具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

本实施例提供一种用于农作物的加代水培生态舱，结合图1，包括育苗管理系统2，用于对生态舱内多种育苗加代培育的综合管理，育苗管理系统2包括取像单元、育苗分析模块和育苗控制模块，取像单元用于获取育苗图片，育苗分析模块对育苗图片识别图像特征以获取育苗种类和育苗生长状态，育苗控制模块基于所述育苗种类及所述育苗生长状态生成灌溉调节指令，水培育苗装置3，包括灌溉控制单元和灌溉液流通单元，灌溉控制单元与所述育苗管理系统2电连接，灌溉控制单元接收育苗管理系统2下发的灌溉调节指令，控制灌溉液在灌溉流通单元内的流动实现喷淋灌溉或潮汐灌溉。

需要说明的是，育苗分析模块对育苗图片识别图像特征的可行方式，可以是基于机器视觉算法对图像要素处理后提取图像特征，并通过特征匹配自动获取育苗种类和育苗生长状态的自动化处理方式。在实践中也可以通过在育苗分析模块配置人机交互单元，通过人工处理方式直接通过人眼获取育苗图片的图像特征，得出育苗种类和育苗生长状态，并通过育苗控制模块调用与之匹配的调节指令下发给对应装置。本领域技术人员应当理解的是，机器视觉的应用在很大程度上提高生态舱的自动化管理水平，通过模型训练和深度学习可以提高其识别能力，以达到预期的技术效果；但实践中难以避免机器视觉在应用中出现误判或程序异常状况，因此育苗分析模块配置为人机交互单元也是可一种可选的实施方式。此外，也可以将育苗分析模块设置为以机器视觉处理方式为主、人机交互处理为辅的处理方式，本领域技术人员可以根据实际情况调整。

本实施例的用于农作物的加代水培生态舱1通过设置育苗管理系统2获取育苗图片识别育苗种类和育苗生长状态，并由此对水培育苗装置3进行控制，可以对应不同种类的育苗采用喷淋灌溉和潮汐灌溉结合的培育方式。

在本发明的实施例中还可以进一步设置环境状态采集模块和环境调节装置4，环境状态采集模块用于采集生态舱的环境状态参数；育苗控制模块基于该环境状态参数、育苗种类和育苗生长状态生成环境调节指令，环境调节装置4接收育苗管理系统2下发的环境调节指令以调节生态舱的环境状态。

作为本实施例的一种实施方式，结合图2，本实施例中的灌溉液流通单元包括泵水装置320、储水装置和循环管路；循环管路包括与泵水装置320进液端连接的进水管路300以及分别与泵水装置320出液端连接的喷淋灌溉管路331和潮汐灌溉管路332；该实例中泵水装置320优选为变频水泵。储水装置包括供液水箱310，供液水箱310与进水管路300连通。

水培育苗装置3还包括育苗床，育苗床设置在水平方向，用于摆放种植盘340。为了充分利用生态舱的空间可以设置为多层的育苗床；根据育苗种类的不同种植盘340可以包括基质也可以根据育苗种类不添加基质。需要说明的是，种植盘340中是否要用基质可以根据育苗的种类、用途以及后期是否移栽等综合考虑，本领域的技术人员在育苗时基于实际育苗需求在不付出创造性劳动的前提下可以做出选择。

喷淋灌溉管路331在育苗床的顶部设置，潮汐灌溉管路332在所述种植盘340的摆放位置设置，循环管路上设有电磁阀。

循环管路还包括灌溉液回收管路303，灌溉液回收管路303的进水口对应种植盘340的底部出水口设置，灌溉液回收管路303的出水口连通至供液水箱310，用于对灌溉液的回收利用。

具体地，在图2灌溉液流通单元基础上，为了实现育苗管理系统2对水培育苗装置3的控制，灌溉控制单元包括控制器。电磁阀与控制器电连接，泵水装置320与控制器电连接，控制器接收育苗管理系统2下发的灌溉调节指令控制泵水装置320和电磁阀从而驱动灌溉液在灌溉流通单元内的流动，进而实现喷淋灌溉和潮汐灌溉。

