CN113883477B - 一种基于后向反射的动植物照明设备、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于后向反射的动植物照明设备、系统及方法。本动植物照明系统至少包括照明部、移动部和控制部。照明部被配置为能够以窄带的方式向种植/养殖区域内的动植物提供高能量的光照。移动部用于连接所述照明部，以使得所述照明部能够以动态扫描的方式向所述动植物提供光照。控制部，至少能够用于控制所述移动部的移动方式。在所述控制部能够获取所述动植物相应的光照需求情况下，所述控制部被配置为能够基于所述动植物的光照需求以动态扫描的方式向所述动植物提供光照，以向所述动植物提供与所述动植物生长所需的光照。

Description

一种基于后向反射的动植物照明设备、系统及方法
技术领域
本发明涉及生物照明系统技术领域，尤其涉及一种基于后向反射的动植物照明设备、系统及方法。
背景技术
植物工厂将现代工业、生物科技、营养液栽培和信息技术等相结合，对设施内环境因子实施高精度控制，具有全封闭、对周围环境要求低，缩短植物收获期，节水节肥、无农药生产、不向外排放废物等优点，单位土地利用效率是露地生产的40～108倍，其中智能化人工光源及其光环境调控对其生产效率起到决定性作用。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。但是，现有植物光照灯通过人工控制光照、浇水、施肥等可实现农作物在一年四季的持续产出。但是现有的植物光照灯是固定设置的，通过选择性地点亮及熄灭植物光照灯来实现植物的光照调节。如此需要的植物光照灯的数量较多，成本较高，另外植物的光照的调节不灵活，调节操作也比较麻烦。与此同时，植物工厂生产成本中的电费占比约30％，若无廉价电源与效率高的人工灯光降低生产成本，植物工厂对农民的吸引力并不大。因此，发展节省资源的光源是建设植物工厂的必要需求。
例如，公开号为CN111174153A的中国专利文献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。但是，本发明人发现该发明仍存在以下技术不足：该发明所使用的光源(例如LED)均倾向于通过经配置的多种荧光粉以一定比例混合而成而形成白光，而白光LED是在出光时由波长彼此不同的荧光转换器件配合进行工作，其功耗很高，而此种方式的光转换效率较低，且所需的LED灯的数量巨大，进而整个光照系统的能耗较高，并且对光照系统的LED的光线利用率不高。因而如何在有限的光源下满足动植物的光照需求，从而达到减少固定设备(光照系统)投入以及降低功耗的目的以及日常运营的能耗支出是本发明的技术出发点。故针对现有技术的不足有必要进行改进。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请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。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明提供了一种动植物照明系统。本动植物照明系统至少包括照明部、移动部和控制部。
照明部被配置为能够向种植/养殖区域内的动植物提供高能量的光照。
移动部用于连接所述照明部，以使得所述照明部至少能够随着所述移动部移动。
控制部至少能够用于控制所述移动部的移动。
在所述控制部能够获取所述动植物相应的光照需求情况下，所述控制部被配置为能够基于所述动植物的光照需求以窄带的方式向所述动植物提供光照，以满足所述动植物生长所需的光照需求的同时减少所述照明系统的电能消耗。
根据一个优选实施方式，所述控制部能够获取所述动植物相应的光照需求的方法为：通过图像采集部采集指定区域内动物和/或植物的图像和/或视频；图像采集部将所述图像和/或视频发送至控制部；控制部根据所述图像采集部所采集所述动物和/或植物的图像和/或视频进行分析识别出所述动物和/或植物的基本数据信息，并根据所述基本数据信息控制所述照明部向所述动物和/或植物提供与所述基本数据信息的需求相符的光照需求。
根据一个优选实施方式，所述控制部能够每单位周期自动生成与所述基本数据信息所对应的光餐配置信息，并将所述光餐配置信息发送至所述照明部。
根据一个优选实施方式，所述照明部至少包括一个照明单元。所述照明单元能够接收所述控制部所发出的控制信号，并向指定区域内的动物和/植物提供具有连续光谱范围的均匀光照。
所述照明部还能够包括配光结构单元。所述单色光单元能够发出高能量的单色光。所述配光结构单元能够使得所述单色光汇聚至较小出射范围的窄带内而集中射向所述动植物。由于对于接收到同等能量光子的植物而言，短时高光强给植物带来的促生长效果优于长时低光强给植物带来的促生长效果。因此，所述配光结构单元能够使得所述单色光汇聚至较小出射范围的窄带内而集中射向所述动植物。由于在同等能耗的情况下，与多个光源平均分步相比，将多个光源(即照明单元)密集地集中设置并以较小范围投射于动植物上，此种光照方式对动植物所带来的促生长效果更优。通过该配置方式，照明部仅采用数量较少的LED灯，然后通过配光结构单元(例如聚焦透镜、菲涅尔透镜等器件)将照明单元的LED灯所发出的光线汇聚至出光结构，并通过出光结构架构所述光线投射向动植物，以使得通过照明部能够将数量较少的LED灯所发出的光线汇聚呈窄带状的光带而显著地增强出射光的光强度，并将具有较高光强度的光带射向动植物，从而在一方面满足动植物的生长所需的光照的同时，还能够显著地降低照明系统/装置/设备的耗电量以及在一定程度上提高照明部的电能利用效率，即实现显著地节能的技术效果。
