国国内罕见，即使在荷兰等海外国家引入案例也非常少。其原因在于尚未建立引入系统所需的费用和栽培技术。
另一方面，人工智能的利用在各个产业领域备受关注。人工智能(ArtificialIntelligence：AI)是指利用计算机人工地实现学习、推论及判断等人类的智能功能。目前，在菊花栽培中，根据农户的知识、经验以及直觉来设置各种栽培条件，因此，例如，具有数十年菊花栽培经验的农户和新手农户所培养的菊花的质量差异显著。而且，菊科植物的水培必须根据菊科植物的种类、品种及生长阶段来控制温度、湿度、照明、水温、溶氧及液肥等条件，需要非常复杂的控制，但无法通过人工智能来进行这么复杂的控制，希望能够大力促进菊科植物水培的普及。
因此，本发明的目的在于提供一种搭载有人工智能的菊科植物的水培系统。
用于解决课题的手段
本发明的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统具备：栽培架，用于栽植菊科植物；营养液槽，用于贮存提供给所述栽培架的营养液；液肥槽，用于贮存提供给所述营养液槽内的营养液的液肥，其特征在于，具备：培育条件设置部，用于设置所述菊科植物的培育条件；环境控制部件，基于由所述培育条件设置部所设置的培育条件而被驱动；输入部件，用于输入所述环境控制部件的工作状况；输入部件，用于输入包含所述菊科植物的伤病在内的培育状况；存储库，用于存储各环境控制部件针对所述菊科植物的培育状况的驱动条件等知识；推论部件，基于由所述输入部件输入的培育状况、由所述检测部件检测的环境状态及所述知识库的存储内容，一边与所述输入部件之间反复进行问答，一边推论出最佳的驱动条件；控制信号产生部件，其与所述推论部件推论出的对策相对应地形成并输出针对所述培育条件设置部的各种控制信号。
优选地，本发明的菊科植物的水培系统具备：微泡产生装置，其将空气制成微米级或纳米级的微泡。
优选地，本发明的菊科植物的水培系统在所述营养液槽内设有所述微泡产生装置。
优选地，本发明的菊科植物的水培系统具备：过滤装置，其用于过滤从所述栽培架排出的溶液。
优选地，本发明的菊科植物的水培系统是根据菊科植物的生长阶段设置多个所述栽培架而成的。
优选地，本发明的菊科植物的水培系统具备：照明装置，用于向所述菊科植物提供光。
优选地，在本发明的菊科植物的水培系统中，所述照明装置为发光二极管(LED)。
发明效果
根据本发明，通过搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，能够实现以往认为很困难的菊科植物的水培，且，与过去的土培相比，能够使栽培时间缩短至1/2～1/3。
附图说明
图1为表示本发明的菊科植物的水培系统的实施方式的示意构成图。
图2为本实施方式的水培系统的方框图。
图3为本实施方式的水培系统的动作流程图。
图4为优先级排序过程的流程图。
图5为表示伤病-对策苗的图。
图6为对策方案的探讨流程图。
图7为伤病的优先级排序的流程图。
图8为原因的优先级排序的流程图。
图9为应对措施的优先级排序的流程图。
其中：1…菊科植物的水培系统；10…栽培架；12…营养液槽；14…微泡产生装置；16…液肥槽；16a…液肥A；16b…液肥B；16c…液肥C；18…过滤装置；20…照明装置；30…菊花；；40…营养液；42…营养液提供路径；44…液肥提供路径；46…营养液回收路径；50…营养液提供泵；52…液肥提供泵；54…营养液回收泵；60…微泡或微纳米泡沫；
具体实施方式
图1为表示本发明的菊科植物的水培系统的实施方式的示意构成图。本实施方式的菊科植物的水培系统1由栽培架10、营养液槽12、微泡产生装置14、液肥槽16、过滤灭菌装置18及照明装置20简要构成。另外，本实施方式的水培系统1设置于密封空间内，能够防止害虫从外部入侵，这一点以简化的方式示出。并且，通过接口，以有线或无线方式与后述的人工智能连接。
