多场景中光波植物工厂的设计与应用硕士学位.doc
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1、浙江大学硕士学位论文 摘要硕士学位论文多场景中光波植物工厂的设计与应用 摘要随着农业生产力水平的提高,人们消费能力的增强,市场竞争愈加激烈,我国农业已经进入到一个新的发展阶段。要彻底解决这些问题,必须从根本上转变农业生产方式,建立以资源高效利用和生态环境保护为基础的可持续农业生产体系,从而优化农业农村经济结构和增加农民收入,进而更好地满足消费者的需求。 “光波植物工厂”的生产实践虽然只有短短五年光景,但是已经取得了巨大的成就。最早采纳光波植物工厂的地区多处于人多地少的环境中,例如日本、台湾省,多倾向于更经济的利用生产资料,谋求更大的生产效益。由于我国现代化的农业科技的出现时间较晚,对新兴农业产
2、业的研究才刚刚起步,理论研究更是滞后于实践发展的。而对于光波植物工厂的深入分析,国内涉及甚少。本研究的目的是通过分析光波植物工厂的自身特点和国内市场对光波植物工厂的需求,来探讨光波植物工厂在多场景中的设计与应用。本研究选择对市场需求、产品技术、产品工业、产品服务和产品设计进行深化研究,同时使用针对部分潜在人群的访谈与针对消费者所进行的问卷调查法两种研究方法,来归纳提出光波植物工厂的未来的发展道路,力图对农业生产领域和实业方面提供帮助。关键词:光波植物工厂,服务设计,多场景ii浙江大学硕士学位论文 AbstractAbstractWith the improvement of agricultu
3、ral productivity and the increase of peoples consuming ability, the market competition becomes increasingly fierce, and Chinas agriculture has entered a new development stage. To solve these problems, it must fundamentally change the agricultural production mode, establish sustainable agricultural p
4、roduction systems on the basis of the efficient use of resources and the environmental protection, and thereby optimize the agricultural and rural economic structure and increase peasants incomes so as to better meet consumers demands. Though the “light wave plant factory production practice has jus
5、t been done for only 5 years, it has made tremendous achievements. The earliest adoption of “light wave plant factory production mode was in the places of more people and less land, such as Japan, Taiwan, most of where are inclined to more economical use the means of production to search for greater
6、 productivity. In China, the modern agricultural technology appeared very late, the research on the emerging agricultural industries has just started, and the theoretical study was seriously lagging behind the practice. The domestic in-depth analysis of “light wave plant factory is especially little
7、.The purpose of this study is to probe into the advantages to import “light wave plant factory into Chinas market by analyzing the characteristics and the domestic market demands of the “light wave plant factory. Through the in-depth study of the market demand, product technology, product industry,