根据一个优选实施方式，所述移动部被配置为能够使得所述照明部随着所述移动部的移动并将利用所述照明部所产生的光线对所述动植物进行扫描式的照射。所述照明部能够以静态或沿所述移动部的轴向方向转动，以使得所述照明部射向所述动植物的光线的入射方向持续改变而减小所述照明部所产生的光线射向动植物时所产生的照射死角。
根据一个优选实施方式，所述照明部还包括光线反馈分析单元，所述光线反馈分析单元至少包括发光板子单元和设置于发光板子单元受光面的光线传感器。在所述发光板子单元的受光面涂覆有荧光粉的情况下，发光板子单元被配置为能够放置于植物根部的受光面一侧，以充分利用所述照明部所产生的和/或自然光穿过所述植物叶片而漏下的光线而激发所述发光板子单元受光面一侧的荧光粉发出植物需要的光线，所述光线能够照射至所述植物。通过该配置方式，所述照明单元面向所述植物的一侧能够涂覆有荧光粉，以使得所述照明单元上的荧光粉能够利用从所述发光板子单元所射向所述照明单元的光线再次激发而产生射向所述植物的光线，以提高对单色光灯发出的光线的利用率。
根据一个优选实施方式，所述光线反馈分析单元还包括光线分析统计子单元。所述光线分析统计子单元至少能够所述光线传感器记录所述发光板子单元受光面一侧所俘获的光子数量和/或荧光粉被激发的能量，并能够基于所述光子数量和/或荧光粉被激发的能量分析得出所述植物的生长长势信息，并能够将所述光子数量和/或荧光粉被激发的能量信息发送至所述控制模块以使得所述控制部能够调整向所述植物提供的光照。
根据一个优选实施方式，所述控制部模块还包括数据库配方单元。在所述数据库配方单元能够获取所述光线分析统计子单元所发送的荧光粉被激发的能量的情况下，所述数据库配方单元被配置为能够基于所述荧光粉被激发的能量来形成和/或更新与所述植物的光照需求相匹配的光餐数据库。
根据一个优选实施方式，所述发光板子单元的受光面包括第一区域。所述第一区域内的荧光粉的浓度能够以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外逐渐降低或升高，以使得所述光线分析统计子单元至少能够基于所述发光板子单元受光面一侧所俘获的光子数量或荧光粉被激发的能量的变化分析得出植物叶片的长势情况，进而能够分析得出影响植物生长的因素以优化所述光餐数据库。
例如，由于第一区域内的荧光粉的浓度是以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外递减可以分为第一环状带、第二环状带、第三环状带，并可以依次类推。优选地，上述各环状带的宽度一致。因而当照明单元所射向植物的光线的入射角度发生变化时，集成于或设置于发光板子单元受光面的光线分析统计子单元能够通过上述不同环状带所接收的从植物叶片之间遗漏的光子以判断或者确定植物叶片的具体长势(比如，顶部的叶片稀少，或者植物靠近根部的叶片稀少，又或者是某一侧或者全部的叶片少于该类植物的正常水平)。
特别优选地，光线分析统计子单元能够根据植物所遗漏光线在第一区域内移动过程中各环状带内的荧光粉所激发的能量的变化趋势而判定该遗漏光线来自从植物的哪一个部位入射或遗漏至第一区域内的。
根据一个优选实施方式，所述发光板子单元的受光面还包括第二区域。所述第二区域的荧光粉以同一浓度的方式涂覆于所述第二区域内的所述发光板子单元的受光面，以使得所述照明单元发出的和/或自然光未经植物阻挡的光线能够直接激发所述第二区域的荧光粉产生能够用于植物生长的光线，所述照明部面向所述植物的一侧能够涂覆荧光粉，以使得所述照明部上的荧光粉能够利用从所述发光板子单元所射向所述照明部的光线再次激发而产生射向所述植物的光线。
根据一个优选实施方式，一种基于后向反射的动植物照明设备包括显示部，所述显示部能够接收来自控制部对所述照明部的控制信号，所述控制部能够将控制所述照明部的光餐信息通过所述显示部进行显示。
根据一个优选实施方式，一种基于后向反射的动植物照明方法，所述动植物照明方法包括：
照明部以窄带的方式向种植/养殖区域内的动植物提供高能量的光照；
移动部连接所述照明部以使得所述照明部能够以动态扫描的方式向所述动植物提供光照；
控制部用于控制所述移动部的移动方式；
所述控制部基于所述动植物的光照需求以动态扫描的方式向所述动植物提供光照，以向所述动植物提供与所述动植物生长所需的光照。
附图说明
图1是本发明提供的一种优选实施方式的简化示意图；
图2是本发明提供的第一区域的一种优选实施方式的简化示意图；
图3是本发明提供的光线反馈分析单元的一种优选实施方式的简化示意图。
附图标记列表
1：照明部 2：移动部 3：控制部
101：照明单元 102：光线反馈分析单元
102a：发光板子单元 102b：光线传感器
102C：光线分析统计子单元 301：数据库配方单元
I：第一区域 4：图像采集部
