TWI778011B - 用於室內農作之系統及程序 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種用於農作之系統及方法。詳言之，存在一種用於室內農作之系統，該系統包含：至少一個生長架，該至少一個生長架包含多個單元格；多個農作模組，各農作模組組配成儲存於一單元格中，各農作模組經組配以使至少一種類型之植物生長；一機器，其經配置以使該等多個農作模組中之每一者移進/移出該對應單元格中之每一者；其中該等多個農作模組中之每一者包含特定於該類型之植物的一或多個自含式營養物質盤部分，且其中各農作模組相對於其他農作模組獨立。

Description

用於室內農作之系統及程序 發明領域
本發明係關於一種用於農作之系統及方法。詳言之，此系統及方法適合於，但不限於，室內農作。
發明背景
對本發明之背景技術的以下論述僅意欲促進對本發明之理解。應瞭解，論述並不確認或承認所提及材料中的任一者為如在本發明之優先權日期所公佈、已知或在任何司法權中熟習此項技術者之公共常識的部分。
土地稀少的國家面對土地密集型之傳統蔬菜農作的挑戰。因此，大部分的蔬菜需求係藉由進口來滿足。然而，對蔬菜進口之過度依賴係非理想的，此係因為蔬菜之量及價格容易具有波動。能夠以空間高效方式在土地稀少國家中生產蔬菜能夠充當對突然供應中斷之決定性緩衝。
傳統蔬菜農作之另一挑戰為因不可控制的環境因素及害蟲所致的低生產率。此等因素包括大雨或乾旱及能夠經由風攜孢子自其他國家傳播的病害的延長時 間，及由土壤侵蝕或污染引起之土壤損害。另外，遭受諸如昆蟲之害蟲能夠破壞蔬菜作物之品質及產率。
傳統蔬菜農作之又一挑戰為勞動力不足。在前進經濟中，年輕一代中更少人有興趣將農作作為職業，此限制了農作之可縮放性及生產率。
已經發展出各種農作解決方案以減輕前述問題中的一些。舉例而言，已經發展出「垂直農作」解決方案以解決土地稀缺之要求。然而，此「垂直農作」通常需要恰當的營養物質/水循環系統。主要的不利方面係此循環系統容易傳播植物相關病害，亦即由於攜帶來自患病植物之病毒或細菌之流體的循環，垂直農場系統之部分中的患病植物會傳播至同一垂直農場系統內之其他植物。另一缺點係相對大量之移動部件在此垂直農作解決方案中用以支撐循環系統。室外垂直農作解決方案亦易受溫度、天氣、陽光強度等之變化影響。此外，在循環系統中，對含有耕作板及蔬菜之盤的清洗可能不容易進行，從而無意中導致可與此等耕作農產品之生長競爭的藻類之生長。在基於水耕之農作中，又一挑戰係提供用於平衡營養物質之恆定水循環。因此，至少由於漏水之風險，需要水耕容器之間的用於水循環之水連接限制了基於水耕之農作垂直地調整的可能性。
因此，需要更好的解決方案以改進前述問題。
發明概要
在整個文件中，除非上下文另有規定，否則詞「包含(comprise)」或諸如「包含(comprises)」或「包含(comprising)」之變體應理解為暗示包括所陳述整體或整體的群組，但不排除任何其他整體或整體的群組。
此外，在整個說明書中，除非上下文另有規定，否則詞「包括(include)」或諸如「包括(includes)」或「包括(including)」之變體應理解為暗示包括所陳述整體或整體的群組，但不排除任何其他整體或整體的群組。
將提供之技術解決方法係配置多個農場模組，各農場模組經調適以在另一農場模組上或下或鄰近於另一農場模組而堆疊，各農場模組自給自足以基於水耕原理而使至少一種類型之作物或植物生長，此達成受基於土壤之病害影響較小的高度自動化、空間高效之農場系統。
新穎解決方案試圖組合物流管理原理與農作解決方案。
本發明試圖提供用於堆疊式或垂直農作之系統及方法。詳言之，此系統及方法適合於，但不限於，垂直基於水耕之農作。
