TW201833860A - 以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統 - Google Patents

Abstract

一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統，可同時管理多個菇類栽培場來栽培菇類，管理系統包含雲端服務子系統及多個在場監控子系統，在場監控子系統設於菇類栽培場內，以監視器及生長因子感測器分別產生生長影像狀態資訊與生長因子狀態資訊，再藉由雲端服務子系統中的探勘分析模組進行資料探勘以產生生長條件資訊，最後，結合生長條件資訊與環境規劃資訊可成為生長因子排程資訊，以提供菇類栽培場對菇類進行自動且智能化的栽培。

Description

以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統

本發明係關於一種菇類栽培的管理系統，尤指利用以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統。

傳統菇類都是在大棚或草屋等室內進行栽培，目的是穩定並控制生長因子才能順利長成菇類的菌絲體或是子實體，這些生長因子例如是溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度。

最早的菇農都是憑經驗來進行控制，非量化的行為很難傳承也很難規模性的擴展，近年來，已經有人利用自動化控制來栽培菇類，例如，依照已知菇類適合的生長因子，如已知適合的溫度範圍、溼度範圍、照度範圍、以及二氧化碳濃度範圍，分別的以生長因子感測器，如溫度感測器、濕度感測器、照度感測器、及二氧化碳感測器，感測當前實際的生長因子狀態，再分別以各種相對應的生長環境控制設備，如冷暖器、加濕器、LED燈、及排風扇，來調整生長因子的數值落於原本認知的適合範圍內。

然，實務上，僅做到如此的話，除了菇類生長效益不穩定之外，以長期量產的角度而言，產出效果其實並不理想，原因是這些生長因子並非彼此毫不相關的影響菇類，其實多種生長因子之間，彼此具有相當複雜且交叉影響的關連性。

因此，本發明的主要目的在於提供一種利用以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統，以解決上述問題。

本發明之目的在提供一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統，能夠同時進行多個菇類栽培場的管理，並且隨著時間累積栽培的相關數據，可以持續的優化生長條件資訊，進而產生理想的生長因子排程資訊。

本發明係關於一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統，用以管理至少一個菇類栽培場，菇類栽培場用以栽培至少一種菇類，管理系統包含至少一個在場監控子系統、以及雲端服務子系統。

在場監控子系統設於菇類栽培場內，具有至少一個監視器、及至少一個生長因子感測器，監視器擷取菇類影像以成為生長影像狀態資訊，生長因子感測器感測菇類周圍環境的生長因子，以產生生長因子狀態資訊。

雲端服務子系統資訊連接在場監控子系統，包含生長狀態資料庫、追蹤分析模組、探勘分析模組、以及栽培知識庫。

生長狀態資料庫用以接收以及儲存來自在場監控子系統的生長影像狀態資訊以及生長因子狀態資訊。

追蹤分析模組耦接生長狀態資料庫，追蹤分析模組根據生長狀態資料庫中的生長因子狀態資訊與其對應的時間序列，進行生長因子時間序列分析(time series analysis)以產生時序模型參數，追蹤分析模組並根據生長狀態資料庫中的生長影像狀態資訊與其對應的時間序列，進行影像變異度分析以產生成長變異度。

探勘分析模組耦接追蹤分析模組，根據時序模型參數以及成長變異度，進行資料探勘(data mining)，以產生生長條件資訊。

栽培知識庫耦接探勘分析模組，用以儲存生長條件資訊。其中，將栽培知識庫中的生長條件資訊傳送至菇類栽培場，就可以栽培菇類栽培場中之菇類。

進一步，在場監控子系統更具有至少一種生長環境控制設備，根據所述至少一種生長環境控制設備會產生環境規劃資訊並儲存於栽培知識庫，生長條件資訊與環境規劃資訊會結合成生長因子排程資訊。所述將栽培知識庫中的生長條件資訊傳送至菇類栽培場，係進一步將生長因子排程資訊傳送至菇類栽培場，以控制生長環境控制設備來栽培菇類栽培場中之菇類。

補充說明，追蹤分析模組更可根據生長狀態資料庫中的生長因子狀態資訊的變異量與其對應的時間序列，進行生長因子差異分析以產生差異模型參數，探勘分析模組可進一步根據時序模型參數、差異模型參數以及成長變異度來進行資料探勘，其效果會更加精確。