具体实施方式
下面结合附图进行详细说明。
图1和图3示出一种动植物照明系统。本动植物照明系统至少包括照明部1、移动部2和控制部3。
照明部1被配置为能够向种植/养殖区域内的动植物提供高能量的光照；
移动部2用于连接所述照明部1，以使得所述照明部1至少能够随着所述移动部2移动。
控制部3至少能够用于控制所述移动部2的移动。
在所述控制部3能够获取所述动植物相应的光照需求情况下，所述控制部3被配置为能够基于所述动植物的光照需求以窄带的方式向所述动植物提供光照，以满足所述动植物生长所需的光照需求的同时减少所述照明系统的电能消耗。
特别优选地，照明部1包括至少一个照明子单元。优选地，照明子单元可以采用LED灯。在控制部3能够获取光照部所对应的不同植物、同一植物的不同生长阶段对光配方需求的情况下，控制部3能够运用LED芯光技术，对红橙黄绿青蓝紫等不同颜色的光进行不同比例和强度的组合，既能满足植物光合作用的能量需求，又适合其生长发育的精确控制，同时在生产中节约能源和成本，从而定制出最合适的光配方。
根据一个优选实施方式，所述照明部1至少包括：照明子单元和配光结构单元。所述单色光单元能够发出高能量的单色光。所述配光结构单元能够使得所述单色光汇聚至较小出射范围的窄带内而集中射向所述动植物。
对于接收到同等能量光子的植物而言，短时高光强给植物带来的促生长效果优于长时低光强给植物带来的促生长效果。特别优选地，所述配光结构单元能够使得所述单色光汇聚至较小出射范围的窄带内而集中射向所述动植物。由于在同等能耗的情况下，与多个光源平均分步相比，将多个光源(即照明子单元)密集地集中设置并以较小范围投射于动植物上，此种光照方式对动植物所带来的促生长效果更优。
优选地，照明子单元可以为制造成竖直向下发光的LED灯。
优选地，照明子单元的LED灯也可以制造成三百六十度发光贴近植物的株间补光灯。
优选地，配光结构单元可以包括但不限于：聚焦透镜、菲涅尔透镜、出光结构等。优选地，配光结构单元能够将照明子单元所产生的单色光汇聚在较小的出光结构内并以窄带的形式将所汇聚的具有较高能量的光照定向出射至动植物所在的区域。
优选地，出光结构可以呈狭长的窄带状或缝隙状。优选地，出光结构也可以呈圆弧型或圆环型。例如，配光结构单元可以通过聚焦透镜、菲涅尔透镜等器件将照明子单元的LED灯所发出的光线汇聚至出光结构，并通过出光结构架构所述光线投射向动植物。优选地，出光结构可以呈条状或线状。
优选地，出光结构的形状还可以根据实际光照需求灵活地设定。通过该配置方式，照明部1仅采用数量较少的LED灯，然后通过配光结构单元(例如聚焦透镜、菲涅尔透镜等器件)将照明子单元的LED灯所发出的光线汇聚至出光结构，并通过出光结构架构所述光线投射向动植物，以使得通过照明部1能够将数量较少的LED灯所发出的光线汇聚呈窄带状的光带而显著地增强出射光的光强度，并将具有较高光强度的光带射向动植物，从而在一方面满足动植物的生长所需的光照的同时，还能够显著地降低照明系统/装置/设备的耗电量以及在一定程度上提高照明部1的电能利用效率，即实现显著地节能的技术效果。
根据一个优选实施方式，所述移动部2被配置为能够使得所述照明部1随着所述移动部2的移动并将利用所述照明部1所产生的光线对所述动植物进行扫描式的照射。所述照明部1能够以静态或沿所述移动部2的轴向方向转动，以使得所述照明部1射向所述动植物的光线的入射方向持续改变而减小所述照明部1所产生的光线射向动植物时所产生的照射死角。
优选地，移动部2可以包括导轨单元和升降单元。优选地，导轨单元能够获取控制部3的控制信号而进行水平移动。
特别优选地，导轨单元能够沿导轨单元内或导轨单元外的某一点进行旋转。优选地，升降单元能够使得导轨单元在竖直方向上进行升降。
特别优选地，照明子单元与导轨单元之间能够通过转动单元转动连接。
特别优选地，转动单元能够获取控制部3所发送至转动单元的控制信号，并控制照明子单元以静态或沿导轨单元的轴向方向转动的方式保持或调整照明子单元的出光结构的方向。通过该配置方式，可以根据动植物实际生长的需求调整照明子单元所发出的出射光的出光方向，即转动单元能够使得照明子单元所发出的出射光以不同的入射角度射向植物，从而减小出射光照射植物的死角。例如，当导轨单元使得照明子单元沿着平面(例如水平面)内纵向往复移动或者旋转时，照明子单元能够在转动单元的带动下沿着导轨单元轴向方向顺时针或逆时针旋转，从而使得照明子单元所射向同一区域内或同一株植物的光线可以以不同的入射角度对同一区域内或同一株植物进行照射。
再例如，当导轨单元使得照明子单元沿着平面(例如水平面)内纵向往复移动或者旋转时，照明子单元所指向的方向可以与水平面呈一定夹角，与此同时，照明子单元能够在转动单元的带动下以转动单元为圆心进行左右平扫，从而使得照明子单元所射向同一区域内或同一株植物的光线可以以不同的入射角度对同一区域内或同一株植物进行照射
优选地，移动部2的数量可以有多个。优选地，至少两个移动部2的导轨单元可以在同一平面或不同平面内相向移动。通过该配置方式，可以使得至少两个移动部2的导轨单元带动与之对应的照明子单元对植物的不同侧面进行照射，从而可以从不同方向或者侧面对植物进行照射，以进一步地减少光照的照射死角。
