在無人化葉菜垂直農(nóng)場的建造中，如何優(yōu)化環(huán)境控制系統(tǒng)？
作者: 時間: 2025-05-04
在無人化葉菜垂直農(nóng)場的環(huán)境控制系統(tǒng)優(yōu)化中，需綜合運用傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能調(diào)控算法和能源管理技術(shù)，實現(xiàn)全流程精準(zhǔn)控制。以下是關(guān)鍵優(yōu)化方向及技術(shù)路徑：
一、多維傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與數(shù)據(jù)融合
高精度環(huán)境參數(shù)監(jiān)測
部署溫濕度、光照強度、CO?濃度、營養(yǎng)液EC/pH值等傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成覆蓋種植層、水肥循環(huán)系統(tǒng)、物流通道的全域監(jiān)測體系。例如，青州基地通過455個傳感器實時采集20層種植架的環(huán)境數(shù)據(jù)，精度可達(dá)溫度±0.5℃、濕度±3% RH。
多源數(shù)據(jù)融合分析
結(jié)合圖像識別技術(shù)（如病蟲害早期檢測）和光譜分析（如葉綠素含量監(jiān)測），構(gòu)建植物生長狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)的動態(tài)關(guān)聯(lián)模型。成都超高層植物工廠通過AI算法將傳感器數(shù)據(jù)與作物生長曲線匹配，實現(xiàn)環(huán)境調(diào)控誤差小于5%。
二、動態(tài)環(huán)境調(diào)控技術(shù)
光環(huán)境優(yōu)化
采用可調(diào)光譜LED光源，根據(jù)生菜不同生長階段（育苗期、生長期、成熟期）定制“光配方”。例如，東京某農(nóng)場通過藍(lán)光（450nm）與紅光（660nm）動態(tài)配比，使生菜維生素C含量提升30%，同時能耗降低25%。溫濕度協(xié)同控制
應(yīng)用熱泵空調(diào)系統(tǒng)與超聲波加濕器聯(lián)動，結(jié)合垂直層間空氣循環(huán)設(shè)計，實現(xiàn)±1℃的恒溫控制。如葉菜俠的集裝箱工廠采用分層獨立控溫技術(shù)，確保每層生菜處于最佳生長區(qū)間（18-22℃/70-80% RH）。CO?精準(zhǔn)補給
通過紅外傳感器監(jiān)測CO?濃度（400-1500ppm），結(jié)合光合作用效率模型動態(tài)調(diào)節(jié)補給量。實驗表明，CO?濃度提升至800ppm時，生菜生長速率可加快15%。
三、水肥一體化智能管理
閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)
構(gòu)建營養(yǎng)液回收-過濾-再生系統(tǒng)，結(jié)合EC/pH在線監(jiān)測實現(xiàn)95%水肥循環(huán)利用率。青州基地的垂直農(nóng)場每公斤生菜僅耗水0.8升，較傳統(tǒng)種植節(jié)水95%。
灌溉策略優(yōu)化
基于基質(zhì)稱重傳感器和累積光照量算法，動態(tài)調(diào)整灌溉頻次。例如，當(dāng)光積分值達(dá)2000μmol/m²時自動觸發(fā)灌溉，確保根系水分與光合同步。
四、能源與空間協(xié)同優(yōu)化
可再生能源整合
在建筑頂部安裝光伏板，結(jié)合低谷電價時段儲能，為LED照明和環(huán)境控制供電。迪拜垂直農(nóng)場通過光伏+儲能系統(tǒng)實現(xiàn)30%能源自給。
垂直空間氣流設(shè)計
采用層間梯度壓差通風(fēng)技術(shù)，配合智能新風(fēng)系統(tǒng)，確保20層種植架內(nèi)空氣流速穩(wěn)定在0.3-0.5m/s，既滿足作物需求又降低風(fēng)機能耗。
五、特殊場景適應(yīng)性優(yōu)化
極端環(huán)境應(yīng)對
在沙漠或高寒地區(qū)，采用雙層保溫結(jié)構(gòu)與正壓防塵設(shè)計，配合地源熱泵維持環(huán)境穩(wěn)定。南極科考站通過此類技術(shù)實現(xiàn)-50℃環(huán)境下的連續(xù)生產(chǎn)。
模塊化擴展設(shè)計
集裝箱式植物工廠支持快速拼裝，每個單元配備獨立環(huán)境控制系統(tǒng)，便于產(chǎn)能彈性調(diào)整。青州基地的模塊化工廠可在48小時內(nèi)完成部署。