其中，資料探勘可為關聯法則分析(association rule analysis)、分類分析(classification analysis)、或分群分析(cluster analysis)。生長因子是指溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度。

生長因子時間序列分析可進一步以成份分解法來建構時序模型，時序模型具有所述的時序模型參數。其中，成份分解法將對應有時間序列的生長因子狀態資訊分解為趨勢成份(trend)、循環性成份(cyclicality)、季節性成份(seasonality)、以及隨機性成份(randomness)，接著依序消除季節性成份的效應、趨勢成份的效應、及循環性成份的效應，以計算出殘差，根據殘差以建構時序模型。

因此，利用本發明所提供一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統，藉由物聯網架構與探勘分析模組，能夠同時進行多個菇類栽培場的管理，並且隨著時間累積栽培的相關數據，可以持續的優化生長條件資訊，並藉由環境規劃資訊的產生，進而能產生理想的生長因子排程資訊。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖1，圖1係本發明管理系統10之示意圖。本發明係關於一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統10，在物聯網的架構下，用以管理至少一個菇類栽培場12，菇類栽培場12用以栽培至少一種菇類。管理系統10包含複數個在場監控子系統20以及雲端服務子系統22，在場監控子系統20設於菇類栽培場12內，每一個在場監控子系統20都可透過網路與雲端服務子系統22通訊連結。

請參閱圖2，圖2係本發明在場監控子系統20之示意圖。在場監控子系統20在菇類近端的現場具有至少一個監視器44、複數種生長因子感測器40、及複數種生長環境控制設備42，監視器44擷取菇類影像以成為生長影像狀態資訊5002，藉由不同時間的菇類影像的生長影像狀態資訊5002，經過影像分析比對後，就可以了解菇的成長狀況，實務上每一種菇類都得有其對應的監視器44。

生長因子感測器40感測菇類周圍環境的生長因子，以產生生長因子狀態資訊5004。生長因子包含有溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度，所以生長因子感測器40可以有溫度感測器4002、濕度感測器4004、照度感測器4006、及二氧化碳感測器4008，分別感測菇類周圍環境的溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度。

生長環境控制設備42對應前述的各種生長因子，有冷暖器4202、加濕器4204、LED燈4206、及排風扇4208等設備，分別對菇類周圍改變其溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度。

在場監控子系統20在比較遠離菇類的控制中心處，具有管理主機30、排程資料庫32、生長狀態記憶庫34、以及網路通訊設備36。管理主機30為菇類栽培場12中的處理以及控制核心，分別與排程資料庫32、生長狀態記憶庫34、及網路通訊設備36耦接，此外，透過網路與監視器44、該些生長因子感測器40、及該些生長環境控制設備42通訊連接。

生長狀態記憶庫34會暫存各種生長因子感測器40所感測依時間序列所分佈的溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度等生長因子狀態資訊5004，以及監視器44所擷取依時間序列所分佈的菇類影像的生長影像狀態資訊5002，後續會透過管理主機30與網路通訊設備36傳送給雲端服務子系統22。而排程資料庫32會儲存透過網路通訊設備36與管理主機30接收來自雲端服務子系統22的生長因子排程資訊60，以供後續透過管理主機30控制菇類栽培場12中的生長環境控制設備42，再進而控制各種生長因子。

請參閱圖3，圖3係本發明雲端服務子系統22之示意圖。雲端服務子系統22資訊連接在場監控子系統20，包含生長狀態資料庫50、追蹤分析模組52、探勘分析模組54、以及栽培知識庫56。

生長狀態資料庫50用以接收以及儲存來自在場監控子系統20的生長影像狀態資訊5002、以及生長因子狀態資訊5004。這些生長因子狀態資訊5004包含溫度、溼度、照度、以及二氧化碳濃度等生長因子狀態資訊5004，生長影像狀態資訊5002則為監視器44所擷取菇類的影像，無論生長因子狀態資訊5004或生長影像狀態資訊5002，都會有時間序列來對應，生長影像狀態資訊5002還會對應特定的監視器44，藉以確認是哪一座菇類栽培場12的哪一種菇類，生長因子狀態資訊5004會對應特定的生長因子感測器40，藉以區隔是哪一座菇類栽培場12所進行哪一種菇類的培養。