例如，在照明部1随着移动部2在平面内移动(例如水平往复式纵向运动或者水平旋转运动)的情况下，不同移动部2所对应的照明子单元可以相向运动或背向运动。优选地，照明部1能够按照植物生长需求多方向布置照明子单元，使其在光照强度、光照方向、光谱组成等方面达到植物所需的最佳光照环境。
优选地，至少两个照明部1可以以固定方式(即出射光方向保持不变)连接于导轨，而导轨以动植物区域的固定点位旋转，而两个与照明部1连接的导轨宣战方向相反。
特别优选地，照明部1通过转动单元连接于导轨单元，以使得照明部1至少能够绕导轨的轴向方向转动而调整射向动植物的出射光的角度，以减少照明部1的照射死角。
优选地，单个或少量光源以扫描的方式为动植物提供光照。优选地，导轨单元可以做圆周运动。优选地，导轨单元可以沿回字形移动。优选地，照明部1的设置位置还可以设置在地面或接近地面。优选地，单光源或少量光源的大范围照明的方式可以包括：光源以移动式扫描或固定(不移动)的方式来实现扫描。
优选地，照明部1在移动扫描时能够使得导轨单元远端和近端的光照强度均匀或近似均匀。
优选地，至少两个照明部1能够在移动部2的带动下实现相向地扫描。优选地，照明部1本身还可以在移动部2的配合下实现俯仰和/或横滚。
优选地，照明部1的出射光线还可以通过配光设计，以使得出射光不是环带状，而是呈例如圆形、矩形等。例如，同一个光源配非对称透镜之后可以分管植物所在区域的近、中、远三个区域；不同的光源配非对称透镜之后也可以分管植物所在区域的近、中、远三个区域。
通过该配置方式，相比于均匀的静态光源，呈窄带且高光强的照明部1通过移动部2以动态移动(例如平移、旋转、升降等移动方式)的方式对植物等进行动态扫描式的光照，进而使得光线照射动植物的照射死角更少；与此同时，植物在宏观上更多叶片的单位面积上所得到光线的光强度和总能量均显著地提高，而且微观上植物叶片表面的纤毛也减少了遮挡，且叶面以及叶背侧的光线感受器本身也能有更高的几率得到光照而得到更多发育机会。此外，相比于静态光源，动态光源不需要复杂的出光结构，因而照明部1的成本更低。
根据一个优选实施方式，所述照明部1还包括光线反馈分析单元102，所述光线反馈分析单元102至少包括发光板子单元102a和设置于发光板子单元102a受光面的光线传感器102b。在所述发光板子单元102a的受光面涂覆有荧光粉的情况下，发光板子单元102a被配置为能够放置于植物根部的受光面一侧，以充分利用所述照明部1所产生的和/或自然光穿过所述植物叶片而漏下的光线而激发所述发光板子单元102a受光面一侧的荧光粉发出植物需要的光线。所述光线能够照射至所述植物。
特别优选地，本系统(装置)还包括设置于植物根部上方的发光板子单元102a。发光板子单元102a被配置为能够给植物根部创造无光环境的同时充分利用照明部1和/或自然光穿过植物叶片漏下的光线而激发荧光粉发出植物需要的光线，并反射至植物叶片的背面。这是由于不仅仅是植物叶片远离地面的一侧具有光线感受器，植物靠近地面的一侧同样具有光线感受器。因此，本发明技术方案通过充分利用穿过叶片漏下的光线来激发荧光粉发出植物需要的光线，以后向反射的方式将从植物叶片和枝干之间遗漏下来的光线通过位于植物根部上方的涂覆有荧光粉的发光板再次反射至半空中，从而使得再次反射回半空中的光线能够被与植物叶片面向地面一侧的光线感受器吸收、利用。通过该配置方式，可以通过位于植物根部上方的涂覆有荧光粉的发光板对植物遗漏的光线进行再次利用，提高植物(或动物)对动态光源的利用率。
根据一个优选实施方式，控制部3能够基于不同植物实际生长所需而配置与该植物生长相匹配的不同单色光的扫描时间间隔以及单色光扫描的先后顺序。例如，红光与蓝光交替间隔可以为一小时，即红光单元启动提供一小时红光光照之后，红光单元关闭而蓝光单元提供一小时蓝光光照。再例如，红光与蓝光也可以基于植物的光照需求以植物所需的时间间隔同时开启或者关闭。
光的时间分布是同一种光质、光强的组合在一个光周期时间轴上的分布，主要体现着在供光模式的差异上。此外，有相关研究指出，在等能耗基础上，通过设置不同频率的红蓝光处理(即红蓝光交替光照)。相比于不同频率的红蓝光同时供光的模式，不同频率的红蓝光交替供光模式对植物生长及其品质均有积极的影响。例如，在等能耗基础上，在十六小时光期中，红蓝光交替一次有利于生菜地上部生物量、可溶性糖以及粗蛋白的积累；红蓝光交替四次有利于生菜中维生素C的积累以及硝酸盐的代谢。
由于在等能耗的基础上，相同时长的光期中，红蓝光交替一次有利于生菜地上部生物量、可溶性糖以及粗蛋白的积累；红蓝光交替四次有利于生菜中维生素C的积累以及硝酸盐的代谢)照明部1的红光单元与蓝光单元可以基于植物的光照需求以一定频率交替供光。
特别优选地，控制部3能够控制照明部1的照明子单元以一定的交替间隔和交替频率向植物所在的区域提供不同频率的单色光。例如，在一个光周期(比如一天)中，控制部3可以根据不同种类的植物配置单色光单元提供与该植物生长需求相匹配的不同单色光的交替频率，以及单次单色光的供光时间。优选地，交替频率为不同频率的单色光在同一光周期(比如一天)内交替的次数。优选地，单次红光的供光时间与单次蓝光的供光时间可以相同或不同。