栽培架10a，10b，10c在其上面侧设置有用于栽植通过水培系统1栽培的菊花30a，30b，30c的部位。另外，栽培架10a，10b，10c在其内部设有用于积蓄从营养液槽12提供的营养液40的空间。
栽培架10可以在一个栽培架上栽植成长阶段不同的菊科植物，优选地，设置多个栽培架10a，10b，10c，并根据菊科植物的成长阶段而设置多个。
营养液槽12用于贮存提供给栽培架10的营养液40。营养液槽12经由营养液提供路径42与栽培架10连结。并且，经由营养液提供路径42，从营养液槽12向栽培架10提供营养液40。需要指出，营养液槽12可以构成为，在内部设置搅拌叶片(无图示)，以均匀地搅拌营养液40。
另外，在营养液提供路径42的中途设置营养液提供泵50，通过该泵50，从营养液槽12向栽培架10提供营养液40。需要指出，营养液泵50可以同时工作，也可以针对各栽培架10a，10b，10c分别工作。
另外，营养液槽12中国设有用于将空气(Air)制成微米级或纳米级的微泡的微泡产生装置14。即，微泡产生装置14能够给向营养液40中提供微米或纳米级的微泡。
需要指出，具体而言，优选地，这里所说的微米或纳米级的微泡为在杀菌效果的面上平均直径为50μm以下的泡。
作为微泡产生装置14，它可以是通过任意方式产生泡沫的装置，例如，可以采用下述方式中的任意一种：喷射器方式，向喷射器中输送加压后的液体，将通过喷射器内部所产生的无数“剥离流”而自吸的气体微粒化，从而生成气泡；气蚀方式，向具有气蚀结构的产生器中输送加压后的液体，并利用结构部所产生的气蚀现象(空腔现象)，使液体中所含的溶解气体析出，从而生成气泡；旋流方式，从偏心方向，向具有筒状结构的产生器中输送加压后的液体，利用圆筒中心部所形成的“气柱”自吸空气，通过喷出时的速度差所产生的剪切力来生成气泡；加压溶解方式，在压力下使气体强制溶解，通过减压(向大气开放)使气泡析出，能够使用市售的装置。
由微泡产生装置14所产生的微泡或微纳米泡沫60扩散到营养液40中，能够以营养液40为主，对水培系统1的整个流道中的细菌灭活并对杂菌等进行杀菌。另外，也具有如下效果：向栽培架10上所栽植的菊科植物的根(无图示)提供充分的氧，促进菊科植物的生长。通过该微泡或微纳米泡沫60的效果，确保了水培系统1的流道的卫生性，能够栽培健康的菊科植物，同时，通过现有的土培需要90～120天左右生长的菊科植物的栽培缩短至30～60天。
需要指出，在本实施方式中，虽然示例了在营养液槽12内设有微泡产生装置14的情况，但本发明不限定于此。在本发明中，也可以在营养液槽的外部设置微泡产生装置，并通过微泡提供路径将营养液槽和微泡产生装置连结。
液肥槽16用于贮存提供给营养液槽12内的营养液40的液体肥料。可以根据需要控制的液肥的种类及数量适当变更，图中构成为，能够控制液肥A16a、液肥B16b、液肥C16c这三种液肥，但不限定三种。这些液肥A，B，C分别与液肥提供泵52连结，并且以通过该液肥提供泵52，从液肥槽16经由液肥提供路径44向营养液槽12提供液肥的方式进行连结。并且，根据菊科植物的成长，以达到预设的浓度的方式，通过液肥提供泵52向营养液槽12提供液肥。
需要指出，虽然图1中示出了液肥槽16与营养液槽连结的例子，但不限定于此，也能够与各栽培架10a，10b，10c连结，并提高与菊科植物的成长阶段相应的液肥。
液肥是将包含菊花30a，30b，30c成长所需的养分的肥料溶解在水中制备而成的。作为液肥，能够使用市售的菊花用液肥。液肥的浓度根据菊科植物的成长过程适当设置。
营养液回收路径46用于回收从栽培架10a，10b，10c中排出的营养液40。另外，在营养液回收路径46的上游或中途或下游设有泵54，通过该泵54，从栽培架10a，10b，10c向过滤装置18转移营养液40。
