(57)【要約】  本発明は、屋内農業管理システムに関し、該システムは少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのセンサと信号通信するように配置された中央処理装置と、動作状態と非動作状態との間で動作するように適合されたデバイスとを備え、中央処理装置は、センサから受信したデータに基づいて農業システムの少なくとも１つの屋内環境パラメータを制御するように動作可能であり、更に中央処理装置は、制御信号をデバイスに送信するように動作可能である、屋内農業管理システムに関する。【選択図】図６
2020505072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのセンサ、
少なくとも１つのセンサと信号通信するように配置された中央処理装置、
作動状態及び非作動状態のいずれかになるデバイス
を備え、中央処理装置は、センサから受信したデータに基づいて農業システムの少なくとも１つの屋内環境パラメータを制御するように動作可能であり、更に中央処理装置は、制御信号を該デバイスに送信するように動作可能である、屋内農業管理システムであって、
該デバイスは、制御信号に基づいて動作状態と非動作状態との間で切り替えられるように構成されている、屋内農業管理システム。
【請求項２】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、各農業モジュールは、少なくとも１つのタイプの植物を成長させるように構成され、さらに、動作状態と非動作状態との間のデバイスの切り替えは、当該タイプの植物の成長の少なくとも１つの段階に少なくとも基づく、農業管理システム。
【請求項３】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、複数の農業モジュールを収容するように適合された育成ラックをさらに含み、前記デバイスは、少なくとも１つの農業モジュールを収容または回収するように適合される、農業管理システム。
【請求項４】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムは、農産物の発注を可能にすることができるプラットフォームと統合される、農業管理システム。
【請求項５】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、少なくとも１つの屋内環境パラメータが、温度、光強度、湿度、および二酸化炭素レベルのうちの少なくとも１つである、農業管理システム。
【請求項６】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムは、注文情報を処理し、在庫が注文を完了するのに十分な量および／またはリードタイムを有するかどうかを、データベースに格納された少なくとも１つの在庫情報と照合するように動作可能である、農業管理システム。
【請求項７】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムは、所定の条件の逸脱を検出し、逸脱が生じたときにオペレータに警告を発するようにプログラムされている、農業管理システム。
【請求項８】
請求項５記載の屋内農業管理システムにおいて、警告は、電子メールおよび／またはショートメッセージサービス（ＳＭＳ）を介して前記オペレータに送信される、農業管理システム。
【請求項９】
請求項５又は６記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムが、前記逸脱を修正することができる補正測定を含む、農業管理システム。
【請求項１０】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムは、オペレータが少なくとも１つの屋内環境パラメータを監視することを可能にすることができるユーザインターフェースをさらに備える、農業管理システム。
【請求項１１】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムは、過去の植物の需要のデータを分析し、将来の植物の需要を予測するための人工知能と協働するように動作可能である、農業管理システム。
【請求項１２】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、中央処理装置を制御するために、異なる植物品種の成長状態を追跡する、農業管理システム。
【請求項１３】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、少なくとも１つの屋内環境パラメータの制御は、前記中央処理装置によって空間的に行われる、農業管理システム。
【請求項１４】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、該システムは、１つ以上の農業トレイの移動を制御するための自動回収システムに操作可能に接続されている、農業管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農業管理システムに関し、屋内農場の管理に好適ではあるがこれに限定されない農業管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の背景技術についての以下の説明は、本発明の理解を容易にすることのみを意図している。この説明は、言及された内容のいずれも、本発明の優先日に、いずれの管轄区域においても当業者の一般技術常識として公開、公知、またはその一部であったことを認識または認容するものではない。
【０００３】
土地が不足している国々は、土地集約型の伝統的な野菜農業の課題に直面している。その結果、野菜に対する需要の大部分は輸入によって満たされる。しかし、野菜の輸入に過度に依存することは、野菜の量と価格が変動しやすいため、理想的ではない。土地の少ない国で効率的に野菜を生産できることは、突然の供給の中断に対する重要な緩衝材として働くことができる。
【０００４】
伝統的な野菜農業の別の課題は、制御不能な環境要因および害虫のために生産性が低いことである。これらには、長期間にわたる大雨または干ばつ、並びに風で運ばれる胞子を介して他の国から広がり得る病気、および土壌浸食または汚染に起因する土壌損傷が含まれる。さらに、昆虫のような害虫への曝露は、野菜作物の品質および収量を破壊し得る。