根据一个优选实施方式，所述光线反馈分析单元102还包括光线分析统计子单元102c。所述光线分析统计子单元102c至少能够所述光线传感器102b记录所述发光板子单元102a受光面一侧所俘获的光子数量和/或荧光粉被激发的能量，并能够基于所述光子数量和/或荧光粉被激发的能量分析得出所述植物的生长长势信息，并能够将所述光子数量和/或荧光粉被激发的能量信息发送至所述控制部3以使得所述控制部3能够调整向所述植物提供的光照。
优选地，生长长势信息包括但不限于：植物叶片的生长情况。
根据一个优选实施方式，所述控制部3模块还包括数据库配方单元301。在所述数据库配方单元301能够获取所述光线分析统计子单元102c所发送的荧光粉被激发的能量的情况下，所述数据库配方单元301被配置为能够基于所述荧光粉被激发的能量来形成和/或更新与所述植物的光照需求相匹配的光餐数据库。
本领域技术人员容易基于每种植物的种类、生长期(例如育苗期、品质形成期和品质积累期等)的光线需求形成和/或更新与所述植物的光照需求相匹配的光餐数据库。由于本领域技术人员也容易根据荧光粉被激发的能量来形成、更新育苗期、品质形成期和品质积累期的照射时长与光照强度数据库，因此此处不再对光餐数据库的构建进行赘述。
根据一个优选实施方式，所述发光板子单元102a的受光面包括第一区域I。所述第一区域I内的荧光粉的浓度能够以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外逐渐降低或升高，以使得所述光线分析统计子单元102c至少能够基于所述发光板子单元102a受光面一侧所俘获的光子数量或荧光粉被激发的能量的变化分析得出植物叶片的长势情况，进而能够分析得出影响植物生长的因素以优化所述光餐数据库。
例如，由于第一区域I内的荧光粉的浓度是以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外递减可以分为第一环状带、第二环状带、第三环状带，并可以依次类推。优选地，第一环状带、第二环状带、第三环状带可以均以该植物为圆心。优选地，上述各环状带的宽度一致。优选地，上述各环状带也可以均以该植物为圆心。
因而当照明子单元所射向植物的光线的入射角度发生变化时，集成于或设置于发光板子单元102a受光面的光线分析统计子单元102c能够通过上述不同环状带所接收的从植物叶片之间遗漏的光子以判断或者确定植物叶片的具体长势(比如，顶部的叶片稀少，或者植物靠近根部的叶片稀少，又或者是某一侧或者全部的叶片少于该类植物的正常水平)。
例如，如图2所示，植物的顶端叶片稀少或者少于正常水平且其余部分叶片长势正常时，当单色光单元以一定倾斜角度入射植物(例如入射光线与水平面四十五度角)时，从植物顶部的遗漏逐渐从图2的右侧向左侧移动，此时由于第一区域I内荧光粉的浓度不一致，即第一环状带至第三环状带的荧光粉浓度逐渐降低，因而集成或设置于第一区域I内发光板子单元102a的光线分析统计子单元102c能够识别出所遗漏的光线来自植物的顶部或者底部。
特别优选地，光线分析统计子单元102c能够根据植物所遗漏光线在第一区域I内移动过程中各环状带内的荧光粉所激发的能量的变化趋势而判定该遗漏光线来自从植物的哪一个部位入射或遗漏至第一区域I内的。
例如，当光线分析统计子单元102c识别出或者通过记录所获取的光子数得出遗漏光线从(如图2所述植物右侧的)第三环状带移动至(如图2所述植物右侧的)第二环状带，则光线分析统计子单元102c或控制部3判该遗漏光线来自该植物的顶部。光线分析统计子单元102c也可以根据遗漏光线从(如图2所述植物右侧的)第三环状带移动至(如图2所述植物右侧的)第二环状带所激发的能量逐渐增大而判定该遗漏光线来自该植物的顶部。例如，当光线分析统计子单元102c识别出或者通过记录所获取的光子数得出遗漏光线从(如图2所述植物右侧的)第二环状带移动至(如图2所述植物左侧的)第一环状带，则光线分析统计子单元102c或控制部3判该遗漏光线来自该植物的底部。光线分析统计子单元102c也可以根据遗漏光线从(如图2所述植物右侧的)第二环状带移动至(如图2所述植物右侧的)第一环状带过程中所激发的能量逐渐增大再减小而判定该遗漏光线来自该植物的顶部。
再例如，当(如图2所述植物左侧的叶片较植物右侧的叶片数量明显稀少时)，当光线分析统计子单元102c识别出或记录得出遗漏光线从(如图2所述植物左侧的)第三环状带至第一环状带所激发的能量逐渐增大，而(如图2所述植物右侧的)完全没有被激发能量或者仅有(如图2所述植物右侧的)的第一环状带的部分荧光粉被激发时，则判定(如图2所述植物左侧的)整体叶片长势均显著地低于该类植物的正常水平。
再例如，当(如图2所述植物的整体叶片均低于该类植物的正常水平时)，而光线分析统计子单元102c识别出或记录得出遗漏光线从(如图2所述植物左侧的)第三环状带至(如图2所述植物右侧的)第三环状带所激发的能量呈先增大再减小的趋势，且遗漏光线所激发的平均能量能够高于该类植物(叶片)正常生长水平时遗漏光线所激发第一区域I内荧光粉的平均能量时，则判定(如图2所述植物的)整体叶片长势均显著地低于该类植物的正常水平。