作为本实施例的另一种示例，在图2灌溉液流通单元基础上，在一些自动化程度需求不高的应用场景中也可以通过在循环管路上设置手动控制阀门，通过人工调节的方式也能够实现喷淋灌溉和潮汐灌溉。

为了更好的实施本发明的水培生态舱，本实施例中进一步提供一种水培育苗装置3的具体实施方式，结合图3，该示例中，包括育苗床(图中未示出)，育苗床设置在水平方向，其上放置种植盘340、泵水装置320在本实例中为变频水泵、储水装置和循环管路，在本示例中储水装置为供液水箱310，供液水箱310与进水管路300连通，循环管路包括与变频水泵进液端连接的进水管路300以及分别与变频水泵出液端连接的的喷淋灌溉管路331和潮汐灌溉管路332，在喷淋灌溉管路331和潮汐灌溉管路332的进水口设置电磁阀11和手动阀12。

喷淋灌溉管路331在育苗床的顶部设置，种植盘340置于育苗床上方，为了对种植盘340的育苗进行喷淋灌溉，喷淋灌溉管路331也位于种植盘340上方，潮汐灌溉管路332在种植盘340的摆放位置设置，在种植盘340的开口处设置手动阀12，为了实现育苗管理系统2对该示例的水培育苗装置3的自动化控制，本示例中的手动阀12均可以替换为电磁阀11。

此外，在变频水泵的出液端添加了止回阀13、过滤阀14以及手动阀12，可以进一步提高流向种植盘340的灌溉液质量和防止灌溉液在灌溉液流通单元中的反向回流以及应对其他紧急情况的处理。

在灌溉过程中，灌溉液流入种植盘340，为了保证育苗的呼吸作用，在种植盘340的底部设有出水口，循环管路还包括灌溉液回收管路303，灌溉液回收管路303的进水口对应种植盘340的底部出水口设置，灌溉液回收管路303的出水口连通至回收水箱350。

为了减少灌溉液回收管路303的数量，可以在育苗床上设置引流槽，引流槽设置在育苗床与种植盘340的接触面上，在摆放种植盘340时出水口对应引流槽设置，灌溉液经引流槽导流后从灌溉液回收管路303回流至回收水箱350。

当育苗种类采用基质培育时，由于种植盘340中基质的存在，不可避免的在回流的灌溉液中形成杂质，由于本示例的水培育苗装置3中，灌溉液回收管路303将回流的灌溉液连通至回收水箱350，回收水箱350与供液水箱310之间通过箱间管路301连通，灌溉液通过箱间管路301可以流入供液水箱310中循环利用。因此为了避免杂质再次循环有必要在回收水箱350中设置过滤装置353，优选的设置为回流的灌溉液经灌溉装置353过滤后流入回收水箱350，再经箱间管路301流入供液水箱310中循环利用。为了提高回收水箱350中灌溉液向供液水箱310的回流效率，在变频水泵的输出管路上设置搅拌回流管路302，搅拌回流管路302与所述回收水箱350联通。

进一步地，在回收水箱350上还设置排污管352和溢流管351，溢流管351用于在液位高于一定液位时通过放出灌溉液降低液位，排污管352用于清洗或者将过滤出的杂质排出回收水箱350。

作为一种可行实施方式，在排污管352上设置第一阀门304，用于打开或关闭排污管352，在箱间管路301上设置第二阀门305，用于接通或断开回收水箱350与供液水箱310之间的流通路径。由此，可以通过第一阀门304、第二阀门305、排污管352进行灌溉液的清理。第一阀门304和第二阀门305可以根据需要设置为电磁阀或手动阀门。