追蹤分析模組52耦接生長狀態資料庫50，追蹤分析模組52根據生長狀態資料庫50中的生長因子狀態資訊5004與其對應的時間序列，進行生長因子時間序列分析(time series analysis)5202以產生時序模型參數。追蹤分析模組52根據生長狀態資料庫50中的生長影像狀態資訊與其對應的時間序列，進行影像變異度分析5204以產生成長變異度，也就是進行影像分析發現變異度，藉由變異度來判斷菇類成長的狀況。

接著進行資料探勘(data mining)，探勘分析模組54耦接追蹤分析模組52，根據時序模型參數以及成長變異度進行資料探勘，以產生生長條件資訊5604。其中，資料探勘可以為關聯法則分析(association rule analysis)5402、分類分析(classification analysis)5404、或分群分析(cluster analysis)5406。例如，以分類分析5404的類神經分析為例，以時序模型參數與成長變異度當作資料輸入，以生長條件資訊5604當作資料輸出，經過多次的訓練後產生優化的權值，進而使未來輸入新的生長因子狀態資訊與生長影像狀態資訊後，則能產生優化的生長條件資訊5604，以作為後續栽培菇類的控制依據。

栽培知識庫56耦接探勘分析模組54，用以儲存不斷優化後的生長條件資訊5604。其中，將栽培知識庫56中的生長條件資訊5604傳送至菇類栽培場12，即可以栽培菇類栽培場12中之菇類。

但是，不同的菇類栽培場12中在場監控子系統20會具有不同的生長環境控制設備42，根據每一個在場監控子系統20中獨特的生長環境控制設備42的配置組合，可以分析產生一個對應的環境規劃資訊5602，並可將此環境規劃資訊5602儲存於栽培知識庫56。後續，應將生長條件資訊5604與環境規劃資訊5602結合成生長因子排程資訊60，才會是在場監控子系統20中各生長環境控制設備42所需要被控制的資訊，所以，所述將栽培知識庫56中的生長條件資訊5604傳送至菇類栽培場12，係應進一步將生長因子排程資訊60傳送至菇類栽培場12，以控制生長環境控制設備42來栽培菇類栽培場12中之菇類。

補充說明，在探勘分析模組54中，除了以時序模型參數與成長變異度當作資料輸入之外，還可以再輸入差異模型參數當作資料輸入。其中，追蹤分析模組52更根據生長狀態資料庫50中的生長因子狀態資訊5004的變異量與其對應的時間序列，進行生長因子差異分析5206以產生差異模型參數，所以，最後探勘分析模組54可以根據時序模型參數、差異模型參數以及成長變異度來進行資料探勘，也就是將時序模型參數、差異模型參數以及成長變異度當作資料輸入來進行優化分析，所得生長條件資訊5604輸出資料會更加理想。

此外，前述的生長因子時間序列分析5202，可以以成份分解法來建構時序模型，時序模型具有前述的時序模型參數。進一步說明，成份分解法可將對應有時間序列的生長因子狀態資訊5004分解為趨勢成份(trend)、循環性成份(cyclicality)、季節性成份(seasonality)、以及隨機性成份(randomness)，接著依序消除季節性成份的效應、趨勢成份的效應、及循環性成份的效應，以計算出殘差，根據殘差以建構時序模型。

因此，利用本發明所提供一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統10，藉由物聯網架構與探勘分析模組54，能夠同時進行多個菇類栽培場12的管理，並且隨著時間累積栽培的相關數據，可以持續的優化生長條件資訊5604，並藉由環境規劃資訊5602的產生，進而能產生理想的生長因子排程資訊60。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