与此同时，光线分析统计子单元102c能够将植物所遗漏光线在第一区域I内移动过程中各环状带内的荧光粉所激发的能量的变化趋势或者判定结果发送至控制部3。特别优选地，控制部3能够基于所获取的荧光粉所激发的能量的变化趋势或者判定结果，并与该植物的历史生长情况进行对比，从而分析得出具体导致该类植物不良(叶片)长势的情况。
例如，若该类植物长期同一侧的叶片长势稀疏或者低于该类植物的正常水平，则控制部3判定造成该植物叶片生长不利的原因可能是由于植物工厂内或温室内与植物该侧相对应的空气温度过高或者该侧的其他植物阻挡入射光造成。
若控制部3得出该植物底部的叶片长势低于正常水平，则控制部3判定造成该情况的原因可能是该植物的底部通风不畅而导致二氧化碳的浓度低于该类植物的正常需求而导致该植物底部的叶片长势显著地低于该类植物的平均水平。
若控制部3得出该植物整体的叶片长势显著地低于正常水平，则控制部3判定造成该情况的原因可能是该植物底部的供水过于充沛或者所施加的肥料超过该类植物的正常需求，从而能够使得控制部3获取该数据，以优化植物工厂的其他要素，例如二氧化碳浓度、室内通风、室内温度、与该植物需求相适应的肥料的供应等等。简而言之，控制部3通过光线分析统计子单元102c所获取第一区域I内的荧光粉被激发的能量能够进一步影响植物生长的其他不利因素，并对所获取的数据进行存储，以便于在未来的植物种植过程中优化植物种植相关的各要素，以在减少本系统电能消耗的同时，提高植物的产出率。
优选地，光线分析统计子单元102c的受光区域可以为第一区域I。
优选地，第一区域I可以呈圆形。
优选地，第一区域I的半径可以根据实际需求而灵活地设定，例如设定为单色光单元以四十五度的入射角度射向植物时，植物因光线照射而产生阴影的最大长度。
根据一个优选实施方式，所述发光板子单元102a的受光面还包括第二区域。所述第二区域的荧光粉以同一浓度的方式涂覆于所述第二区域内的所述发光板子单元102a的受光面，以使得所述照明子单元发出的和/或自然光未经植物阻挡的光线能够直接激发所述第二区域的荧光粉产生能够用于植物生长的光线，所述照明部1面向所述植物的一侧能够涂覆荧光粉，以使得所述照明部1上的荧光粉能够利用从所述发光板子单元102a所射向所述照明部1的光线再次激发而产生射向所述植物的光线。
优选地，第二区域为发光板子单元102a的受光面除第一次区域的其他区域。
优选地，第二区域可以包括植物之间的间隙和照明子单元所照射的无植物种植的区域。通过该配置方式，通过发光板子单元102a第二区域可以将照明部1射向植物之间的间隙或无植物区域内的光线进行回收再利用，从而提高本系统的照明部1所产生的光线的利用率。
优选地，所述照明部1面向所述植物的一侧能够涂覆荧光粉，以使得所述照明部1上的荧光粉能够利用从所述发光板子单元102a所射向所述照明部1的光线再次激发而产生射向所述植物的光线。通过该配置方式，所述照明子单元面向所述植物的一侧能够涂覆有荧光粉，以使得所述照明子单元上的荧光粉能够利用从所述发光板子单元102a所射向所述照明子单元的光线再次激发而产生射向所述植物的光线。
根据一个优选实施方式，一种动植物照明装置包括：图像采集部4，被配置为至少能够采集指定区域内动物和/或植物的图像和/或视频，并将所述图像和/或视频发送至控制部3。
控制部3能够根据所述图像采集部4所采集所述动物和/或植物的图像和/或视频进行分析识别出所述动物和/或植物的基本数据信息，并根据所述基本数据信息控制所述照明部1向所述动物和/或植物提供与所述基本数据信息的需求相符的光餐。
优选地，图像采集部4至少包括摄像头或其他能够够采集图像和/或视频的装置。优选地，图像采集部4可以将所拍摄的所述动物和/或植物的图像和/或视频发送至控制部3。
优选地，控制部3能够向照明部1发送控制信号，以用于对照明部1内的照明单元101所能提供的光餐进行调节。
优选地，指定区域可以为用于种植植物的实体建筑，例如温室大棚。优选地，指定区域也可以为养殖动物的实体建筑，例如鸡舍。特别优选地，动物与植物可以相对独立地分别养殖或种植。优选地，指定区域可以为全封闭式的区域，例如仅依靠人工光源的养殖或种植区域。优选地，指定区域可以为也可以为半开放或者露天的区域，例如至少部分依靠太阳光照明的养殖或种植区域。特别优选地，一个指定区域内可以种植同一类型的植物。优选地，单个图像采集部4可以仅对应一个指定区域。
优选地，多个图像采集部4可以对应一个指定区域。优选地，同一指定区域可以设置一个或多个摄像头装置。特别优选地，同一指定区域可以种植/养殖同一类别的植物/动物。优选地，同一指定区域的大小形状和面积可以根据实际需求灵活地设定。
优选地，照明部1能够获取来自控制部3的控制信号，以便于根据上述控制信号对照明部1内的照明单元101进行相应的调节。
优选地，上述基本数据信息可以包括但不限于：动物和/或植物的名称、种类(例如属于阳生植物还是阴生植物)、生长阶段等。
优选地，对于植物而言生长阶段可以分为：幼苗期、成熟期、开花期、衰老期和凋零期；对于动物，生长阶段则可以分为幼年早期、幼年晚期、亚成年期、成年期，也可以直接以年龄划分，如三周龄的仔鸡)生长阶段。
优选地，控制部3可以采用基于人工智能的视频或图像识别技术对所述动物和/或植物的图像和/或视频进行识别。由于现有技术中基于人工智能的视频或图像识别技术对动物或植物的识别技术已经比较成熟，进而本领域技术人员可以轻易地获取该技术，故此处不再对图像和/或视频进行识别的技术进行赘述。优选地，控制部3也可以其他图像和/或视频识别技术。