一种典型的应用场景是在采用清水喷淋时，一些情况下会混入藻类或菌类，这些菌对部分植物育苗不利，为了避免藻类进入营养液进一步滋生，通过控制两个阀门的开关，可以直接将喷淋循环的水通过排污管350排出。

另外，在育苗过程中，有时需要对育苗进行特定成分的喷淋，例如为了促进种子发芽，在喷淋的清水中加入包含杀菌成分、激素、药剂等成分，由于这部分回收的清水不适合后期幼苗育苗，当回收的清水经回收管路30回流至回收水箱350，可以关闭第二阀门305，同时打开第一阀门304，通过排污管350排放掉。

为了节约空间，回收水箱350可以与供液水箱310一体设置。

在大型的生态舱的育苗培育中，由于对灌溉液的需求量大，供液水箱310可以设置多个，同样的，多个供液水箱310之间通过箱间管路301连通，箱间管路301设置在供液水箱310底部，便于供液水箱310间灌溉液在低液位时也能流通，同时可以根据需要在箱间管路301上设置阀门，用于连通或断开相邻供液水箱310之间的灌溉液流通路径。

为了提高水培育苗装置3的自动化程度，作为本实施例的优选设置，在供液水箱310中设有自动配液单元，自动配液单元设有营养液预配液通道312和自来水通道311以及浓度检测单元，浓度检测单元与控制器电连接，营养液预配液通道312和和自来水通道311上分别设有电磁阀，控制器基于所述浓度检测单元的检测值控制所述通道上的电磁阀开以完成自动配液。

具体地，预配液通道312一端与供液水箱310连通，另一端与装有预配浓度营养液A、B和C的容器连通，还可根据需要设置与装有预配浓度的酸、碱溶液的容器连通；自来水管的一端与供液水箱连通，另一端与盛有自来水的容器连通；浓度检测单元配置营养液EC值检测传感器和PH值检测传感器，在控制器的控制下，通过将自来水和营养液按比例混合可以得到指定EC值或PH值等指标的营养液。

作为优选地，在搅拌回流管路302设置电磁阀，并将第二阀门305设置为电磁阀，所述电磁阀与控制器电连接。控制器在箱间管路301的电磁阀开启时控制所述搅拌回流管路302的电磁阀开启。搅拌回流管路302的设置可以通过泵水装置将灌溉液注入回收水箱350中，从而加速回收水箱350中回收的灌溉液向供液水箱310中的流动，进而促进回收的灌溉液的循环。

需要说明的是，本实施例中，水培育苗装置3可以通过灌溉液回收管路303将回流的灌溉液连通至回收水箱350，回收水箱350与供液水箱310之间通过箱间管路301连通，灌溉液通过箱间管路301可以流入供液水箱310中循环利用。此外，水培育苗装置3还设有搅拌回流管路302，尤其适用于对清水的循环利用。作为一个本实施例的自动配液的一个优选的实施方式，控制器基于EC值检测传感器和PH值检测传感器的检测值控制预配液通道312、自来水通道311和箱间管路301上电磁阀的工作状态以控制清水、预配高浓度营养液以及回收清水的混合比例，从而在自动配液单元完成自动配液。

特别地，本实施例中回收水箱350既可以在喷淋时隔离并排出不需要的回流灌溉液，又可以在潮汐灌溉时将满足要求的回流清水循环利用，在于营养液混合后用于潮汐灌溉，这在一定程度上节约水资源，也解决了潮汐灌溉对清水的大量的求。同时，通过第二阀门305还可以将回流的潮汐灌溉营养液与自动配液单元隔离，经自动配液单元重新配比后进入下一次循环，能够提高营养液配比有效性，有助于提高育苗培育效率。

为了节约空间，可在本实施例的供液水箱310中设置独立储液箱作为自动配液单元的营养液存储空间，该独立储液箱可以嵌套设置于供液水箱310中，独立储液箱与供液水箱310共用变频水泵。