【０００５】
伝統的な野菜農業のさらなる課題は、労働激務である。先進国では、農業の拡張性と生産性を制限するキャリアとして、若い世代が農業への関心を持つことが少ない。特に、野菜の成長の様々な段階（例えば、種子から実生（苗：ｓｅｅｄｌｉｎｇ）、実生から完全な成長体）は、移植、維持のための人力を必要とする。
【０００６】
上記に鑑みて、前述の問題のうちの１つ以上を軽減するために、農場システムのより良好な管理が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
文脈上他の意味を必要としない限り、文脈全体を通して、「構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」の用語や「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」や「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体グループを排除しないことを意味すると理解される。
【０００８】
さらに、本明細書全体を通して、文脈が別段の要求をしない限り、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」の用語や「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体グループを排除しないことを意味すると理解される。
【０００９】
技術的解決策は、物流管理の原理を農業ソリューションとを組み合わせること、および屋内農場のための包括的な農場管理システムを提供することを目的とし、特に、植物および野菜、果物、動物などの成長を含む任意の目的のために、温室、倉庫、または建物内に開発または収容された農場を含むがこれらに限定されない屋内農場に適している。
【００１０】
本発明の一態様によれば、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つのセンサと信号通信するように構成された中央処理装置と、動作状態と非動作状態との間で切り替えるように適合されたデバイスとを備え、中央処理装置はセンサから受信されたデータに基づいて農業システムの少なくとも１つの屋内環境パラメータを制御するように動作可能であり、更に中央処理装置は、デバイスに制御信号を送信してデバイスを動作状態と非動作状態との間で切り替えられるように動作可能である、屋内農業管理システムがある。
【００１１】
有利には、農業管理システムは、野菜の最適な成長を可能にするために、センサからのフィードバックに基づいて屋内農業環境を正確に制御することを可能にする。さらに、建物１０２内の空間環境条件を、異なる植物品種に合わせて正確に調整することができる。
【００１２】
本発明の他の態様は、添付の図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討することにより、当業者には明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本発明は、添付の図面を参照して、単に例として説明される。
【図１】図１は、垂直農場の種々の等角図を示す。
【図２】図２は、垂直農場の平面図および側面図を示す設計図である。
【図３】図３は、育成ラックの通路に沿った車両の移動経路を示す、垂直農場の拡大平面図である。
【図４】図４は、成長トレイと、各成長トレイ上の複数のＬＥＤとを備えるモジュール式ユニットの実施形態を示す図である。
【図５】図５は、垂直農業のプロセスにおける様々なステップを示す図である。
【図６】図６は、農業運転管理システム（ＦＯＭＳ）の統合された性質を概略的に示す図である。
【図７】図７は、上流顧客注文とＦＯＭＳとの統合を示すフローチャート図である。
【図８】図８は、顧客または消費者の注文を管理するためのＦＯＭＳ内の様々なモジュールの機能を要約する図である。
【図９】図９は、他のオフラインプロセスと連携してＦＯＭＳによって管理される生産または農業プロセスを示すフローチャート図である。
【図１０】図１０は、生産または農業プロセスを管理するためのＦＯＭＳにおける種々のモジュールの機能を要約する図である。
【図１１】図１１は、ＦＯＭＳによる材料及び／又は設備在庫の管理を示すフローチャート図である。
【図１２】図１２は、材料および／または装置の在庫を管理するためのＦＯＭＳ内の様々なモジュールの機能を要約する図である。
【図１３】図１３は、ＦＯＭＳによる最終製品在庫管理を示すフローチャート図である。
【図１４】図１４は、ＦＯＭＳによる採取製品の納入プロセスの管理を示すフローチャート図である。
【図１５】図１５は、最終製品の配送プロセスを管理するためのＦＯＭＳ内の様々なモジュールの機能を要約する図である。
【図１６】図１６は、ＦＯＭＳ内の環境監視及び制御システムを示すブロック図である。
【図１７】図１７は、農場の環境を監視および制御するためのＦＯＭＳにおける様々なモジュールの機能を要約する図である。
【図１８】図１８は、屋内農業の研究・開発を管理するためのＦＯＭＳにおける種々のモジュールの機能を要約する図である。
【図１９】図１９は、自給式（ｓｅｌｆ−ｃｏｎｔａｉｎｅｄ）または自給式（ｓｅｌｆ−ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）農業用トレイの側面図および平面図を示す設計図である。
【図２０】図２０は、蓋または植付け板の平面図を示す設計図である。
【図２１】図２１は、ＦＯＭＳの環境制御および管理モジュールのシステム構成の一例を示す図である。
【図２２】図２２は、リアルタイムの環境モニタリングのグラフィカルユーザインターフェースを示す図である。
【図２３】図２３は、ＦＯＭＳの生産監視および管理モジュールのシステム構成の一例を示す図である。
【図２４】図２４は、ＦＯＭＳの生産監視および管理モジュールのワークフローを示す図である。
【図２５】図２５は、生産・設備監視ダッシュボードの一例を示す図である。
【図２６】図２６は、計算流体力学解析試験の結果を示す。
【図２７】図２７は、微細な環境（微環境）を創り出すチャンバのレイアウト図である。