例如，控制部3可以分析得出所拍摄的图像和/或视频包含动物和/或植物的名称、种类(例如属于阳生植物还是阴生植物)、该植物(或动物)的生长阶段，然后控制部3根据基本数据信息从设置于或集成于控制部3的数据库搜索位于该基本数据信息下的植物(和/或动物)生长相关的光饱和点以及光补偿点、所需光谱的偏好(例如，对某一特定光谱范围内的光需求量大)等数据信息，之后，控制部3根据所述数据信息控制照明部1内的一个或者多个照明单元101向该指定区域内的植物和/或动物提供与该基本数据信息内的动物和/或植物需求相符的光餐。
优选地，控制部3可以根据用户实际需求集成有相应的数据库，例如，用户种植或养殖一种或多种植物或动物时，可以提前在设置于或集成于控制部3的数据库内录入所种植或养殖一种或多种植物或动物的基本数据信息。由于本领域的技术人员对所养殖或种植的动物和/或植物的基本数据信息(例如名称、种类、生长阶段等数据信息)以及该基本数据信息所对应的动物或植物的光餐需求均容易从相关渠道获取并掌握，因而不再此处赘述相关数据库的建立方法。
优选地，控制部3根据所识别出的动物和/或植物的基本数据信息控制照明部1的一个或者多个照明单元101向所述动物和/或植物所提供的光餐，以适应处于该生长阶段的该植物(或动物)的光餐需求。
优选地，照明单元101之间的间距可以根据实际需求而人为地调整。
优选地，指定区域内照明单元101之间的间距可以为等间距，以便于指定区域内的照明单元101向照明单元101下方的植物提供均匀地照明。
优选地，指定区域内照明单元101之间的排布方式可以根据实际需求具体设定，以便于指定区域内的照明单元101向照明单元101下方的植物提供均匀地照明。
优选地，控制部3可以设置有或集成有包含各种相关动物和/或植物的种类、生长阶段、以及与生长阶段所对应的光餐需求等信息的数据库。优选，控制部3也可以接入互联网，以获取动物和/或植物的各种相关基本数据信息。
优选地，光餐配置信息至少包括以下几个方面：合适的光照强度(例如PPFD值)、光谱范围、光周期。优选地，光餐配置信息也可以根据实际需求增加所需的类别。
优选地，光周期可以包括每单位周期内光照起始时间、光照终止时间、光照持续总时间、昼夜时间比等。
优选地，单位周期可以为二十四小时。
优选地，单位周期也可以根据实际需求灵活地设定。
例如，控制部3每天上午的某一时刻通过图像采集部4对该图像采集部4所对应的指定区域内的动物和/或植物进行识别与光餐配置信息的自动生成工作。
根据一个优选实施方式，一种动植物照明方法为：
照明部1能够向种植/养殖区域内的动植物提供高能量的光照；
移动部2用于连接所述照明部1以使得所述照明部1至少能够随着所述移动部2移动；
控制部3用于控制所述移动部2的移动；
所述控制部3基于所述动植物的光照需求以窄带的方式向所述动植物提供光照，以满足所述动植物生长所需的光照需求的同时减少所述照明系统的电能消耗。
优选地，照明子单元的数量可以为多个。优选地，不同的照明子单元可以发出不同的单色光。
通过该配置方式，1)由于现有技术中的光源多采用红蓝等多种单色光的荧光粉配比而成，致使现有技术中植物照明所使用的LED的光转化率较低；而本发明采用配置有相同或不同单色荧光粉的照明子单元作为光源，以多种单色光来调整动植物所需的光餐，另一方面照明子单元采用单色荧光粉后，照明子单元的光转化率也显著地提高；2)现有技术多采用静态光源，然而由于植物茎叶的阻挡，因而容易造成静态光源对植物提供光照时存在诸多照射死角；而本发明采用动态光源，即通过移动部2使得照明部1可以平移、旋转、转动、俯仰和横滚等，从而使得照明部1所投射出的光线对植物叶片上的光感受器的照射死角更少；3)一方面整个光源系统的功耗显著地降低，另一方面通过照明子单元以窄带的方式更集中地将高光强的光源照射向动植物而满足动植物生长的光照需求。在同等能耗的情况下，与多个光源平均分步相比，将多个光源密集设置于窄带照明区域所带来的促生长效果更优。
优选地，照明部1能够设置至少两组波长彼此不同的照明子单元。优选地，控制部3能够针对相应植物来选择性启用相应波长的照明子单元。
优选地，移动部2以及照明部1的扫描频率可以根据实际需求灵活地设定。
优选地，控制部3还能够提供多种照射策略、不同波长光线的混合比例、光线混合方式、光源功率调节。
优选地，控制部3还能够根据环境光线自适应调节。优选地，控制部3根据植物品种、植物生长阶段进行自适应调节。
特别优选地，本光照系统还可以设置发电单元利用海浪的波动进行发电。发电单元所产生的电力能够用于供应位于水下的动态光源，以增强水下照明，进而通过上述的动态光源对位于动态光源附近的水下植物(例如珊瑚、水草等)进行扫描式的照射。通过该配置方式，可以通过本光照系统的动态光源向水下植物提供与其生长相匹配的光照，进而可以为周围水体所养殖的鱼类或其他养殖的动物提供丰富的食物来源，最终提高水下动植物的产出率。
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。本发明说明书包含多项发明构思，诸如“优选地”、“根据一个优选实施方式”或“可选地”均表示相应段落公开了一个独立的构思，申请人保留根据每项发明构思提出分案申请的权利。