根據本發明之一個態樣，提供一種用於室內農作之系統，該系統包含：至少一個生長架，該至少一個生長架包含多個單元格；多個農作模組，各農作模組組配成儲存於一單元格中，各農作模組經組配以使至少一種類型之植物生長；一機器，其經配置以使該等多個農作模組 中之每一者移進/移出該對應單元格中之每一者；其中該等多個農作模組中之每一者包含特定於該類型之植物的一或多個自含式營養物質盤部分，且其中各農作模組相對於其他農作模組獨立。生長架及單元格適合於各種用途，不限於植物及蔬菜之生長。該機器能夠載運、移動及/或固持該等農作模組，且不限於任何特定動作。有利地，該生長架之多層性質係空間高效的，此係因為該性質允許藉由堆疊及擷取農作模組來使蔬菜生長。該等農作模組彼此獨立省略了對用於使諸如水之營養物質或流體循環的管道或管的需求。本發明因此亦係有利的，此係因為，不需要管基礎架構，該等農作單元格之間的一或多個尺寸(諸如高度)可為可調的。該農作系統因此能夠適應使所有種類之園藝及農業作物生長，諸如植物蔬菜及花卉。此外，相對於另一農作模組獨立配置之各農作模組藉由一或多個機器來實現易於儲存及擷取。此外，本發明係有利的，此係因為本發明能夠在農作中利用工業儲存及擷取系統，從而組合用於活產品之儲存及移動的邏輯技術。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於室內農作之程序，該程序包含以下步驟：播種一種子以用於使該種子在一第一農作模組之一農作盤中出芽；將該第一農作模組之該農作盤儲存在一第一生長架之一單元格中；自該第一生長架擷取該第一農作模組之該農作盤；將來自該出芽種子之一幼苗移植至一第二農作模組之一農作盤；以及將該第二農作模組之該農作盤儲存在一第二生長架之一 單元格中，其中該程序包括用特定於一類型之植物之生長的液體營養物質填充該農作盤中之每一者，且其中各農作模組相對於其他農作模組獨立。有利地，分開農作之育苗及生長階段增強了空間效率。本發明程序係有利的，此係因為該程序係一自動化程序且降低勞動力成本以及增大效率。
在結合附圖綜述對本發明之特定實施例之以下描述後，本發明之其他態樣對一般技術者而言將顯而易見。
100:農作系統
102:建築物或罩殼
104:生長架或擱架
106:農作模組
108:裝置或機器
110:底部軌道
112:頂部軌道
114:裝載平台
116:分類運輸車輛(STV)迴路
118:裝載點
120:收穫點
122:貨運卡車
202:育苗區域
204:生長區域
206:第三區域
302:側向
402:3D框架
404:農作盤
406:LED照明器
500:室內垂直農作程序
502:初始發芽階段
504:幼苗階段
506:生長階段
508:收穫及包裝階段
510:運送階段
A、B:區域
c:指定類型中的最高蔬菜與最短蔬菜之間的間隙
D:燈與蔬菜將生長到的指定最高蔬菜高度之間的距離
P:蔬菜高度
S:燈與平均蔬菜頂部之間的距離
T:盤404之高度
L:Led照明模組高度
M:LED裝置安裝件之高度
α:燈之漫射角
β:燈之間的距離
現將參看隨附圖式僅以實例描述本發明，在隨附圖式中：圖1展示垂直農場之各種等角視圖。
圖2係展示垂直農場之平面圖及側視圖的工程化佈局。
圖3係垂直農場之展開平面圖，其展示了車輛沿著生長架之通道的行進路徑。
圖4展示包含生長盤及在各生長盤上方的多個LED之模組化單元的實施例。
圖5展示垂直農作之程序中的各種步驟。
圖6示意性地說明農作操作管理系統(FOMS)之整合性質。
圖7係展示上游客戶訂單與FOMS之整合的流程圖。
圖8概括FOMS中用於管理客戶或消費者訂單之各種模組的功能。
圖9係展示由FOMS與其他離線程序合作管理之生產或農作程序的流程圖。
圖10概括FOMS中用於管理生產或農作程序之各種模組的功能。
圖11係展示FOMS對材料及/或設備庫存之管理的流程圖。
圖12概括FOMS中用於管理材料及/或設備庫存之各種模組的功能。
圖13係展示FOMS對成品庫存之管理的流程圖。
圖14係展示FOMS對成品之運送程序之管理的流程圖。
圖15概括FOMS中用於管理成品之運送程序之各種模組的功能。
圖16係說明FOMS內之氣候監測及控制系統的方塊圖。
圖17概括FOMS中用於監測及控制農場中之氣候之各種模組的功能。
圖18概括FOMS中用於管理室內農作研究及開發之各種模組的功能。
圖19係說明自含式或自給自足農作盤之側視圖及平面圖的工程化圖式。
圖20係說明蓋或栽植板之平面圖的工程化圖式。
圖21係蔬菜農作程序之流程圖。
圖22係包含本發明之較佳實施例之組件的總體農作系統的概述。