过滤装置18用于对从栽培架10中排出的营养液40进行过滤。在该阶段，去除栽培中途脱落的叶子或根等夹杂物，再生成为澄清的营养液40，再次提供给营养液槽12。在此，也可以吸附除去未被菊科植物30吸收的残余液肥。需要指出，过滤装置18能够根据夹杂物的大小来选择过滤器的种类，另外，能够设置过滤能力不同的多个过滤器或超滤膜，关于这一点图中未示出。
在本实施方式中，设置有用于向栽培架10a，10b，10c上栽植的菊花30a，30b，30c提供光的照明装置20。通常，设置于菊科植物栽植位置的上方，但只要能够向菊科植物提供光即可，不限定于上方，照明装置设置于密闭空间的任意位置即可。
优选地，在菊科植物栽培期间，在刚刚扦插芽之后(图1中30a的状态)和开花前(图1中30b的状态)进行光照管理。即，作为刚刚扦插芽之后的管理，进行如下调节：起初不照射光，随着生根白天逐渐延长光照时间，定植之后7天左右解除避光。另一方面，在开花前，当夜晚达到一定以上长度就会开花，因此优选地，停止提供光，给菊科植物夜晚较短的错觉，从而抑制花芽分化，从而确保切花长度及调节出货时间。
作为所述照明装置，也能够使用白炽灯泡、荧光灯或发光二极管(LED)中的任意一种光源，优选使用发光二极管(LED)。如果使用发光二极管(LED)，与白炽灯泡相比，发光效率高，能够以更少的功耗获得与白炽灯泡相同的照度，额定寿命长，能够照射特定波长区域(蓝色、绿色、红色或它们的组合)的光。特别是当栽培菊花时，优选使用红色的发光二极管。
在本实施方式中，作为水培系统的栽培对象的菊科植物的种类没有特别限定，能够以各种菊科植物为对象。菊科植物有多种种类，分类方法也有数种，但花径不同可举出：菊花展等所展示的、具有平瓣、针瓣、单瓣等种类的大菊、江戸菊、嵯峨菊、伊势菊、肥后菊等，以及用于丧事的中菊、广泛用于盆栽、花坛及花盆、切花等的小菊、在欧美改良并作为盆栽菊花、多花型菊(spray mum)等引入日本的洋菊等。
在本实施方式中，通过人工智能实施上述水培中的各种控制。
如图2所示，本实施方式的人工智能200经由接口201与菊科植物的水培系统1的接口101连接，存储包含栽培条件及伤病状况在内的培育状况，同时具备：知识库203，从知识获取部202获取伤病对策苗、伤病消除规则、过去的对策记录等专门知识而成；推论引擎204，有效地利用知识库203进行推论程序；及用户接口205，基于水培系统1的各传感器的检测值及操作者的观察来输入栽培条件及生长状况，同时与操作者进行问答，该人工智能200根据生长状况来确定水培系统1的环境设置条件。
另外，水培系统1的系统构成具备：与人工智能200连接的接口101、基于来自人工智能200的信号而设置环境条件的栽培条件设置部102、检测水培系统1的环境条件的传感器部103、以及将栽培条件设置部102和传感器部103的输出进行比较，并向执行器104发送指令信号的信号控制部105，该系统构成一边控制水培系统1的环境一边栽培菊花。
传感器部103的构成根据待感应对象适当确定，例如，由空气温度传感器、水温传感器、营养液传感器、pH传感器、湿度传感器及光传感器等构成。
另外，执行器104驱动照明装置、湿度調整器、液肥槽、微泡产生装置、泵、pH调节器、加热器等进行动作。
本实施方式的水培系统1进行如下两种操作：根据生长状况变更环境条件；及当菊科植物生长中产生伤病时，制定并执行对策，在此，将以生长中产生伤病的情况为例进行说明。
图3为用于对整个流程进行说明的图。首先，操作者根据系统的提问输入有关幼苗的现状的信息，例如所产生的伤病名称、所使用的幼苗的品种名称等(300)。