【図２８】図２８は、農業システムのコンピュータシミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書全体を通して、文脈上他の意味を必要としない限り、文脈全体を通して、「構成される（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」の用語や「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」や「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体グループを排除しないことを意味すると理解される。
【００１５】
さらに、本明細書全体を通して、文脈が別段の要求をしない限り、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」の用語や「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」のような変形は、記載された完全体や完全体のグループを含むが、任意の他の完全体や完全体グループを排除しないことを意味すると理解される。
【００１６】
本発明は植物および野菜に関して記載されているが、本発明は、家禽養育またはウシ畜産などの動物の養育にも同様に使用することができることを理解されたい。いくつかの実施形態では、農場（ファーム）は、水耕農業技術システムを活用する野菜農場であってもよく、これは、農場の管理のための自動貯蔵および回収システム（ＡＳＲＳ）の概念を活用するものである。ＡＳＲＳシステムは、例えば、特定の植物の成長段階に従って、予め決定された条件に基づいて、自動化されたレベルで（したがって、手作業を最小限にする）１つ以上の農業モジュールの収容および回収に有用である。農場管理システムは、光合成のための照明および二酸化炭素などの重要なパラメータを制御するように動作する。いくつかの実施形態では、ファームは、肉および／または卵のためにニワトリを飼育するための家禽飼育場であってもよい。ＡＳＲＳシステムは、予め決定された条件に基づいて、自動化されたレベルで（したがって、手作業の労力を最小限に抑えて）１つまたは複数の農業（ファーミング）モジュール（卵を含む）の保管および回収に有用である。ファーム管理システムは、卵の孵化のための温度などの重要なパラメータを制御するように動作する。
【００１７】
図１に示すような本発明の様々な実施形態によれば、自動化された方法で野菜を栽培するための垂直農業システム１００がある。垂直農業システム１００は、屋内農業環境を屋外環境から仕切るまたは隔離する建物又は囲い１０２を備える。図２８は、本発明の管理システムを適用することができる農業システムのシミュレートされた正面図、側面図、および拡大図を示す。
【００１８】
好ましい実施形態では、農業システム１００は、以下の要素を含む。
−農業用床のハードウェアおよび制御ソフトウェア、１つ以上の農業モジュールの積み込み積み降ろし、水／栄養分の供給および照明を含む自動化システム、
−温度、湿度、ＣＯ２／水素濃度制御、換気などのパラメータを制御する環境制御システム、及び、
−前述のシステムを統合し、農場内での農業プロセスの効果的な運営を提供する農場運営管理システム。
【００１９】
様々な実施形態では、建物又は囲い１０２の壁は、屋外の放射線が建物１０２に入るのを防ぐために不透明であってもよい。さらに、壁は、屋外環境との熱交換を最小限に抑えるために、十分に断熱されていてもよい。有利には、壁又は障壁の前述の仕切り機能は、室内環境をより正確に制御することを可能にする。さらに、壁は、害虫に対する障壁を形成してもよく、または害虫を無力化、不動化、もしくは殺すための化学薬品、機器などの適用を含んでもよい。
【００２０】
建物１０２は、複数の育成ラックを収容し、野菜および／または果物などの植物を成長させるために使用される農業モジュール１０６を格納するために使用され得る複数の育成ラックまたは棚１０４を収容する。様々な実施形態では、各育成ラック１０４は、建物１０２の長手方向に細長く、図２の農場レイアウトの側面図に示すように、垂直方向および長手方向に沿って農業モジュール１０６を保管することができる。様々な実施形態では、複数の育成ラック１０４を横方向に配置して、横方向、垂直方向、および長手方向に沿ってセルの３次元（３Ｄ）配置を画定することができる。３Ｄ配置内の各セルは、農業モジュール１０６を受け取り、貯蔵することができる。
【００２１】
様々な実施形態では、個々の農業モジュール１０６は、デバイス／機械１０８を使用して、育成ラック１０４上に輸送され、積み込まれるか、または積み重ねられる。デバイス１０８は、動作状態と非動作状態との間で切り替わるように構成することができる。動作状態にあるとき、デバイス１０８は、「オン」モードにあると考えることができ、セル上で、運搬、保持、移動、貯蔵（収容）及び様々な他の動作を実行するように作動することができる。非作動状態の場合、デバイス１０８は、「オフモード」／「待機モード」（この場合、デバイス１０８は、例えば、セル上で、運搬、保持、移動、貯蔵及び様々な他の動作を実行するように作動することができない）であると考えることができる。図１〜図３に示すように、農業モジュール１０６は、育成ラック１０４の３−Ｄ配置内の様々なセル上に積み込みまたは積み重ねるために、機械１０８によって垂直かつ建物１０２の長手方向に沿って輸送されてもよい。
【００２２】
図３の領域Ａに示すような様々な実施形態では、１つの機械１０８を使用して、２つの対向する育成ラック１０４内のセル上に１つまたは複数の農業モジュール１０６を積み込みまたは積み重ねることができる。図３の領域Ａに示すように、この場合には、機械１０８は、２つの対向する育成ラック１０４を分離する通路に沿って移動可能である。次いで、農業モジュール１０６は、育成ラック１０４のいずれか１つに横向き３０２で装填されてもよい（図３の双方向矢印を参照）。図３の領域Ｂに示されるように、空間効率をさらに高めるために、２つの隣接する育成ラックは、各育成ラックが２つの機械１０８によってサービスされないように、互いに隣接して積み重ねられる。有利には、前述の構成は、農業モジュール１０６が密に詰め込まれるか、または積み重ねられ、同時にアクセス可能であることを可能にする。図２９は、自動化された場合の機械操作システムの概要の一例を示す図である。
【００２３】