圖23係呈籠形式之農作模組的實例及其籠/框架之性質。
圖24係呈籠/框架形式之農作模組之設計的實施例。
圖25係展示較佳籠/框架循環移動之圖式。
較佳實施例之詳細說明
在整個說明書中，除非上下文另有規定，否則詞「包含(comprise)」或諸如「包含(comprises)」或「包含(comprising)」之變體應理解為暗示包括所陳述整體或整體的群組，但不排除任何其他整體或整體的群組。
此外，在整個說明書中，除非上下文另有規定，否則詞「包括(include)」或諸如「包括(includes)」或「包括(including)」之變體應理解為暗示包括所陳述整體或整體的群組，但不排除任何其他整體或整體的群組。
根據如圖1中所示的本發明之一態樣，存在用於使各種類型之植物生長的農作系統100。農作系統100包含物流管理中通常所用之一或多個生長擱架及/或一或多個架，且能夠延伸至諸如蔬菜或水果的不同類型之 植物在室內環境中在至少一個擱架及/或架中可生長的高度。此外，可用自動化方式來收穫植物。生長架適合於保持允許植物在其內生長之生長單元格且適合於儲存及保持用途，一或多種類型之植物或蔬菜可在生長單元格中生長。
在一較佳實施例中，農作系統100包括以下元件：- 一自動化系統，其包含農作床的硬體及控制軟體、一或多個農作模組之裝載及卸載、水/營養物質供應及照明；- 一環境控制系統，其用於控制諸如溫度、濕度、CO2/氫氣含量控制及空氣通風的參數；以及- 一農場操作管理系統，其整合先前系統且提供農場內之農作程序之有效操作。
圖21展示本發明之蔬菜農作程序之實施例的概述。
將在下文更詳細地描述各種元件。在圖22中說明了包含以上元件之農作系統的概述。
農作系統100包含將室內環境與室外環境分隔或隔離之建築物或罩殼102。在各種實施例中，建築物或罩殼102之壁可為不透明的，以阻止室外輻射進入建築物102。此外，該等壁亦可能保溫良好以將與室外環境之熱交換減至最小。建築物或罩殼102亦可配備諸如空氣調節器之溫度調節器，以提供適合於使某些類型之植物生長的所要溫度範圍。壁及/或屏障之先前分隔特徵允許更精確 地控制室內環境。另外，壁可形成抵抗害蟲之屏障，或可包含應用化學品、設備或其類似物以截止、固定或殺死害蟲。
建築物或罩殼102可為適合於儲存物品之倉庫，但可經調適以使植物生長，如下文所描述。
建築物102容納至少一個生長架，但通常容納多個生長架或擱架104，其可用以儲存用於使諸如蔬菜及/或水果之植物生長的農作模組106。在各種實施例中，各生長架104在建築物102之縱向方向上伸長且能夠沿著垂直方向及縱向方向儲存多個農作模組106，如圖2中之農場佈局的側視圖中所示。在各種實施例中，多個生長架104可橫向地配置以沿著側向方向、垂直方向及縱向方向界定生長單元格(在下文中被稱為「單元格」)的3維(3D)陣列。3D陣列內之各單元格可接收且儲存農作模組106。因此，可感覺到，建築物102可對應於包括一或多個生長架的生長區。
在各種實施例中，個別農作模組106係使用一或多個裝置或機器108而運輸且裝載或堆疊至生長架104上。如圖1至圖3中所示，農作模組106可藉由機器108而垂直地及沿著建築物102之縱向方向運輸以用於裝載或堆疊至生長架104之3D陣列中的各種單元格上。
在如圖3之區域中所示的各種實施例中，一個機器108可用以將一或多個農作模組106載入或堆疊至兩個對置的生長架104中之單元格上。在此情況下，如圖 3之區域A中所示，機器108可沿著分開兩個對置的生長架104之通道移動。農作模組106接著可從側向302裝載至生長架104中之任一者中(參看圖3上之雙箭頭)。為了進一步增強空間效率，如圖3之區域B中所示，兩個鄰近生長架104係彼此鄰接地堆疊，使得各生長架104不由兩個機器108服務。有利地，先前配置允許農作模組106被緊密地堆積或堆疊且可同時存取。