接着，系统根据通过传感器部103等从水培系统1自动输入的当前栽培条件及有关幼苗现状的信息来缩小对策方案(301)。并且，如图4所示，当产生多种伤病时，针对多种伤病，在内部对对策方案的顺序设置优先级(310)，从必须重视的伤病开始依次制作伤病列表(Xi1、Xi2、Xi3…)。
接着，针对开头的伤病Xi1，根据伤病状况推测原因(320)，并按照优先级顺序制作原因列表(Yi1、Yi2、Yi3…)。
而且，针对就原因列表中开头的原因Yi1所想到的对策方案推论出最佳的对策方案(330)，并制成对策方案列表(Zi1、Zi2、Zi3…)。
需要指出，如图5所示，这里所使用的伤病对策苗通过知识获取部而预先被输入知识库。向知识获取部的输入也可以为机器学习(包括神经网络、深度学习)。
进而，在优先级排序中，使用过去的对策记录(302)，按照大小的可能性来预测可能因执行推论得出的对策方案而产生的伤病(303)，若产生重大伤病的可能性较大，则减小变更幅度或降低该对策方案的优先级，通过使其具备这样的功能，并以避免失败的方式变更对策方案，能够实现良好的栽培条件。
图6为该对策方案的探讨过程的流程图。首先，判断产生伤病的可能性是否较大(600)，如果为否定(N)，则执行当前对策(601)。
另外，当产生伤病的可能性较大时(Y)，判断是否为重大伤病(602)，如果为否定(N)，则执行当前对策(601)。另一方面，当为重大伤病时(Y)，判断设置条件时的变更幅度是否很小(603)，如果为否定(N)，则将变更幅度设置为一半(604)。另外，当变更幅度较小时(Y)，变更对策方案(605)。
这样一来，将所产生的伤病的可能性也考虑在内，将缩小后的对策方案列表的最初的对策(Zi1)看做第一对策方案，确定栽培条件，并从人工智能向水培系统发送控制信号(304)。
接着，作为后续护理，继续在上述栽培条件下进行栽培动作，一边回答来自人工智能的提问一边进行观察，当操作者输入信息之后，继续在系统中探讨栽培条件(305)。
接着，依次详细地说明所述各推论过程。
首先，在伤病的优先级排序过程中，如图7所示，将所产生的伤病作为X1、X2、X3…输入(311)。
接着，使用预先在知识库内准备好的伤病-优先级对应表来确定各伤病优先级(312)。
并且，将这些按照优先级顺序排列，并制成伤病列表。此时，当从表中求得的优先级相同时，使较早输入者优先(313)。
这样一来，从经由筛选器所检测的叶子颜色及叶面积、叶子的展开程度等而求得的伤病的Xi1为萎蔫。
图8表示其原因的优先级排序的流程图。
首先，例如，判断产生萎蔫的部位在空气供给部附近(321)。并且，当不在空气供给部附近时(N)，判断温度传感器是否良好(322)，如果为否定(N)，则判断为温度异常Yi1。
另外，当温度适当时(Y)，判断湿度是否适当(323)，如果为否定(N)，则判断为湿度不足Yi2。
另外，如果湿度良好(Y)，则判断营养液的量是否充足(324)，如果为否定(N)，则判断营养液不足Yi3。
而且额，当营养液的量充分时(Y)，判断营养液的pH是否适当(325)，如果为否定(N)，则判断原因在于污染(Contamination)(Yi4)。
另外，如果营养液的pH适当(Y)，则判断为营养液成分存在问题(Yi5)。
另一方面，当产生萎蔫的部位位于空气供给部附近时(Y)，判断供给空气量是否适当(326)，如果为否定(N)，则判断空气供给量过剩(Yi6)。
另外，当供给空气量适当时(Y)，继续判断营养液的pH是否适当(313)。
当这样求得的原因为营养液成分不足(Yi2)时，如图9所示那样进入对策方案的优先级排序过程。
首先，由知识库的伤病对策苗求得针对营养液成分不足的对策列表(331)。作为针对营养液成分不足的对策列表，基于生长阶段(光量累计、气温累计等)，例如，增加如下成分：Z1：硝酸离子、Z2：铵离子、Z3：磷酸离子、Z4：钾离子、Z5：钙离子、Z6：镁离子、Z7：硼离子、Z8：锌离子、Z9：铁离子、Z10：锰离子、Z11：铜离子、Z12：钼离子、Z13：钴离子、Z14：铝离子、Z15：镍离子、Z16：钠离子。