様々な実施形態では、各通路（したがって、２つの育成ラック１０４）は、１つの機械１０８を備えることができる。他の実施形態では、１つの機械１０８を２つ以上の通路に同時に使用することができる。様々な実施形態では、各機械１０８は、それぞれの通路に沿って、建物１０２の床および天井にそれぞれ取り付けられた底部軌道１１０および上部軌道１１２によって、建物１０２の長手方向に沿って移動するように案内されてもよい。
【００２４】
図２に示されるような様々な実施形態では、育成ラック１０４は、少なくとも２つの異なる領域、育苗領域２０２および成長領域２０４に分割され得る。この点に関して、育苗区域２０２は、種子からスプラウト（発芽）まで、および／またはスプラウト（発芽体）から苗（実生体）へ植物を栽培するために使用される。スプラウトおよび苗は、完全に成長した野菜と比較してサイズが比較的小さいので、植物当たりの面積は、最初の発芽および苗（実生）段階の間、より小さいことが必要とされる。このように、育苗区域は成長区域よりも比較的小さい。その後、発芽した種子および実生体は、次の段階で、さらなる成長を容易にするために、よりスペースがある成長農業用トレイにさらに移植される。発芽、実生（幼苗）および成長段階を切り離すことによって、野菜の成長段階に応じて空間が最適に割り当てられるため、生産性が向上する。これは、成熟（成長）中の野菜のサイズを予想して、種子を、最初から大きな種間間隔で播種する従来の農業とは対照的である。
【００２５】
様々な実施形態では、育苗段階または成長段階などの成長サイクルの様々な段階で使用される農業用トレイ４０４の準備のため、第３の領域２０６があってもよい。様々な実施形態では、農業用トレイ４０４の準備は、栄養分で発泡体を浸漬するステップと、栄養分含浸発泡体を農業用トレイ内に設置（ｐｌａｃｉｎｇ）または配置（ａｒｒａｎｇｉｎｇ）するステップとを含むことができる。有利なことに、農業用トレイを事前に準備することは、農業の異なる段階の間に、準備されたままの農業用トレイ４０４に植物を移植するために必要とされる処理時間を低減する。
【００２６】
垂直農業システム１００は、３Ｄ配置の育成ラックのための積み込みおよび積み降ろし区画として働くために、機械１０８のそれぞれの積み込みプラットフォーム１１４に結合された仕分け輸送車両（ＳＴＶ）ループ１１６をさらに備えることができる。様々な実施形態では、ＳＴＶループ１１６は、育苗室内の苗木が移植され、建物１０２の横方向と同じ方向に沿って、積載のために成長区域内のそれぞれの指定された育成ラック１０４の機械１０８へ積載地点１１８に輸送された後、積載地点１１８で農業モジュール１０６を受け取ることができる。様々な実施形態において、ＳＴＶループ１１６はまた、３Ｄ配置された育成ラックから取り出された農業モジュール１０６を、成熟野菜を含む農業モジュール１０６を成長ラックから運搬し、収穫することができる収穫点１２０に運ぶこともできる。その後、収穫された野菜は、梱包され、配送のために貨物トラック１２２上に直接積み込まれてもよい。
【００２７】
農業システムのレイアウト（図示せず）は、異なるセグメントに分割され得るホール（はｌｌ）を備えていてもよい。好ましい実施形態では、加えて、ホールは、好ましくは各フロアが成長領域に接続／隣接して配置される複数のフロアを含むことができる。例えば、２つのフロアがあってもよく、１つのフロアは、育苗、播種および移植のためであり、育成ラックおよび植物および野菜の様々な生育段階が行われるように材料を供給し、他のフロアは、野菜を収穫し、箱に詰めるためであってもよい。当然のことながら、本発明は、これらのフロア上で起こり得る他の活動を含む。これは、農業システムに利用可能なスペースを最適化するので有利である。図４に示す様々な実施形態では、農業モジュール１０６は、垂直方向に離間した複数の農業トレイ４０４を支持するための３Ｄフレーム４０２を含むことができる。垂直方向の間隔は、野菜が垂直方向に成長するのに十分な空間を可能にする。様々な実施形態において、ＬＥＤ照明４０６は、植物の成長を補助するための人工太陽光を提供するために、各農業用トレイ４０４の上方に設置されてもよい。様々な実施形態では、ＬＥＤ照明４０６と農業用トレイ４０４との間の距離は、植物の葉に入射する光の強度を制御するために調整可能であってもよい。農業モジュール１０６が育成ラック１０４に装填されるときにＬＥＤ照明４０６に電力を供給するために、各農業モジュール１０６は、ＬＥＤ照明４０６のアレイに電気的に接続される第１の中央電気部品を備えて設置されてもよい。これに応じて、育成ラック１０４内のセルには、農業モジュール１０６が育成ラック１０４上に積み込みまたは取り付けられ、農業モジュール１０６に電力が提供されるように、第１の中央電気部品と結合するための第２の電気部品を備えて設置される。第１の中央電気部品および第２の電気部品は、農業モジュール１０６が保管のために育成ラック１０４に挿入されるときに、ＬＥＤ照明４０６が挿入時にオンに切り替えられるように、成形され、適合／整列されてもよい。様々な実施形態では、育成ラック１０４から農業モジュール１０６を取り外す（ｒｅｍｏｖｉｎｇ）か、または取り外す（ｕｎｍｏｕｎｔｉｎｇ）と、第１の中央電気部品が第２の電気部品から切り離され、ＬＥＤ照明４０６は、取り外し時にオフに切り替えられる。
【００２８】
有利には、ＬＥＤ照明４０６の使用は、蛍光灯または白熱電球などの他のタイプの光源と比較してエネルギー効率がよい。さらに、ＬＥＤ４０６の狭帯域放射は、人工太陽光のスペクトルが、異なる野菜または植物品種の最適な成長のために、より正確に調整されることを可能にする。さらに、人工太陽光は、変化する傾向がある従来の太陽光と比較して、一定の方式で（照明のサイクルを予め規定することによって）野菜に提供され得る。有利には、植物または野菜の成長速度が増加し、より迅速な収穫を可能にする。
【００２９】
様々な実施形態では、農業用トレイ４０４は、土壌ベースの農業に関連する問題を根絶する水耕ベース（土壌なし）である。少なくとも図１９および図２０に示されるような様々な実施形態では、各農業トレイ４０４は、植付けボード上の穴を通して農業トレイ４０４内の適所に保持される栄養分を含浸させた成長培地上で植物または野菜が生育されるときに、水の循環を必要とせずに自給式であってもよく、植付けボードは、農業トレイ４０４の主な凹部内の適所に嵌め込まれて保持される。有利なことに、農業用トレイ４０４の自給式の性質は、水循環のための水パイプの設置の必要性を排除し、育成ラック１０４が垂直に拡大することを可能にする。様々な実施形態では、成長培地は発泡体（ｆｏａｍ）であってもよい。様々な実施形態において、発泡体は、ポリウレタンベースであってもよい。発泡体の密度又は多孔度は、発泡体に吸収される栄養分の量を調節するために最適化又は調整することができる。有利には、前述のことは、発泡体を異なる植物品種に適応させることを可能にする。