在各種實施例中，各通道(且因此兩個生長架104)可配備一台機器108。在其他實施例中，一台機器108可同時用於多於一個通道。在各種實施例中，各機器108可經導引以藉由分別沿著各別通道安裝於建築物102之樓面及天花板上的底部軌道110及頂部軌道112而沿著建築物102之縱向方向移動。在一些實施例中，機器108可為通常用於倉庫環境中之伸展堆箱機、堆高機或其他類型之運輸機。在一些實施例中，機器108可程式化而以無人操縱且自動化之方式儲存及擷取各農作模組106。此自動化可以如下方式實現：各農作模組106包含指示其架或擱架之位置的識別符，且機器108配備讀取器以掃描識別符以便在所要單元格裝載農作模組106。各機器108在罩殼內之路線可經規劃。
可將植物之生長劃分為許多階段。詳言之，種子至出芽階段、出芽至幼苗階段以及幼苗至長成階段。在如圖2中所說明之各種實施例中，系統109或罩殼102被分成對應於植物的各種生長階段之區域。
參看圖2，生長架104可劃分為至少兩個不同區域，育苗區域202及生長區域204。育苗區域202用於將植物從種子培育成出芽及/或從出芽培育成幼苗。由於出芽及幼苗與長成植物相比在大小上相對較小，因此在初始發芽及幼苗階段期間每個植物需要較小面積。因而，育苗區域202相對小於生長區域204，且各架可含有更多種子/幼苗。此後，含有發芽種子及幼苗之農作模組被另外運輸或移植至另一架/擱架以生長至成熟期。
農作模組在生長架104內之配置對於不同階段可以不同。對於尺寸類似之架，應瞭解，與幼苗至長成階段相比，種子至出芽階段包含彼此更接近地堆疊的更多農作模組。此係因為幼苗至長成階段處之農作模組需要更多空間以供植物生長至成熟期。藉由分開發芽、幼苗及生長階段，生產率得以增強，此係因為空間視蔬菜之生長階段而最佳地分配。此與傳統農作相反，在傳統農作中，種子最初以預期蔬菜在成熟期期間的大小之種子間間距播種。
在各種實施例中，亦可存在用於準備在生長週期之各種階段中(諸如在育苗或生長階段期間)所使用之農作盤404的第三區域206。在各種實施例中，準備農作盤404可包括用營養物質浸泡發泡體及將浸透了營養物質之發泡體置放或配置在農作盤中。有利地，預先準備農作盤減少在不同農作階段期間將植物移植至已準備的農作盤404所需的處理時間。
垂直農作系統100可進一步包含分類運輸車輛(sorting transport vehicle，STV)迴路116，其與機器108之各別裝載平台114耦接，用於充當生長架104之裝載及卸載艙。在各種實施例中，在將育苗中之幼苗沿著建築物102之橫向方向移植且運輸至裝載點118之後，STV迴路116可在裝載點118處接收農作模組106，從而到達其在生長區域中之各別指定生長架104的機器108以供裝載。在各種實施例中，STV迴路116亦可將自生長架104之3D陣列卸載的農作模組106運輸至收穫點120，其中含有成熟蔬菜之農作模組106可自生長架104運輸且進行收穫。此後，可將所收穫蔬菜包裝且直接裝載至貨運卡車122上以供配送。
農作系統之佈局(未描繪)可包含可分割成不同區段之大廳。在一較佳實施例中，另外，大廳可包括多個樓層，其中較佳地，各樓層較佳鄰近於生長區而連接/定位。舉例而言，可存在兩個樓層，其中一個樓層可用於育苗、播種及移植、將材料提供至生長架以及供植物及蔬菜之各種生長階段進行；而另一樓層可用於收穫蔬菜及將蔬菜包裝成方塊。當然，本發明包括可在此等樓層上進行之其他活動。此佈局係有利的，此係因為其將可供用於農作系統之空間最佳化。在如圖4中所示之各種實施例中，農作模組106可包含用於支撐垂直地間隔開的多個農作盤404之3D框架402。框架402亦可被稱為籠。垂直間距允許足夠空間供蔬菜在各生長階段垂直地生長。在各種實 施例中，一或多個LED照明器406可安裝在各農作盤404上方，以提供人造光用於植物生長必需之光合成。LED光可在合適的地點或位置預安裝在生長架/擱架104之單元格上，諸如水平橫桿或桿。
在如圖23中可見之一些實施例中，各農作模組106可由籠狀框架402構成，該籠狀框架由結構鋼構成。框架402容納農作盤及LED照明系統。圖23(a)係列舉框架402之材料性質的表。在一較佳實施例中，如圖23(b)中所說明，處於工作條件下的三個(3)盤之總重量可為約110kg且照明系統為15kg。在一些實施例中，框架402可經組配以固持至少一個農作盤，較佳固持三個農作盤。