Claims (10)

1.一种基于后向反射的动植物照明系统，其特征在于，至少包括：
设置有发光板子单元(102a)的照明部(1)，被配置为能够以窄带的方式向种植/养殖区域内的动植物提供光照；
移动部(2)，用于连接所述照明部(1)，以通过所述移动部调节所述照明部(1)进行光照的方向；
控制部(3)，至少能够用于控制所述移动部的移动；
其中，在所述控制部(3)能够获取所述动植物相应的光照需求情况下，所述控制部(3)被配置为能够基于所述动植物的光照需求以动态扫描的方式向所述动植物提供光照，以向所述动植物提供与所述动植物生长所需的光照，所述发光板子单元(102a)利用穿过所述植物叶片而漏下的光线激发受光面一侧的荧光粉发出植物需要的光线并反射至所述植物。
2.根据权利要求1所述的动植物照明系统，其特征在于，所述控制部(3)能够获取所述动植物相应的光照需求的方法为：通过图像采集部(4)采集指定区域内动物和/或植物的图像和/或视频；图像采集部(4)将所述图像和/或视频发送至控制部(3)；控制部(3)根据所述图像采集部(4)所采集所述动物和/或植物的图像和/或视频进行分析识别出所述动物和/或植物的基本数据信息，并根据所述基本数据信息控制所述照明部(1)向所述动物和/或植物提供与所述基本数据信息的需求相符的光照需求。
3.根据权利要求2所述的动植物照明系统，其特征在于，所述控制部(3)能够每单位周期自动生成与所述基本数据信息所对应的光餐配置信息，并将所述光餐配置信息发送至所述照明部(1)。
4.根据权利要求3所述的动植物照明系统，其特征在于，所述照明部(1)至少包括一个照明单元(101)，其中，所述照明单元(101)能够接收所述控制部(3)所发出的控制信号，并向指定区域内的动物和/植物提供具有连续光谱范围的均匀光照。
5.根据权利要求1所述的动植物照明系统，其特征在于，所述照明部(1)包括光线反馈分析单元(102)，所述光线反馈分析单元(102)至少还包括发光板子单元(102a)和设置于发光板子单元(102a)受光面的光线传感器(102b)，
其中，在所述发光板子单元(102a)的受光面涂覆有荧光粉的情况下，发光板子单元(102a)被配置为能够放置于植物根部的受光面一侧，以充分利用所述照明部(1)所产生的或自然光穿过所述植物叶片而漏下的光线而激发所述发光板子单元(102a)受光面一侧的荧光粉发出植物需要的光线，所述光线能够反射至所述植物。
6.根据权利要求5所述的动植物照明系统，其特征在于，所述光线反馈分析单元(102)还包括光线分析统计子单元(102C)，
其中，所述光线分析统计子单元(102C)至少能够记录所述发光板子单元(102a)受光面一侧所俘获的光子数量或荧光粉被激发的能量，并能够基于所述光子数量或荧光粉被激发的能量分析得出所述植物叶片的生长长势，以确定所述植物的生长状况，并且还能够将所述荧光粉被激发的能量发送至所述控制部(3)以调整向所述植物提供的光照。
7.根据权利要求6所述的动植物照明系统，其特征在于，所述控制部(3)模块还包括数据库配方单元(301)，所述数据库配方单元(301)能够获取所述光线分析统计子单元(102C)所发送的荧光粉被激发的能量信息，
其中，所述数据库配方单元(301)被配置为能够基于所述荧光粉被激发的能量来形成和/或更新与所述植物的光照需求相匹配的光餐数据库，并控制所述所述照明部(1)基于所述光餐数据库提供新的光照。
8.根据权利要求7所述的动植物照明系统，其特征在于，所述发光板子单元(102a)的受光面包括第一区域(I)，
其中，所述第一区域(I)内的荧光粉的浓度能够以植物茎部为中心沿植物茎部径向向外逐渐降低，以使得所述光线分析统计子单元(102C)能够基于所述发光板子单元(102a)受光面一侧所俘获的光子数量或荧光粉被激发的能量的梯度变化分析得出植物叶片沿植物茎部的叶片长势具体分布情况，进而至少能够分析得出影响植物生长的因素以优化所述光餐数据库。
9.一种基于后向反射的动植物照明设备，其特征在于，包括显示部，所述显示部能够接收来自控制部(3)对照明部(1)的控制信号，所述控制部(3)能够将控制所述照明部(1)的光餐信息通过所述显示部进行显示，所述照明部(1)设置有发光板子单元(102a)，所述发光板子单元(102a)利用穿过所述植物叶片而漏下的光线激发受光面一侧的荧光粉发出植物需要的光线并反射至所述植物。
10.一种基于后向反射的动植物照明方法，其特征在于，所述动植物照明方法包括：
照明部(1)以窄带的方式向种植/养殖区域内的动植物提供高能量的光照；
移动部连接所述照明部(1)以通过所述移动部调节所述照明部(1)进行光照的方向；
控制部(3)用于控制所述移动部的移动；
所述控制部(3)基于所述动植物的光照需求以动态扫描的方式向所述动植物提供光照，以向所述动植物提供与所述动植物生长所需的光照；
所述照明部(1)设置的发光板子单元(102a)利用穿过所述植物叶片而漏下的光线激发受光面一侧的荧光粉发出植物需要的光线并反射至所述植物。
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