【００３０】
上述のような様々な実施形態では、苗床および育成用の少なくとも２つのタイプの農業用トレイ４０４があってもよい。種子を保持するために苗床用の農業用トレイ４０４の主凹部に取り付けられた蓋または植付け板の切り抜き穴は、育成段階の農業用トレイ４０４の蓋または植付け板の切り抜き穴と比べて、比較的近接して配置されてもよい。
【００３１】
本発明の様々な実施形態によれば、複数の機械１０８およびＳＴＶ１１６と通信する中央処理装置（ＣＰＵ）を備える、３Ｄ配置の育成ラック１０４内の農業モジュール１０６の自動格納および回収のための自動回収システムがある。様々な実施形態では、ＣＰＵは、成長段階を含むすべての農業モジュール１０６の状態及び、３Ｄ配置の育成ラック１０４内の位置を追跡する。農業モジュール１０６が特定のマイルストーンに達したとき（例えば、１０日後）、自動回収システムは、制御信号を対応する機械１０８に送信して、次の生産段階（例えば、収穫段階）に進むために育成ラック１０４から農業モジュール１０６を回収する。ＣＰＵは、１つ又は複数のプロセッササーバ及び／又はクラウドサーバを備えてもよい。
【００３２】
本発明の様々な実施形態によれば、図１６および図１４に示すように、二酸化炭素センサ、光センサ、温度計、および画像キャプチャ装置などの複数のセンサとデータ通信するＣＰＵを備える農場運営管理システム（ＦＯＭＳ）がある。異なるセンサからのフィードバック情報に基づいて、ＦＯＭＳは、光強度、温度、湿度及び／又は二酸化炭素レベルを含む野菜の成長に影響を及ぼす環境要因の制御を可能にする。様々な実施形態では、センサは、ネットワークを形成する建物１０２にわたって空間的に分散され、環境パラメータまたは条件の空間的変動が捕捉され監視されることを可能にする。その後、ＦＯＭＳは、建物１０２の異なる区域で成長している異なる植物品種に対応するために、環境パラメータを空間的に制御することができる。上述のように、ＦＯＭＳは、装飾目的のために育成される植物、または利益のために育成される高価値の花を含み得る植物の栽培などの園芸活動に使用することができる。ＦＯＭＳはまた、植物、野菜および動物の育成のような農業農場（ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ  ｆａｒｍｉｎｇ）において使用され得る。ＦＯＭＳは、育成ラックに貯蔵するための農業モジュールを格納または回収するために、デバイス／機械１０８と連携して働き、任意の特定の花または動物（ｆａｕｎａ）または動物（ａｎｉｍａｌｓ）の育成に限定されない。
【００３３】
いくつかの実施形態では、ＦＯＭＳは、予め定義されたプログラムまたはテンプレートに基づいて、異なるタイプの農場に利用されてもよい。このような予め定義されたプログラムまたはテンプレートには、特定の植物の発芽から完全成長までの育成；ある種類の家禽のふ化から完全成長までの育成などのためのプログラムまたはテンプレートが含まれる。
【００３４】
ＦＯＭＳは、１つまたは複数のセンサから受信したデータに基づいて農業システムの少なくとも１つの屋内環境パラメータを制御して、機械１０８をその動作状態とその非動作状態との間で動作させるための制御信号をデバイスに送信するように動作可能である。
【００３５】
図６〜図１５に示されるような様々な実施形態において、ＦＯＭＳはまた、野菜またはプラント農業（ｐｌａｎｔ  ｆａｒｍｉｎｇ）または生産のバリューチェーンまたは生産チェーンを統合することによって「インテリジェント農業」を可能にし、農業が消費者の要求に応じて動的に管理されることを可能にする。図６は、全体的なＦＯＭＳアーキテクチャおよびシステム／モジュールを示す。システムは、より多くの又はより少ない構成要素を有してもよいことを理解されたい。ＦＯＭＳは、少なくとも以下の方法で実現できる。
１．知識獲得と管理
２．環境監視と制御
３．生産監視と制御
【００３６】
ＦＯＭＳの知識管理の側面は、以下のシステムモジュールを含む：
・システム管理
このモジュールは、ユーザ、役割、システムおよび情報へのアクセスレベルを定義する機能を提供する。
・ライフサイクルプロセス定義
このモジュールは、システムがライフサイクルプロセスおよび関連情報を定義することを可能にする。
・生産物とその成長パラメータの定義
各野菜について、育成条件および環境パラメータ、ならびに各ライフサイクル段階での育成期間／リードタイムは、このモジュールを通して定義され、農業作業を制御および管理するために関連するＦＯＭＳソフトウェアアプリケーションによって使用される。
・顧客情報
顧客および潜在的顧客に関するすべての関連情報は、このモジュールによって定義および管理することができる。この情報は、販売、顧客注文、生産注文、および配送管理によって使用される。
・農業研究開発管理
新しいタイプの野菜についての知識および既存の野菜栽培知識の継続的な改善は、農場の成功のために重要である。知識は、研究開発（Ｒ  ＆  Ｄ）を通じて発見され、システムに取り込まれる。
【００３７】
図２１は、環境制御及び管理モジュールの全体的なシステム構成の一例を示す。環境制御および管理モジュールは、関連するデバイスの監視、自動警報サービス、および自動実行のための機能を提供して、育成チャンバ内で設定された環境パラメータを維持する。図２２からわかるように、このモジュールは、室温（℃）、室内気相対湿度（％ＲＨ）、照明強度（Ｌｕｘ）、ＣＯ２濃度（ｐｐｍ）の４つの環境パラメータをリアルタイムで継続的に監視する。本発明は、説明したように、より多く又はより少ないパラメータの監視を含むことを理解されたい。
【００３８】