在一些實施例中，在生長週期開始時經由速度為5.3公尺/秒的垂直移動與水平移動之組合將框架402裝載至農作模組106中。因而，框架402進行靜態及動態裝載兩者。圖24展示框架402之設計的較佳實施例。
各框架402經設計以垂直地容納3個至4個盤404。各盤404之間的最佳化空間係由盤高度、照明系統及蔬菜類型/大小判定。
照明系統判定燈與平均蔬菜頂部之間的距離S，其可藉由以下等式來計算：
Figure 107102137-A0305-02-0015-1
 其中β係燈之間的距離，α係燈之漫射角，D係燈與 蔬菜將生長到的指定最高蔬菜高度之間的距離，且c係指定類型中的最高蔬菜與最短蔬菜之間的間隙。各盤的框架402之總高度因此為高度(H)=T+P+S+L+M，其中T係盤404之高度，P係蔬菜高度，L係Led照明模組高度且M係LED裝置安裝之高度。
在各種實施例中，LED照明器406與農作盤404之間的距離可為可調的，以用於控制照射在植物葉子上的光之強度。為了在將農作模組106裝載至生長架104中時向LED照明器406供電，各農作模組106可安裝有電連接至LED照明器406之陣列的第一中心電氣配件。相應地，生長架104中之單元格安裝有第二電氣配件，其用於在農作模組106被裝載或安裝至生長架104上時與第一中心電氣配件耦接以供電力流動，以便啟動LED照明器及/或位於農作模組106上之其他電氣設備。第一中心電氣配件及第二電氣配件可經整形且經調適/經對準，以使得當將農作模組106插入至生長架104中以儲存時，LED照明器406在插入後接通。在各種實施例中，自生長架104移除或卸下農作模組106分開第一中心電氣配件與第二電氣配件，且LED照明器406在卸下後斷開。
有利地，與其他類型之光源，諸如螢光或白熾光燈泡相比，使用LED照明器406係能量高效的。此外，LED 406之窄帶發射允許更精確地調諧人造陽光之頻譜，以用於不同蔬菜或植物品種之最佳生長。另外，與傾向於改變之傳統陽光相比，可以不變方式(藉由預定義照明 之週期)將人造陽光提供至蔬菜。有利地，植物或蔬菜之生長速率增加，從而允許更快地收穫。
在各種實施例中，農作盤404係基於水耕的(無土)，其根除了與基於土壤之農作相關聯的問題。在如至少圖19及圖20中所示之各種實施例中，各農作盤404可為自含式的，不需要水循環，此係因為植物或蔬菜在用營養物質浸漬的生長培養基上生長，營養物質係經由形成於栽植板上的多個孔而在適當的位置保持在農作盤404內，其中栽植板在適當的位置配合且保持在農作盤404之主要凹陷內。有利地，農作盤404之自含式性質根除了對安裝用於水循環之管道的需要，從而允許生長架104垂直地按比例縮放。在各種實施例中，生長培養基可為發泡體。在各種實施例中，發泡體可以聚胺酯為主。發泡體之密度或孔隙率可經最佳化或經調諧，以用於調整發泡體中所吸收的營養物質之量。有利地，先前描述允許發泡體迎合不同的植物品種。
各營養物質裝載盤保持用於蔬菜生長之營養物質液體。在將育苗蔬菜栽植在農作盤404中之後，機器108例如用以使農作盤404在框架402內移動至模組106。此涉及垂直方向及水平方向兩者上的開始、加速、減速以及停止，如圖25中所說明。為了避免營養物質液體從所述盤402溢出，使用機器108提舉盤之加速及減速受控制。此提昇可例如藉由使盤402以不或幾乎不產生液體與盤之間的相對移動的加速度速率移動來進行，且液體 之動量在盤停止之前全部被吸收。控制液體之溢出的另一實例為分割盤402空腔以阻止液體起球。此可藉由使盤中之交叉分割區穿過盤中的肋板、使用較長的看護/蔬菜根部海綿及在海綿線之間添加來自盤的內底部之肋板來進行，以加強效應。在各種實施例中，分隔物不需要農作盤402之底部。
在如上所述之各種實施例中，可有至少兩種類型之農作盤404用於育苗及生長階段。可在栽植板上形成孔。就此而言，與用於生長階段農作盤404的蓋或栽植板中之孔切口相比，蓋或栽植板中的配合用於保持種子之育苗農作盤404之主要凹陷的孔切口可相對更接近地間隔。
