Kenzo Iwao

Applications of Fuzzy Theory to a Plant Factory with Artificial Intelligence

Abstract Fuzzy theory was applied to the environmental control (ambient temperature and relative humidity) in a plant factory by using a personal computer. But, the regular fluctuations occurred and the problem could not be resolved. The fuzzy control simulator was, therefore, developed. The membership function of inputs, output and the control rule table could be defined arbitrarily. The simulator output the static characteristics (input-output relation) and dynamic characteristics (transient response). After various simulation tests, it was clarified that the ZR set of change rate was necessary to be trapezoidal shaped, and then, the fluctuation of the controlled value around the set point disappeared. Furthermore, the automatic growth evaluation of lettuce seedlings has been tried by their size and growth rate compared with the standard applying fuzzy inference

Control Application for Plant Factory

Abstract Control application for plant factory should be focused on producing environmental conditions reasonablly matching in realizing both of effective and rapid growth of plants and cost effective control methods. From a basic investigation of growth characteristics for morphologically different kinds of vegetable (lettuce and turnip), basically reasonable environmental condition was discussed focusing on lighting condition. Further, outline of a pilot plant of plant factory which we have developed is presented.

Control Measure Against the Injury of Lettuce Seedlings Caused by Salt Accumulation on Polyurethane Cube Surface Used as Root Substrate in Hydroponics.

レタスの水耕栽培において, 子葉や茎頂がキューブ表面に長期間触れることにより生育障害が発生した.本葉が4枚展葉するまでに子葉がダメージをうけると収量が低下した.この障害により収量が低下するばかりでなく, 成長量の個体問格差が増加した.生育障害は, キューブ上部面に水耕液が蒸発してできた高濃度の集積塩に子葉や茎頂が接触することにより発生すると考えられた.キューブの表面に被覆処理することでこれらの障害を回避できた.植物工場等の高度施設栽培では, 計画的生産を阻害する要因を徹底的に除去することが重要である.さらに, 個々の植物の成長を極大化かつ均一化する栽培技術とともに, 生産の管理技術として生育異常を早期に検知するための成長モニター技術も重要であると考える.

Development of An Automatic Growth Monitoring system for Vegetables Grown in A Plant Factory.

In the intentional production of crops in a plant factory, it is necessary to measure the progress of growth of an individual plant. There is a significant positive correlation between several growth indices obtained by image processing and the top fresh weight of lettuce plants (Lactuca sativa L. non-heading type) grown in a plant factory. The horizontal projected leaf area for several days after sowing made it possible to estimate the top fresh weight. Therefore, we have developed an automatic plant growth monitoring system for vegetables grown in a plant factory. This system is organized into five parts, CCD camera with a transfer mechanism, a personal computer for image processing CPU, a image memory unit, a TV monitor and a printer. To evaluate the growth of transplants individually, we have developed growth prediction function with fuzzy inference.Using this function, the growth of lettuce plants grown in a plant factory was estimated continuously and automatically by use of a low-cost automatic plant growth monitoring system with a personal computer.

Development of Plant Factory Using Fluorescent Lamps and Its Lighting Design

人工 光 型植 物千場 は,光 強度,照 明時 間 な どの光環境 要 因 だ け で な く,空 調 などその他 の成 育 環境 要 因 も容 易 に制 御 で きる.さ らに,天 候や 立地 条件 に左右 され な い安定 した生 産,高 い土 地 生 産 性,無 農 薬 といった特長 を有 す る1-3)し か し,人 工光 型植 物工 場 は 設備 費お よび運 転経 費 がか さみ,特 に大 量の 照明電 力 を消 費 す るこ とか ら,実 用 化が遅 れ て い る.人 工 光型 植物 工場 を実 用 化 す るため に は,生 産 コス トの 大 半 を 占め る照 明電 力 を低 減す る必 要 が あ る.こ のため には,光 の 有効利 用の 観点 か ら照明装 置 お よ び 照 明方 法 を改善 す る こ とに よ り,植 物生 産 の高効率 化 を図 り, か つ 人工 光 型植 物千場 の機 能 を十分 に発揮 させ る必 要が あ る. 従来 の植 物 工場 で は,光 源 として発光効 率 が最 も高 い高圧 ナ ト リウム ラ ンプ が使 用 されて い る.し か し,植 物 栽培 にお ける照明 で は栽 培 室の 照明効 率 を向上 させ,か つ 葉群 の受光 効率 を高 めて 光 の利用効 率 を高 め るこ とが重要 で ある.筆 者 らは光強 度,照 明 時 間や 光 質 な どの光 環境 の制 御 が容 易 な蛍光 ラ ンプ を用 い た植 物 工場 実験装 置 を試作 し,照 明の 方 向,強 度 お よび照 明時 間が植 物 の成育 に及 ぼ す影響 につ い て調べ た4-9).そ の結 果,蛍 光 ランプ と 床面 の距離 を数 十cmに 接 近 させ 内面 を白色 塗装 し,反 射光 を有 効 に利 用 した近接 照 明に よ り,従 来 の 高圧 ナ トリウムラ ンプ よ りも 省電 力で レタス を高 速栽培 で きる こ とを見 出 した6,9,10). また,植 物成 育 に及ぼ す人工 光 の影 響 につ いて は,古 くか ら多 くの研 究が あ るが11,12),人工 光 源 を用 いた照 明設 計 に関 す る報告 は少 ない13,14).本報 で は蛍光 ラ ンプ を光 源 とした植 物 工 場 の実 用 化 を 自的 として,蛍 光 ランプ に よ る近 接照 明の特 性 を理論 的 に解 析 し,そ の 照明 設計 法 を確 立 す る と ともに,実 際 に植 物工 場実験 プ ラン トを開発 して,そ の有効 性 を実 験的 に検証 した結果 につ い て報告 す る. *三 菱電機(株)中央研究所 ・生活 システム研究所 **中 部電力(株)電気利用技術研究所 Akira Ikeda, Yasuhiro Tanimura, Kenji Esaki, Yoshitaka Kawaai, Shigeki Nakayama, Yoshinori Anzai and Kenzo Iwao