パラメータデータは、上述したように、農場の異なる位置又は場所に配置されたセンサを通じて収集される。パラメータの値は監視される。値が予め定義された範囲の外である場合、警告は、電子メールまたはＳＭＳを介して、担当オペレータなどのユーザに送信される。点灯状態と消灯状態との間の照明の切り替えは、所定の光合成期間に基づいて自動的に操作されてもよい。換気は、所定の室温に基づいて自動的に起動または停止される。全てのセンサデータは、ＦＯＭＳに自動的に取り込まれ、アーカイブされる。これらのデータはまた、ＦＯＭＳマシンが絶えず学習および進化するために収集されて使用されるデータの一部であり、それによって、人工知能、機械学習、または深層学習の原理を利用するスマート農業システムを構築する。これらは、例えば、人工ニューラルネットワークの使用を含んでもよい。
【００３９】
図２３は、ＦＯＭＳの生産監視および管理モジュールの例示的なシステム構成である。この好ましい実施例では、５つのモバイルソフトウェアアプリケーションが開発されて、顧客注文から始まり、プロセスタスクおよび実行、原材料管理、生産物配送までの生産物ライフサイクル全体にわたって、エンド・ツー・エンドの生産監視および管理に必要な機能を提供する。生産ダッシュボードソフトウェアアプリケーションは、生産タスクのリアルタイムの監視、アラート、および実行を可能にする。原価報告書ソフトウェアアプリケーションは、各生産バッチの生産物のコスト要素および合計コスト／単位コストに関する情報を提供する。このモジュールは、顧客注文を製造およびプロセスの視覚化とリンクさせ、カスタマイズされた混合野菜の注文と、同日の収穫および配達を可能にする。生産計画は、最新の顧客要求に基づいて動的に生成され、実行される。
【００４０】
図２４は、ＦＯＭＳの好ましい実施形態の生産監視および管理システムのワークフローである。
顧客注文が入力されると、システムは、（１）発芽および生産能力が依然として利用可能であるかどうか（すなわち、あらゆる事前の注文）、および（２）注文のための材料が利用可能であるかどうかをチェックする。利用可能な材料は予約され、利用不可能な材料は調達のためにマークされ、また既存の供給者が要件を満たすことができるかどうかもチェックされる。注文が確認されると、システムは自動的に生産材料を準備し、生産計画を作成し、コストシートを準備する。生産計画が確認されると、システム（生産実行）は、各プロセス（ワークステーション）に対する作業命令を自動的に生成し、タイムリーな実行のために命令を自動的に待ち行列に入れ、優先順位を付ける。
【００４１】
生産中、システムは、図２５に示すように、主要な生産状態および各リフトサイクル段階で発生する問題に関するリアルタイムのインジケータを提供する。システムは、すべての生産物／生産情報が各トレイ（基本的な生産物ユニット）  でＲＦＩＤによって記録されるか、または関連付けられるように設計される。各プロセス／ワークステーションで、各トレイのＩＤ（ＲＦＩＤ）が取得され、システムによって処理される。現在のシステムは、生産計画の自動実行のために、屋内野菜農業の発芽／成長および収穫機械と完全に一体化されている。本発明は、設計が異なり、図示のものとは異なるパラメータを含むダッシュボードを含む。
【００４２】
野菜の成長には、特定の温度と湿度の条件が必要である。本発明の流入（入口）空気温度と定常状態の室内温度との間の関係を確立するために、計算流体力学（ＣＦＤ）解析を行った。ＣＤＦ分析は、２０℃、２５℃および２８℃の流入空気温度で行われ、室内が定常状態温度となるのには、約６０分かかる。定常状態における室内の温度分布を図２６（ａ）に示す。高温ゾーンは、上部領域およびセル（熱源）の内側にある。流入空気温度と最小／最大室内温度との間の関係を図２６（ｂ）に示す。チャートから分かるように、流入温度が２０℃である場合、チャンバ内の温度範囲は２０℃〜２７．９℃である。流入温度が２８℃である場合、チャンバ内の最高温度は３６℃に達することがある。なお、前述の数字は、実施した分析の例示にすぎず、他の値、例えば、流入空気温度およびチャンバ温度が本発明の範囲内に含まれることは、当業者には明らかである。
【００４３】
図２７は、特定の植物の育成及び関連する熱条件の包囲に使用されるチャンバのレイアウトを示す。断熱性の高いチャンバでは、熱源は主にＬＥＤ照明からのものである。本発明の好ましい実施形態では、ＬＥＤの総電力は１０，０００ｗである。空気流入は、直径４５０ｍｍ、空気流量１．８ｍ／秒の電動ファンからのものである。上記分析は、野菜育成のための微環境の条件を概説したものである。本発明はまた、他の微環境を作り出すための他の条件を制御することができることも含む。
【００４４】
図７に示すような様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、消費者または顧客が植物または野菜を事前に注文するためのプラットフォームとインターフェース接続または通信することができる。消費者は、限定はしないが、植物のタイプ、必要な数量、および納期などの注文情報を提供することができる。その後、ＦＯＭＳは、注文情報を処理し、注文を履行するのに十分な農業資源（例えば、必要な農業トレイ４０４の数および原材料）が利用可能であるかどうかを、データベースに格納された少なくとも１つの在庫情報で検証するように動作可能である。その後、ＦＯＭＳは、作業指示を生成することによって農業資源を割り当て、予約し、所定の日に農業を開始して、植物を納期またはその近くで収穫できるようにする。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、農業資源の過剰申し込みを防止するように農業資源が割り当てられると、データベース内の少なくとも１つの在庫情報を更新することができる。様々な実施形態では、注文のための農業を開始するための所定の日は、少なくとも納期および注文された植物のタイプの成長サイクルに基づいて計算されてもよい。様々な実施形態では、所定の日はまた、植物を消費者に送達するのに要する時間を考慮に入れることができる。いったん農業または生産プロセスが完了すると、植物または野菜は、納期またはその近くで収穫され、その後、包装され、消費者に配達されてもよい。有利には、少なくとも、農場がプラントの需要の季節的変動を管理することを可能にし、同時に、低コストを維持しながら配達の品質を保証する。
【００４５】