根據本發明之各種實施例，存在用於自動化儲存及擷取生長架104之3D陣列中之農作模組106的自動化擷取系統，其包含與多個機器108及STV 116通訊之中央處理單元(CPU)。在各種實施例中，CPU記住系統100中之每個農作模組106之狀態，包括各框架模組106中之植物所處的生長階段及在生長架104之3D陣列內的位置。對於農作模組106中之一類型之植物，當到達對應於生長階段之特定里程碑時(例如在10天之後)，該自動化擷取系統將控制信號傳輸至對應機器108以自生長架104擷取農作模組106以供前進至接下來的生產階段(針對例如出芽至幼苗或生長至收穫階段)。CPU可包含一或多個處理器伺服器及/或雲端伺服器以促進必要邏輯控制及控 制信號之實施。
機器108及STV 116可形成由用於自動地置放及自規定儲存位置擷取裝載物之多種電腦控制系統組成的自動化儲存及擷取系統(ASRS)的部分。藉由指定在預定時間將擷取之農作模組106來實現物品之擷取。CPU判定在生長架104中自何處可擷取農作模組106且對該擷取排程。機器108將裝載物放入儲存區域及自儲存區取出且將該等裝載物移動至製造樓層或裝載平台。為了儲存物品，將集裝架或盤置放於系統之輸入站處，將庫存之資訊輸入至電腦終端中，且ASRS系統將裝載物移動至儲存區，判定物品之合適位置，且儲存罐裝載物。當儲存物品或自架擷取物品時，電腦相應地更新其庫存。
ASRS可呈固定通道或垂直提昇模組(VLM)之形式。
固定通道ASRS中之機器108可單桅桿或雙桅桿的，且支撐在由導軌或通道在頂部導引之軌道及天花板上，以確保準確的垂直對準。在各種實施例中，機器可自天花板懸掛。機器108在固定儲存擱架之間行進以存放或擷取農作模組106。機器在通道內水平地移動且能夠抬升至必要高度以達到位於在擱架深處之若干位置處的農作模組106。
VLM可建造地相當高以匹配設施中之可用頂置空間。多個單元可置放於「莢」中，由此操作員可在其他單元在移動時自一個單元擷取物品。
VLM係板控式自動化垂直提昇模組。VLM內之庫存係儲存於前部及後部盤位置或軌條上。當藉由在內建式控制板中輸入盤編號或藉由經由軟體請求一部件來請求盤時，提取器在兩列盤之間垂直地行進且自所請求盤之位置抽拉該盤且將該盤送至存取點。操作員接著抓取或補充儲備且在確認後使盤返回其原位。可定製VLM系統以充分利用室內之高度。根據不同樓層上之多個存儲開口之容量，VLM系統能夠提供新穎的儲存及擷取解決方案。提取器之快速移動以及庫存管理軟體可使抓取程序之效率大大增加。
在一些實施例中，建築物或罩殼102配備有配置成與CPU信號通訊之多個感測器。此等感測器之非詳盡實例可包括二氧化碳感測器、光感測器、溫度計以及影像擷取裝置。
如圖16及圖14中所示，存在一農場操作管理系統(FOMS)，其包含與多個感測器信號/資料通訊的CPU，該等多個感測器諸如二氧化碳感測器、光感測器、溫度計以及影像擷取裝置。基於來自不同感測器之回饋資訊，FOMS能夠控制影響蔬菜生長之環境因素，包括光強度及顏色、溫度、濕度以及二氧化碳含量。在各種實施例中，感測器在空間上跨建築物102分佈而形成網路，從而允許擷取及監測環境參數或條件之空間變化。此後，FOMS接著可控制空間的環境參數以迎合在建築物102之不同區域生長的不同植物品種。
在如圖6至圖15中所示之各種實施例中，FOMS亦可藉由整合蔬菜或植物農作或生產之值鏈或生產鏈而實現某一形式之「智慧型農作」，從而允許視消費者需求來動態地管理農作。在如圖7中所示之各種實施例中，FOMS可與消費者或客戶之平台介接或通訊以預先對植物或蔬菜發出訂單。消費者可提供訂單資訊，諸如，但不限於，植物之類型、所需數量以及運送日期。此後，FOMS可操作以處理訂單資訊且利用儲存於一資料庫中的至少一個庫存來檢驗是否有足夠的農作資源(例如農作盤404之數目及所需的原料)可用於完成該訂單。隨後，FOMS可藉由產生工作訂單來分配及保留農作資源，且在預定日子開始農作，使得可在或接近運送日期收穫植物。在各種實施例中，一旦農作資源被分配，FOMS即可更新資料庫中之至少一個庫存，以防止農作資源之過度預訂。在各種實施例中，可至少基於運送日期及所訂購的植物類型之生長週期來計算訂單的開始農作之預定日子。在各種實施例中，預定日子亦可將運送植物至消費者所用之時間算在內。一旦農作或生產程序完成，即可在或接近運送日期收穫植物或蔬菜，且隨機將植物或蔬菜包裝並運輸至消費者。有利地，FOMS至少允許農場管理對植物需求之季節性波動，同時在維持低成本時確保運送品質。