结合图4，在图3示例的基础上，本实施例进一步提供另一个示例的水培育苗装置3，该示例中，供液水箱320包括独立的第一水箱311和第二水箱312。实际应用中，第一水箱311可以用来存储清水，在第一水箱311设置自动配液单元，并用来存储营养液。相应的，变频水泵320的进水管路300分别连通第一水箱311和第二水箱312。同样，灌溉液回流的相关设定均分别对应清水和营养液两种灌溉方式独立设置。

结合图5，本实施例进一步提供另一个示例的水培育苗装置3，在图4示例的基础上，泵水装置320采用潜水泵，对应第一水箱311和第二水箱312分别设置两个潜水泵，包括设置于第一水箱311内的第一潜水泵和设置于第二水箱312内的第二潜水泵322，第一潜水泵321和第二322的出液端与喷淋灌溉管路331和潮汐灌溉管路332连接。

基于上述具有自动配液单元的水培育苗装置3的设定，控制器可以在育苗管理系统2的控制下，控制自动配液单元根据不同的育苗种类自动调配营养液，即该自动配液控制指令也可以进一步设置为灌溉控制指令的一部分。上述的管路上的手动阀均可以设置为电磁阀，并且与控制器电连接，控制器控制电磁阀的工作状态从而实现育苗管理系统2对水培育苗装置3的自动控制。

作为本实施例的一种具体的实施方式，环境调节装置4的优选的设置为包括温度调节装置、湿度度调节装置和空气质量调节装置。该配置能够对生态舱内育苗发育所需的温度、湿度和空气环境进行调节。育苗管理系统2通过环境状态采集模块可以监控环境参数，从而当检测到环境状态不满足要求时，通过环境调节指令控制温度调节装置、湿度度调节装置和空气质量调节装置以调节环境参数。例如可以在生态舱内设置检测和调控一体设置的空调、加湿器和空气交换机或者净化器等电器装置实现该环境的检测及控制。也可以通过独立传感器实现环境参数的采集，通过空调、加湿器和空气交换机或者净化器实现环境参数的调节。

本实施例的环境调节装置4还可以设置照明装置，照明装置包括人工光源和光源控制单元，光源控制单元接收环境调节指令以实现对人工光源的调光控制。

本领域的技术人员应理解的是人工光源的设置是为了给育苗提供光照条件，为了满足多种育苗的需求，本实施例中人工光源需根据需要设置对其亮度、色度的调节功能，即光源控制单元包括亮度调节和色度调节，本领域的技术人员根据育苗光照的实际需要可以通过控制人工光源中灯珠的开关、灯珠工作频率以及灯珠发光颜色的配合实现多种亮度和色度的调节。

通常为了节约生态舱内空间，照明装置可以布置在喷淋管路上方，种植盘340内的育苗接收来自上方的光源照射。

在叠层的育苗床结构中，为了让不同层上的种植盘340内育苗能够处于光照区域内，可以进一步在育苗床的框架上逐层布置人工光源，这样可以解决上方光源被上层种植盘340遮挡造成的下层育苗的光照问题。

实施例2

本实施例在上述用于农作物的加代水培生态舱的基础上进一步提供一种用于农作物的加代水培生态系统，包括用户终端、上述的任一种用于农作物的加代水培生态舱以及云服务器；

育苗管理系统2通过通信网络连接至所述云服务器；云服务器接收并记录育苗管理系统2的运行状态；用户终端通过通信网络连接至所述云服务器，用于对育苗管理系统2的远程控制。