様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、植物の将来の需要を予測するために消費者からの過去の注文情報を分析するために人工知能を利用することができる。有利には、少なくとも、種子、栄養分および発泡体のような原材料が季節的変化を予想して調達されることを可能にし、その結果、不十分な農業資源に起因して注文を拒否する確率が低減される。
【００４６】
ＦＯＭＳは、受注から納品まで、農業のバリューチェーンまたは生産チェーン全体を完全に統合する全体的なプラットフォームとして機能することができる。ＦＯＭＳは、農業資源を割り当てるためにデータベース内の少なくとも１つの在庫情報を更新することによって、設備能力管理（ｐｌａｎｔ  ｃａｐａｃｉｔｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）を担当することができる。様々な実施形態において、ダッシュボードの形態であり得るユーザインターフェースは、異常が迅速に是正され得るように、農業のバリューチェーン全体における重要なパラメータをオペレータに視覚化し、監視することを可能にするために提供されてもよい。これらのパラメータは、原材料の在庫情報、消費者からの注文情報、センサのネットワークからの情報、および配送状態を含むことができるが、これらに限定されない。
【００４７】
様々な実施形態では、ＦＯＭＳはまた、異常を検出し、オペレータに警告を発するようにプログラムされてもよい。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、異常を是正するための是正措置をオペレータに提供することができる。例えば、特定のタイプの植物を育成するための原材料を枯渇させている特定のタイプの植物に対する需要が急増した場合、ＦＯＭＳは、オペレータに警告を発し、「トマトの種子をもっと購入してください」などの是正措置を推奨することができる。図１１に示されるような様々な実施形態において、ＦＯＭＳはまた、原材料の調達が消費者の要求に従って動的に自動化され、管理され得るように、原材料の供給者と統合されてもよい。例えば、トマトに対する需要が急増した場合、ＦＯＭＳは、トマトの種子、成長培地、およびトマトの育成に適した栄養分を、関連する供給業者に自動的に発注することができる。
【００４８】
様々な実施形態では、ＦＯＭＳの一部または全体は、分散ネットワークを介して、または専用ソフトウェア「アプリ（ａｐｐ）」の形態で携帯電話上で、実装されてもよい。一例として、モバイルデバイスによってダウンロードできるアプリケーションは、ユーザが特定の農業パラメータを制御するためのユーザインターフェースを備えることができる。ここで、本発明を、植物を栽培するための垂直農業システム１００を操作するプロセスに関連して、より詳細に技術的に説明する。様々な実施形態において、植物を栽培するための屋内垂直農業プロセス５００がある。垂直農業プロセス５００は、発芽の初期段階５０２を含み、これには、育成培地の調製、および育成培地への水および／または栄養分の添加を含む。その後、播種機で種子を培地に播種し、種子を照明および栄養分なしで浸漬する。この場合、種子は、予め決定された日数を経た後に発芽することができる。次の段階は実生（幼苗）段階５０４であり、そこでは、成長培地が、発芽した種子と共に、さらなる栄養分を含有する農業用トレイ４０４に移送される。農業用トレイ４０４は、その後、農業用モジュール１０６に搭載される。発芽した種子を有する農業用トレイ４０４を含む農業用モジュール１０６は、次いで、機械１０８によって、保管するために３Ｄ配置（アレイ）の育成ラック１０４に輸送され、そこで、スプラウト（発芽体）は、苗へのさらなる成長のためにＬＥＤ照明４０６に照らされる。次いで、農業モジュール１０６は、次の段階のために機械１０８を介して予め決定された所定の日数を経た後に取り出されてもよい。
【００４９】
実生（幼苗）段階に続く次の段階は、水および栄養分が再び添加される育成農業トレイ４０４に幼苗が移される成長段階５０６であってもよい。自動回収システムは、育成農業トレイ４０４が装填された育成モジュール１０６を、育成ラック１０４内に再移送する。幼苗は、さらに成長させるために農業モジュール１０６上に設置されたＬＥＤ照明４０６でさらに照明される。予め決定した日数が経過すると、育成トレイ内で成長する野菜は、収穫の準備が整う。
【００５０】
次の段階は、収穫および梱包段階５０８であり、自動回収システムは、機械１０８を介して収穫区域に育成農業用トレイ４０４を移送し、野菜の品質がチェックされ、最も健康的なものが選択され、秤量されて、梱包区域に移送される。次いで、梱包機は、野菜を冷却室に貯蔵する前に野菜を収集する。最後の段階は、梱包された野菜がトラックに積み込まれ、小売業者に配達される配送段階５１０である。
【００５１】
様々な実施形態において、上述したように、垂直農業プロセス５００は、上流に統合されてもよく、ＦＯＭＳと通信する注文プラットフォームを介して消費者から植物または野菜の注文を受け取ったときが契機となる。様々な実施形態では、垂直農業プロセス５００は、小売業者または最終消費者の好みを考慮して、下流で統合することができる。例えば、収穫プロセスは、小売業者の好ましい納期の近傍で行われるように計画されることができ、これにより納入された植物または野菜の品質または新鮮さが保証される。図１４に示されるような様々な実施形態では、ＦＯＭＳはまた、各配達注文を追跡し、配達が遅延しているか、または失敗している場合にオペレータに警告することができる。その後、オペレータは、ＦＯＭＳによって提供される示唆の有無にかかわらず、不成功の配達を調整することができる。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、配達がサインオフされたり成功するとすぐに在庫（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）を更新することもできる。
【００５２】
代替または代替ではなく、上述の特徴の変形および組合せを組み合わせて、本発明の意図される範囲内に入るさらなる実施形態を形成することができることを当業者はさらに理解されたい。
・特に、オートメーションは、種子の播種、ロボットアームによる収穫、および野菜の梱包のための適切な機械を活用した、他の生産段階で採用することができる。