在各種實施例中，FOMS可利用人工智慧分析來自消費者之歷史訂單資訊以用於預測對植物之未來需求。有利地，FOMS至少能夠在預測季節性變化時取得諸 如種子、營養物質及發泡體的原料，使得因農作資源不足所致的拒絕訂單之機率減小。
FOMS可充當全部整合來自開始運送之訂單的農作之整個值或生產鏈的整體平台。FOMS可藉由更新用於分配農作資源之資料庫中之至少一個庫存來負責植物容量管理。在各種實施例中，可提供可呈儀錶板形式之使用者介面，以允許操作員觀察及檢測農作之整個值鏈中的重要參數，使得可快速地矯正異常。此等參數可包括，但不限於，原料庫存、來自消費者之訂單資訊、來自感測器網路之資訊以及運送狀態。
在各種實施例中，FOMS亦可經規劃以偵測異常且向操作員發出警告。在各種實施例中，FOMS可向操作員提供用以矯正異常之校正性措施。舉例而言，當對諸如蕃茄的特定類型之植物之需求猛增時，此耗盡用於使彼特定類型之植物生長的原料，FOMS可向操作員發出警告且推薦諸如「請購買更多的蕃茄種子」的校正動作。在如圖11中所示之各種實施例中，FOMS亦可整合原料之供應商，使得原料之採購可變得自動化且根據消費者需求來動態地管理。舉例而言，當對蕃茄之需求猛增時，FOMS可自動地向相關供應商下關於番茄種子及適合於使蕃茄生長之生長培養基及營養物質的訂單。
現將關於操作垂直農作系統100以用於使植物生長的程序在技術上更詳細地描述本發明。在各種實施例中，存在用以使植物生長之室內垂直農作程序500。垂 直農作程序500包含初始發芽階段502，其涉及準備生長培養基及將水及/或營養物質添加至生長培養基。此後，播種機器將種子播種至培養基中，且在無光照及營養物質之情況下浸泡種子。在此情況下，種子可在預定天數之後出芽。下一階段為幼苗階段504，在幼苗階段中，將生長培養基與已出芽種子一起轉移至含有其他營養物質之農作盤404中。隨後將農作盤404安裝在農作模組106上。接著藉由機器108將含有具已出芽晶種之農作盤404的農作模組106運輸至用於儲存的生長架104之3D陣列，其中用LED照明器406照射出芽以便進一步生長成幼苗。接著可在預定天數之後經由機器108擷取農作模組106以用於下一階段。
幼苗階段之後的下一階段可為生長階段506，其中將幼苗轉移至生長農作盤404，在生長農作盤中，再次添加水及營養物質。自動化擷取系統將裝載有生長農作盤404之農作模組106再運輸至生長架104中。進一步用安裝在農作模組106上之LED照明器406照射幼苗以供進一步生長。在預定天數之後，準備收穫在生長盤中生長之蔬菜。
下一階段係收穫及包裝階段508，其中自動化擷取系統經由機器108將農作盤404運輸至收穫區且檢查蔬菜之品質，選擇最健康的蔬菜，對蔬菜稱量且將輸出運輸之包裝區。包裝機器接著在將蔬菜儲存在冷庫中之前收集蔬菜。最後階段係運送階段510，其中將已包裝蔬菜 裝載至卡車中且運送至零售商。
在各種實施例中且如上所述，垂直農作程序500可整合上游且在經由與FOMS通訊之訂單平台自消費者接收到對植物或蔬菜之訂單時被觸發。在各種實施例中，垂直農作程序500可考慮到零售商或最終消費者之偏好而整合下游。舉例而言，可規劃收穫程序以在接近零售商之較佳運送時間時進行，從而確保所運送之植物或蔬菜的品質或新鮮度。在如圖14中所示之各種實施例中，FOMS亦可記住各運送訂單且在有任何運送延遲或不成功的情況下警告操作員。此後，在FOMS提供或不提供建議之情況下，操作員可相應地矯正不成功運送。在各種實施例中，一旦運送被簽收且成功，FOMS亦可更新庫存。
熟習此項技術者應進一步理解，可組合上文所描述之特徵的變體及組合而非替代例或替代物以形成屬於本發明之既定範疇的又一實施例。詳言之，
●可在其他生產階段中採用自動化，從而將適當機械用於播種、用機器人臂進行收穫及包裝蔬菜。
●垂直農場可經組配以使很多種蔬菜或植物生長，包括但不限於小白菜、奶白菜(Naibai)、菜心(Chyesim)、長葉萵苣(Romaine Lettuce)、奶油萵苣(Butterhead Lettuce)、唐萵苣、芥藍、芝麻菜、羅勒、櫻桃蕃茄、草莓、稻米(水稻)以及日本黃瓜。