10‧‧‧管理系統
12‧‧‧菇類栽培場
20‧‧‧在場監控子系統
22‧‧‧雲端服務子系統
30‧‧‧管理主機
32‧‧‧排程資料庫
34‧‧‧生長狀態記憶庫
36‧‧‧網路通訊設備
40‧‧‧生長因子感測器
4002‧‧‧溫度感測器
4004‧‧‧濕度感測器
4006‧‧‧照度感測器
4008‧‧‧二氧化碳感測器
42‧‧‧生長環境控制設備
4202‧‧‧冷暖器
4204‧‧‧加濕器
4206‧‧‧LED燈
4208‧‧‧排風扇
44‧‧‧監視器
50‧‧‧生長狀態資料庫
5002‧‧‧生長影像狀態資訊
5004‧‧‧生長因子狀態資訊
52‧‧‧追蹤分析模組
5202‧‧‧生長因子時間序列分析
5204‧‧‧影像變異度分析
5206‧‧‧生長因子差異分析
54‧‧‧探勘分析模組
5402‧‧‧關聯法則分析
5404‧‧‧分類分析
5406‧‧‧分群分析
56‧‧‧栽培知識庫
5602‧‧‧環境規劃資訊
5604‧‧‧生長條件資訊
60‧‧‧生長因子排程資訊

圖1 係本發明管理系統之示意圖； 圖2 係本發明在場監控子系統之示意圖；以及 圖3 係本發明雲端服務子系統之示意圖。

Claims (7)

1. 一種以物聯網進行菇類智能栽培的管理系統，用以管理至少一菇類栽培場，該菇類栽培場用以栽培至少一菇類，該管理系統包含： 至少一在場監控子系統，該在場監控子系統設於該菇類栽培場內，具有至少一監視器、至少一生長因子感測器，該監視器係擷取該菇類影像以成為一生長影像狀態資訊，該生長因子感測器係感測該菇類周圍環境的生長因子，以產生一生長因子狀態資訊；以及 一雲端服務子系統，係資訊連接該在場監控子系統，包含一生長狀態資料庫、一追蹤分析模組、一探勘分析模組、以及一栽培知識庫， 該生長狀態資料庫用以接收以及儲存來自該在場監控子系統的該生長影像狀態資訊、以及該生長因子狀態資訊， 該追蹤分析模組係耦接該生長狀態資料庫，該追蹤分析模組係根據該生長狀態資料庫中的該生長因子狀態資訊與其對應的時間序列，進行一生長因子時間序列分析(time series analysis)以產生一時序模型參數，該追蹤分析模組係根據該生長狀態資料庫中的該生長影像狀態資訊進行一影像變異度分析以產生一成長變異度， 該探勘分析模組係耦接該追蹤分析模組，根據該時序模型參數以及該成長變異度，進行資料探勘(data mining)，以產生一生長條件資訊， 該栽培知識庫係耦接該探勘分析模組，用以儲存該生長條件資訊； 其中，將該栽培知識庫中的該生長條件資訊傳送至該菇類栽培場，以栽培該菇類栽培場中之該菇類。
2. 如申請專利範圍第1項所述之管理系統，其中該在場監控子系統更具有至少一生長環境控制設備，根據所述至少一生長環境控制設備會產生一環境規劃資訊並儲存於該栽培知識庫，該生長條件資訊與該環境規劃資訊結合成一生長因子排程資訊，所述將該栽培知識庫中的該生長條件資訊傳送至該菇類栽培場，係進一步將該生長因子排程資訊傳送至該菇類栽培場，以控制該生長環境控制設備來栽培該菇類栽培場中之該菇類。
3. 如申請專利範圍第1項所述之管理系統，其中該追蹤分析模組更根據該生長狀態資料庫中的該生長因子狀態資訊的變異量與其對應的時間序列，進行一生長因子差異分析以產生一差異模型參數，該探勘分析模組根據該時序模型參數、該差異模型參數以及該成長變異度來進行資料探勘。
4. 如申請專利範圍第1項所述之管理系統，其中該資料探勘係為一關聯法則分析(association rule analysis)、一分類分析(classification analysis)、或一分群分析(cluster analysis)。
5. 如申請專利範圍第1項所述之管理系統，其中該生長因子係指一溫度、一溼度、一照度、以及一二氧化碳濃度。
6. 如申請專利範圍第5項所述之管理系統，其中該生長因子時間序列分析係以一成份分解法來建構一時序模型，該時序模型具有該時序模型參數。
7. 如申請專利範圍第6項所述之管理系統，其中該成份分解法係將對應有時間序列的該生長因子狀態資訊分解為一趨勢成份(trend)、一循環性成份(cyclicality)、一季節性成份(seasonality)、以及一隨機性成份(randomness)，接著依序消除該季節性成份的效應、該趨勢成份的效應、及該循環性成份的效應，以計算出一殘差，根據該殘差以建構該時序模型。