・垂直農場は、青梗菜（Ｐａｋｃｈｏｙ）、ミルクキャベツ（Ｎａｉｂａｉ）、中華ホウレンソウ（Ｃｈｙｅｓｉｍ）、ロメインレタス（Ｒｏｍａｉｎｅ  Ｌｅｔｔｕｃｅ）、サラダ菜（Ｂｕｔｔｅｒｈｅａｄ  Ｌｅｔｔｕｃｅ）、フダンソウ（Ｓｗｉｓｓ  Ｃｈａｒｄ）、ケール（Ｋａｌｅ）、ルッコラ（Ａｒｕｇｕｌａ）、バジル（Ｂａｓｉｌ）、チェリートマト（Ｃｈｅｒｒｙ  Ｔｏｍａｔｏｅｓ）、ストロベリー、イネ、および日本キュウリ等を含むがこれらに限定されない、多種多様な野菜または植物を成長させるように構成されてもよい。
・図１８に示す様々な実施形態において、農業資源（原材料、育成ラック、農業トレイ、農業モジュールなど）を研究開発（Ｒ＆Ｄ）のために割り当てることができる。研究プロジェクトは、データベース内の少なくとも１つの在庫情報（ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ）をチェックすることによって、研究プロジェクト用に十分な農業資源が利用可能であるかどうかを検証するＦＯＭＳを介して開始されてもよい。その後、研究プロジェクトが実行され、進行がＦＯＭＳによって自動的に監視され、研究結果がＦＯＭＳに記録されてもよい。様々な実施形態では、ＦＯＭＳは、Ｒ＆Ｄ結果から自己学習し、次の農業または生産サイクルで使用するために、各植物品種について最適な成長レシピを継続的に更新するようにプログラムすることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月4日(2019.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屋内環境に関連付けられた屋内農業管理システムであって、
前記屋内環境内に空間的に分散された複数のセンサであり、前記屋内環境に関連付けられた少なくとも１つの環境パラメータに関連する少なくとも１つの変動を監視できるネットワークを形成する、前記複数のセンサと、
これらセンサと信号通信するように配置された中央処理装置とを備え、
前記中央処理装置は、前記屋内環境内の異なる区域で、これらセンサから受信したデータに基づいて、少なくとも１つの屋内環境パラメータを制御するように動作可能である、屋内農業管理システム。
【請求項２】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、複数の植物品種の育成に適しており、複数の農業モジュールをさらに備え、各農業モジュールは、少なくとも１つの植物品種の育成に適しており、前記中央処理装置は、前記屋内環境の異なる区域で成長する異なる植物品種に対応するように屋内環境パラメータを制御するように動作可能である、屋内農業管理システム。
【請求項３】
請求項２記載の屋内農業管理システムにおいて、
前記中央処理装置から通信された制御信号に基づいて、動作状態と非動作状態のいずれかになるように動作可能なデバイスと、
前記複数の農業モジュールを収容するように適合された育成ラックとをさらに備え、
前記デバイスは、前記動作状態のときに、少なくとも１つの農業モジュールを前記育成ラックで保管し、または前記育成ラックから回収するように適合される、屋内農業管理システム。
【請求項４】
請求項２記載の屋内農業管理システムにおいて、
動作状態と非動作状態のいずれかになるように動作可能なデバイスをさらに備え、
前記中央処理装置は、制御信号を該デバイスに送信するようにさらに動作可能であり、
前記デバイスは、前記制御信号に基づいて、動作状態と非動作状態とが切り替えられるように構成され、
前記制御信号は、植物品種に関連付けられた育成段階を示しており、前記デバイスは、植物品種に関連付けられた育成段階に基づいて、前記動作状態と前記非動作状態とが切り替えられる、屋内農業管理システム。
【請求項５】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、少なくとも１つの屋内環境パラメータが、温度、光強度、湿度、および二酸化炭素レベルのうちの少なくとも１つである、屋内農業管理システム。
【請求項６】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、注文情報を処理し、データベースに格納された少なくとも１つの在庫情報があり且つ該在庫情報が注文を完了するのに十分な量および／またはリードタイムを有するかどうかを検証するように動作可能である、屋内農業管理システム。
【請求項７】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、所定の条件の逸脱を検出し、逸脱が生じたときにオペレータに警告を発するようにプログラム可能である、屋内農業管理システム。
【請求項８】
請求項７記載の屋内農業管理システムにおいて、前記警告は、電子メールおよび／またはショートメッセージサービス（ＳＭＳ）を介して前記オペレータに送信される、屋内農業管理システム。
【請求項９】
請求項７又は８記載の屋内農業管理システムにおいて、前記逸脱を修正することができる補正測定をさらに含む、屋内農業管理システム。
【請求項１０】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、オペレータが少なくとも１つの屋内環境パラメータを監視することを可能にすることができるユーザインターフェースをさらに備える、屋内農業管理システム。
【請求項１１】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、過去の植物の需要のデータを分析し、将来の植物の需要を予測するための人工知能と協働するように動作可能である、屋内農業管理システム。
【請求項１２】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、前記中央処理装置は、異なる植物品種の成長状態を追跡するようにさらに動作可能である、屋内農業管理システム。
【請求項１３】
請求項１記載の屋内農業管理システムにおいて、
前記屋内環境は、各フロアが成長領域に隣接して配置されている複数のフロアを有するホールと関連付けることが可能であり、
各フロアは、前記ホール内の区域に対応しており、
あるフロアは、別のフロアに対応する別の区域とは異なる区域に対応している、屋内農業管理システム。
【国際調査報告】
2020505072.tif 000035
2020505072.tif 000036
2020505072.tif 000037