●在如圖18中所示之各種實施例中，可分配農作資源(諸如原料、生長架、農作盤、農作模組)以用於研究及 開發(R&D)。研究專案可經由FOMS起始，FOMS將藉由檢查資料庫中之至少一個庫存來檢驗是否有足夠的農作資源可供用於研究專案。此後，可執行研究專案，且可由FOMS自動地監測進展，且可將研究結果記錄在FOMS中。在各種實施例中，FOMS可經規劃以自R&D結果自我學習，且連續地更新用於各植物品種的大多數最佳生長配方以供在接下來的農作或生產週期中使用。

Claims (16)

  1. 一種用於室內農作之系統，其包含：至少一個生長架，其包含多個單元格；多個農作模組，各農作模組組配成能夠被儲存於一單元格中且能夠載運多個農作盤，各農作盤適用於使至少一種類型之植物生長且係自給自足而不需要水循環且包含：一栽植板，其上設有多個孔，各個孔適用於載運與一植物類型相關聯之一營養物質；以及一主要凹陷處，該栽植板能夠被安裝及固定在該主要凹陷處內，其中各農作模組能夠被運輸至一單元格及自該單元格運輸出。
  2. 如請求項1之用於室內農作之系統，其中該生長架為一倉庫架。
  3. 如請求項1之用於室內農作之系統，其進一步包含一機器，該機器經配置以運輸一農作模組，其中該機器形成一自動化擷取系統之部分且為可操作以沿著兩個生長架之間的一通道行進的一儲存及擷取機器。
  4. 如請求項3之用於室內農作之系統，該系統進一步包含用於充當該農作模組之一裝載及卸載艙的一分類運輸車輛迴路。
  5. 如請求項4之用於室內農作之系統，其中該分類運輸車輛迴路接收各農作模組且將各農作模組運輸至該自動化擷取機構。
  6. 如請求項3之用於室內農作之系統，其中該機器能夠使各農作模組組件沿著一縱向及橫向方向運輸。
  7. 如請求項1之用於室內農作之系統，其中該等生長架在該農作盤上方安裝有LED照明器，該LED照明器與該農作盤具有一預定距離。
  8. 如請求項7之用於室內農作之系統，其中該LED照明器與該農作盤之間的該距離係可調的。
  9. 如請求項1之用於室內農作之系統，其中各農作盤能夠載運一生長培養基，該生長培養基能夠由該栽植板上所設之一或多個孔載運。
  10. 如請求項1之用於室內農作之系統，其中該等多個農作模組中之每一者經劃分成一或多個獨立區域，各區域適合於植物生長之一不同階段。
  11. 如請求項1之用於室內農作之系統，各農作模組包含一框架，其用以支撐多個農作盤。
  12. 如請求項11之用於室內農作之系統，其中該等農作盤被垂直地間隔開。
  13. 如請求項1之用於室內農作之系統，其進一步包含一自動化擷取系統，該自動化擷取系統用於根據將該農作模組置放於該生長架上的時序而將該一或多個農作模組配置在該生長架上。
  14. 如請求項1之用於室內農作之系統，其進一步包含一機器，該機器能夠基於該農作模組被置放於 該生長架上的時間而自該生長架運輸該農作模組。
  15. 如請求項1之用於室內農作之系統，其中該系統進一步包含一生長區，且其中該系統進一步包含一大廳，該大廳具有多個樓層以用於在該一或多個農作盤中生長的該至少一種類型之植物之處理及/或生長，其中該大廳定位成鄰近於該生長區。
  16. 一種用於室內農作之程序，其包含以下步驟將與一類型之植物相關聯之一種子播種在一第一農作模組之一農作盤中且使該種子出芽，各農作盤係自給自足而不需要水循環，其中該農作盤包含：一栽植板，其上設有多個孔，各個孔適用於載運一營養物質；以及一主要凹陷處，該栽植板能夠被安裝及固定在該主要凹陷處內，將該出芽種子移植至一第二農作模組之一農作盤，其中該農作盤包含：一栽植板，其上設有多個孔，各個孔適用於載運一營養物質；以及一主要凹陷處，該栽植板能夠被安裝及固定在該主要凹陷處內，用特定於該類型之植物之生長的液體營養物質填充該等農作盤中之每一者，其中該等第一及第二農作模組中之每一者能夠被運輸 至一生長架之一單元格及自該單元格運輸出。
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