通過上述技術(shù)整合，無人化葉菜垂直農(nóng)場的環(huán)境控制系統(tǒng)可實現(xiàn)單位面積產(chǎn)量達(dá)傳統(tǒng)種植50倍，同時能耗降低40%以上。未來發(fā)展方向包括量子點LED光譜優(yōu)化、數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈溯源融合等創(chuàng)新技術(shù)的深度應(yīng)用。
文章來源：葉菜俠科技
一、多維傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與數(shù)據(jù)融合
高精度環(huán)境參數(shù)監(jiān)測
部署溫濕度、光照強度、CO?濃度、營養(yǎng)液EC/pH值等傳感器網(wǎng)絡(luò)，形成覆蓋種植層、水肥循環(huán)系統(tǒng)、物流通道的全域監(jiān)測體系。例如，青州基地通過455個傳感器實時采集20層種植架的環(huán)境數(shù)據(jù)，精度可達(dá)溫度±0.5℃、濕度±3% RH。
多源數(shù)據(jù)融合分析
結(jié)合圖像識別技術(shù)（如病蟲害早期檢測）和光譜分析（如葉綠素含量監(jiān)測），構(gòu)建植物生長狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)的動態(tài)關(guān)聯(lián)模型。成都超高層植物工廠通過AI算法將傳感器數(shù)據(jù)與作物生長曲線匹配，實現(xiàn)環(huán)境調(diào)控誤差小于5%。
二、動態(tài)環(huán)境調(diào)控技術(shù)
光環(huán)境優(yōu)化
采用可調(diào)光譜LED光源，根據(jù)生菜不同生長階段（育苗期、生長期、成熟期）定制“光配方”。例如，東京某農(nóng)場通過藍(lán)光（450nm）與紅光（660nm）動態(tài)配比，使生菜維生素C含量提升30%，同時能耗降低25%。溫濕度協(xié)同控制
應(yīng)用熱泵空調(diào)系統(tǒng)與超聲波加濕器聯(lián)動，結(jié)合垂直層間空氣循環(huán)設(shè)計，實現(xiàn)±1℃的恒溫控制。如葉菜俠的集裝箱工廠采用分層獨立控溫技術(shù)，確保每層生菜處于最佳生長區(qū)間（18-22℃/70-80% RH）。CO?精準(zhǔn)補給
通過紅外傳感器監(jiān)測CO?濃度（400-1500ppm），結(jié)合光合作用效率模型動態(tài)調(diào)節(jié)補給量。實驗表明，CO?濃度提升至800ppm時，生菜生長速率可加快15%。
三、水肥一體化智能管理
閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)
構(gòu)建營養(yǎng)液回收-過濾-再生系統(tǒng)，結(jié)合EC/pH在線監(jiān)測實現(xiàn)95%水肥循環(huán)利用率。青州基地的垂直農(nóng)場每公斤生菜僅耗水0.8升，較傳統(tǒng)種植節(jié)水95%。
灌溉策略優(yōu)化
基于基質(zhì)稱重傳感器和累積光照量算法，動態(tài)調(diào)整灌溉頻次。例如，當(dāng)光積分值達(dá)2000μmol/m²時自動觸發(fā)灌溉，確保根系水分與光合同步。
四、能源與空間協(xié)同優(yōu)化
可再生能源整合
在建筑頂部安裝光伏板，結(jié)合低谷電價時段儲能，為LED照明和環(huán)境控制供電。迪拜垂直農(nóng)場通過光伏+儲能系統(tǒng)實現(xiàn)30%能源自給。
垂直空間氣流設(shè)計
采用層間梯度壓差通風(fēng)技術(shù)，配合智能新風(fēng)系統(tǒng)，確保20層種植架內(nèi)空氣流速穩(wěn)定在0.3-0.5m/s，既滿足作物需求又降低風(fēng)機能耗。
五、特殊場景適應(yīng)性優(yōu)化
極端環(huán)境應(yīng)對
在沙漠或高寒地區(qū)，采用雙層保溫結(jié)構(gòu)與正壓防塵設(shè)計，配合地源熱泵維持環(huán)境穩(wěn)定。南極科考站通過此類技術(shù)實現(xiàn)-50℃環(huán)境下的連續(xù)生產(chǎn)。
模塊化擴展設(shè)計
集裝箱式植物工廠支持快速拼裝，每個單元配備獨立環(huán)境控制系統(tǒng)，便于產(chǎn)能彈性調(diào)整。青州基地的模塊化工廠可在48小時內(nèi)完成部署。
通過上述技術(shù)整合，無人化葉菜垂直農(nóng)場的環(huán)境控制系統(tǒng)可實現(xiàn)單位面積產(chǎn)量達(dá)傳統(tǒng)種植50倍，同時能耗降低40%以上。未來發(fā)展方向包括量子點LED光譜優(yōu)化、數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈溯源融合等創(chuàng)新技術(shù)的深度應(yīng)用。
文章來源：葉菜俠科技