一、設施定義與學術定位

托普云農TP-ZWGC系列集裝箱式植物工廠是以國際標準海運集裝箱（20 ft/40 ft）為基體，經農業功能化改造后集成人工光環境系統、立體無土栽培系統、閉環水肥循環系統及多因子環境智控系統的全封閉人工光植物工廠（Artificial-Light Plant Factory）。該設施通過隔絕外界氣候與土壤介質，以LED全光譜人工光源替代自然日照，利用PID算法對溫、濕、光、氣、肥實施高精度程序化調控，實現作物從播種、育苗、營養生長至收獲的全周期不受季節與地域限制的周年生產，同時可作為植物光生物學、逆境生理及加代育種的受控實驗平臺。

二、工作原理

系統基于植物工廠學（Plant Factory）與閉合環路環境控制理論：全密閉圍護結構切斷外部環境干擾，內部由全光譜LED光源提供可調光量子通量密度（PPFD）與紅藍光比例（Light Recipe）；營養液循環子系統通過NFT（營養液膜技術）、DFT（深液流）或氣霧栽培（Aeroponics）方式向根系持續供給經在線監測與自動配比的pH/EC值營養液；工業級溫濕調控機組與新風/CO?補給裝置維持箱內設定微氣候；物聯網中樞以多傳感器融合數據驅動PLC執行器進行負反饋調節，使各生長因子始終追蹤預設作物生長模型設定點，消除晝夜及季節波動對植物表型的影響。

三、系統硬件構成

圍護保溫結構：高性能碳鋼集裝箱殼體，內壁覆不銹鋼或彩鋼板，夾層填充B1級高密度聚氨酯/巖棉保溫層，具備優良氣密性、隔熱性及IP級防塵防水能力，設檢修門、觀察窗及安全泄壓裝置。

人工光環境系統：頂部與層架間布設防水全光譜LED植物照明模組（主峰660 nm紅光、450 nm藍光及適量綠光/遠紅光），支持光強無級調光、光周期編程及作物專屬光配方存儲。

立體栽培系統：多層可拆裝鍍鋅鋼噴塑或不銹鋼栽培架，兼容NFT管道、DFT槽體、潮汐式栽培板及氣霧栽培腔；層高可調以適應不同株高作物，配備食品級定植杯與定植棉。

智能水肥循環系統：A/B/C母液桶+自動配肥泵+循環管路+UV紫外殺菌單元，內置pH與EC在線傳感器實時反饋并修正營養液離子濃度，支持潮汐/間歇/連續供液模式切換與殘液回收。

微環境調控系統：冷熱雙源熱泵/工業空調機組、等焓加濕器與冷凝除濕器、循環勻流風機、初效/中效新風過濾及可選CO?紅外分析儀與鋼瓶補氣模塊，實現溫濕氣的閉環PID控制。

AIoT智慧管理平臺：工業PC或PLC+HMI人機交互，搭載種植模型與數字孿生算法，完成全參數感知、設備聯動、歷史曲線記錄及異常報警；支持局域網/5G遠程訪問及PC端/手機APP監控。

四、可控生長因子

光環境：光合光子通量密度無級可調，紅:藍比例及光周期可按作物與發育階段獨立編程，支持漸亮/漸暗模擬晨昏。

溫度與濕度：箱內氣溫與相對濕度可分段設定晝夜差值，維持植物最適生長區間。

根際環境：營養液溫度、pH值、電導率（EC）及溶氧水平在線監測與自動調節。

氣體環境：可控新風換氣頻次，可選CO?濃度富集與閉環控制。

栽培模式參數：定植密度、供液頻率、潮汐高度與浸沒時長可按栽培方式設定。

五、核心功能特點

1、圍護保溫系統：標準20、40尺寸集裝箱箱體形式外，可根據使用需求、場地面積定制高性能碳鋼外殼主體，保溫夾層采用不銹鋼聚氨酯保溫板，高阻燃、抗壓強。

2、精準環控系統：采用工業級高精度物聯網傳感器，全密閉空間內溫濕光氣多參數24小時同步采集，外界溫濕度波動時無需人工頻繁調整溫濕氣參數，系統設備快速響應調節，自動完成溫度、濕度、CO2濃度等適配。

3、人工補光系統：采用高效率、高可靠的LED芯片、LED恒壓驅動電源，光照強度無極調節，可根據作物定制栽培光譜、光配方。

4、立體種植系統：立體種植架采用鍍鋅鋼噴塑、不銹鋼等防銹防腐材質，適配植物工廠高濕、高潔凈環境，尺寸、層高可根據種植作物類型、作物高矮及實際需求定制。

5、智能水肥系統：可根據作物種植需求兼容水培、霧培、基質培等多類型栽培方式，支持營養液pH和EC值在線監測及實時配肥，實現自動精準水肥灌溉。

6、AI智慧管理平臺：以AI算法+種植模型打通數據智能感知、環境精準調控、設備協同聯動等全鏈路管理，實現作物從育苗、定植、生長到收獲的全流程溫度、濕度、水肥、二氧化碳、氧氣等參數的智能化調控。實現遠程聯網監測功能，全程記錄參數及溫濕度等曲線圖變化，操作人員可通過現場PLC、PC端、手機APP端進行監測、控制、管理。

六、典型應用領域

作物加代與育種篩選：通過優化溫光縮短生育期實現水稻、小麥、蔬菜一年多代加代；高溫、干旱、鹽脅迫模擬篩選抗逆基因型。

植物光生物學研究：不同R:FR比、UV-B補充及光周期對光形態建成、開花轉換與次生代謝物積累的定量影響分析。

藥用植物與特色作物馴化：名貴中藥材（石斛、金線蓮等）或特種蔬菜在可控環境下進行品質定向提升與離體快繁。

都市農業與應急保障：城市屋頂/地下空間葉菜周年供應，自然災害或隔離地區應急新鮮蔬菜自我保障。

教學示范與科普：設施農業、植物生理學課程中植物—環境關系可視化教學與創新實踐平臺。

七、標準作業流程概要

箱體就位并接通水、電、網絡，開機進行氣密性檢查與各子系統自檢校準（pH/EC探頭標定、光照度基準校正）。

按目標作物選擇或新建光配方與溫濕氣程序，設定晝夜時段及供液策略。

播種/移苗至定植杯，放入栽培槽，啟動營養液循環與環控程序。

生長期定期觀察苗情，必要時微調營養液濃度或更換母液；系統自動記錄全過程環境數據。

收獲后清空栽培槽、清洗消毒管路與箱體內部，準備下一茬次。

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