并且，基于当前生长阶段，判断它是否为可以增加硝酸离子量的阶段(332)，如果为否定(N)，则降低Z1的优先级(333)。
另外，如果基于当前生长阶段判断它是可以增加硝酸离子量的阶段(Y)，则判断是否可以增加铵离子的量(334)，如果为否定(N)，则降低Z2的优先级(335)。
进而，当基于当前生长阶段判断它是可以增加铵离子量时(Y)，判断是否充分成长(336)，如果为否定(N)，则降低Z3的优先级(337)。
并且，当充分成长时，按照优先级顺序将Z1、Z2、Z3…Z16排序为Zi1、Zi2、Zi3…Zi16(338)。
这样一来，推论并确定最佳的栽培条件，并驱动微泡产生装置14、液肥槽16、照明装置20及各种泵50，52，54等。
另外，该系统根据生长阶段(定植期、花芽分化期、発蕾期、破蕾期、开花期)进行适当的控制，且，使人工智能学习这些控制，由此能够更快更准确地推测气象变化及肥料吸收。
此时，也可以通过检测排气体中的CO2浓度来感测菊科植物的光合作用能力、或提供低湿度气体，并从温室内的湿度升高率来感测蒸腾能力，同时，从叶子的绿色浓度推测菊科植物的生长阶段，并基于这些全自动地进行栽培。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其包括：
栽培架，用于栽植菊科植物；
营养液槽，用于贮存提供给所述栽培架的营养液；
液肥槽，用于贮存提供给所述营养液槽内的营养液的液肥，其特征在于，包括：
培育条件设置部，用于设置所述菊科植物的培育条件；
环境控制部件，基于由所述培育条件设置部所设置的培育条件而被驱动；
输入部件，用于输入所述环境控制部件的工作状况；
输入部件，用于输入包含所述菊科植物的伤病在内的培育状况；
存储库，用于存储各环境控制部件针对所述菊科植物的培育状况的驱动条件等知识；
推论部件，基于由所述输入部件输入的培育状况、由所述检测部件检测的环境状态及所述存储库的存储内容，一边与所述输入部件之间反复进行问答，一边推论出最佳的驱动条件；
控制信号产生部件，其与所述推论部件推论出的对策相对应地形成并输出针对所述培育条件设置部的各种控制信号。
2.根据权利要求1所述的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其中，包括：
微泡产生装置，其将空气制成微米级或纳米级的微泡。
3.根据权利要求1或2所述的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其中，所述营养液槽内设有所述微泡产生装置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其中，包括：
过滤装置，其用于过滤从所述栽培架排出的溶液。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其中，所述水培系统是根据菊科植物的生长阶段设置多个所述栽培架而成的。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其中，包括：
照明装置，用于向所述菊科植物提供光。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的搭载有人工智能的菊科植物的水培系统，其中，所述照明装置为LED。
8.根据权利要求7所述的菊科植物的水培系统，其中，所述LED照射红光。
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