本实施例的加代水培生态系统可以设置监控装置，所述监控装置用于对所述生态舱的画面监控。

实施例3

本实施例在上述用于农作物的加代水培生态舱的基础上进一步提供一种用于农作物的加代育苗管理方法，应用于上述的用于农作物的加代水培生态舱，包括：

获取育苗画面，基于机器视觉算法获取育苗种类及育苗生长状态特征；

根据育苗种类及所述育苗生长状态特征获取育苗成熟度等级；

根据成熟度等级生成灌溉控制指令：

当成熟度满足预设等级时，生成喷淋灌溉控制指令；

当成熟度不满足预设等级时，生成潮汐灌溉控制指令；

向水培灌溉装置下发灌溉控制指令。

需要说明的是，育苗种类及所述育苗生长状态特征获取育苗成熟度等级需要通过前置的育苗试验获取对应不同种类育苗和育苗生长状态与成熟度等级的对应关系。为了更清楚的说明本方法的实施过程，以水稻为例具体说明：

在该示例性说明中，水稻的整个育苗阶段包括从种子播种前到移栽之前的培育过程。其成熟度等级可以对应种子萌芽前、破胸露白、子叶展开和两叶一心的不同生长状态的时间段内分别设置不同的等级对应关系。

作为本实施例的优选实施方式，成熟度等级的设置与育苗子叶的不同阶段的生长特征对应设置，预设的成熟度等级可以对应到当子叶展开时的成熟度等级。此时的水稻子叶以长出，根系也具备一定的吸收灌溉液的功能，因此可以作为触发其灌溉方式从喷淋灌溉切换到潮汐灌溉的成熟度判断条件。

具体地，作为一个灌溉液设置的具体实施方式，在满足子叶长出之前，喷淋灌溉的灌溉液采用清水，且喷淋的喷头采用淋雨喷头，即，在水稻育苗的子叶未展开不满组预设的成熟度等级时，灌溉控制单元接收所述喷淋灌溉控制指令后，控制所述灌溉流通单元内清水向喷淋管路的循环流动，完成水培育苗装置的喷淋灌溉。对水稻的培育通常采用基质培育方式，通过采用清水对其进行无压力浇水，水稻的育苗在基质的环境中，通过不断喷淋可使整体环境湿度达到95％，能够促进育苗生长。

在育苗长出子叶后，其成熟度等级满足设定条件，此时，灌溉控制单元接收所述潮汐灌溉控制指令后，控制所述灌溉流通单元内营养液向潮汐灌溉管路的循环流动，完成水培育苗装置的潮汐灌溉。潮汐灌溉将灌溉液调整为营养液，并采用潮汐灌溉方式从种植盘底部对育苗的根系进行灌溉，在营养液浸没根系时，水稻育苗通过根系吸收营养液中的养分，当营养液流出后，可以确保根系进行必要的呼吸作用，不烂根，同时，其基质中存储的一定量的营养液可以进一步为根系提供必要的养分。基于上述的控制，水稻育苗前期喷淋，有利于基质和种子浸透，且保证发芽的呼吸作用，后期潮汐培育，区域内湿度可控，减少菌类滋生以及植物叶面清洁。

基于同样的理论，上述的方法同样也适用于其他育苗种类，例如茄果类、大麦等农作物，其差异在于需根据育苗试验获取预设的成熟度等级，合理的设置成熟度等级是本方法取得预期效果的重要因素。

作为本实施例的优选实施方式，在本发明的实施例中，在根据所述育苗种类及所述育苗生长状态特征获取育苗成熟度等级之后，还包括：

根据所述成熟度和环境状态参数生成环境调节指令；

向所述环境调节装置下发环境调节指令。

以水稻育苗为例，对其育苗环境条件的合理控制也是提高育苗培育效率的重要条件，例如，在获取到育苗破胸露白后，可以通过对温度、湿度及光照环境的控制进行催芽，在子叶长出后，通过温度、湿度条件及光培养和暗培养结合的方式提高育苗生长发育。同时，检测环境中的二氧化碳等影响水稻呼吸作用的气体参数，及时进行换气处理。

基于同样的理论，上述的方法同样也适用于其他育苗种类，例如茄果类、大麦等农作物，其差异在于需根据育苗试验获取预设的成熟度等级，合理的设置成熟度等级是本方法取得预期效果的重要因素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。