8、product service and the product design and the adoption of both the depth interview method in allusion to the manufacturer and the questionnaire survey method in allusion to consumer, the thesis then ultimately put forward the future development of the “light wave plant factory in China, hoping that
9、 it can give some help to the domestic agricultural production and the industry.Key Words:Plant Factory,Service Design,Different Scenes iii浙江大学硕士学位论文 目录目录摘要iAbstractii图目录III第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外研究现状21.3 本文的结构安排41.4 本章小结5第2章 市场需求分析62.1 市场现状调研62.2产品市场研究72.2.1 传统的园艺设施特质72.2.2 传统园艺设施背景下植物的保养82.2.3 光波植
10、物工厂的特点与技术92.3 研究分析与结论10第3章 家居场合中光波植物工厂的应用123.1 概念模型123.1.1 概念模型阐释123.1.2 问卷设计123.1.3 问卷显示143.1.4 现有问题分析153.1.5 对策与建议153.2 用户模型163.3 场景设计193.4 特色场景设计213.4.1 迎接照明系统213.4.2 随心植物片21第4章 企业中光波植物工厂的应用234.1 概念模型234.1.1 概念模型阐释234.1.2 问卷设计234.1.3 问卷显示244.1.4 问卷分析264.2 用户模型274.3 场景设计28第5章 教育场合中光波植物工厂的应用315.1 概
11、念模型315.1.1 概念模型阐释315.1.2 问卷调查315.1.3 问卷分析335.2 用户模型345.3 场景设计36第6章 实际应用效果与反馈406.1 目前已经上市的植物工厂406.2 大陆的发展空间436.3 未来可行性分析44第7章 总结与未来展望487.1 植物工厂在我国本土发展的局限性487.2 采取的建议与措施51参考文献52作者简历54致谢56VII浙江大学硕士学位论文 图目录图目录图 2.1 传统园艺设施背景下植物的保养8图 3.1 家居的装饰性12图 3.2 家居服务场景故事板18图 3.3 冰箱与光波植物工厂19图 3.4 生态壁纸与楼梯植物镶嵌19图 3.5 台
12、灯与光波植物工厂20图 3.6 饭盒与光波植物工厂20图 3.7 植物工厂的绿色迎接照明系统21图 3.8 随心植物片22图 4.1 企业服务场景故事板24图 4.2 健身房餐厅与植物工厂29图 4.3 植物工厂与家庭中药中心30图 4.4 植物工厂与美容院30图 5.1 用于亲子教学的光波植物工厂31图 5.2 教育服务场景故事板36图5.3-1 三维视图37图5.3-2 收集数据的交互38图5.3-3 最终的社会网络交流39图6.1 在不同光照下的实验46图6.2 蔬菜与种子46浙江大学硕士学位论文 表目录表目录表 6.1植物工厂的必要技术40表 6.2 设施栽培工厂及其相关设备及资材市场
13、的调查一45表 6.3 设施栽培工厂及其相关设备及资材市场的调查二45浙江大学硕士学位论文 第1章 绪论第1章 绪论1.1 课题背景当前,我国农业已经进入到一个新的发展阶段。随着温饱问题的基本解决,社会对农产品的需求日益转向多样化、优质化。但随着形势的变化,人口增长与生态环境恶化的矛盾日益尖锐,突发性生态环境问题接踵而至。特别是我国加入世贸组织后,农产品面临着国际市场的严峻挑战。这样,就要求我们致力于农村经济的可持续发展,保留发展后劲,以促进我们这样一个农业大国的不断完善、进步。要彻底解决这些问题必须从根本上转变农业生产方式,建立以资源高效利用和生态环境保护为基础的可持续农业生产体系,从而优化
14、农业农村经济结构和增加农民收入,进而更好的满足消费者的需求。目前我国的农业生产结构是以机械化生产为主,辅以传统的露天传统种植以及新兴的无土种植。这三种生产方式虽然各自有自身的特点,但是在生产规模、产品质量、环境污染和产品利润等方面都有着自己的不足和缺陷。露天传统种植虽然做到了精耕细作,产品污染小,但是农业部门结构较单一,生产规模较小,经营管理和生产技术仍较落后,抗御自然灾害能力差,农业生态系统功效低,商品经济较薄弱,基本上没有形成生产地域分工,难以满足整个社会的需求。同时耕地减少、人口转移、农村劳动力迅速老年化,生产力后继无人,而城镇人口快速膨胀,蔬菜需求急剧增长,使得生产供应有巨大的潜在危机
15、。随后出现的大面积机械化种植,可以用相对较少的劳力与物质消耗获取最大的收益,极大地提高农业劳动生产率和经济效益,但是由于农药化肥污染,使得瓜菜质量普遍低劣,同时人们为了自身健康,对瓜菜品质提出更高的要求,追求无污染的绿色消费,大规模的机械化种植的产品越来越缺乏竞争力。而现有的“无土栽培”一次性投资巨大,需要增添设备,并且操作困难、成本高昂并不适合我国的基本国情。针对这一情况,近年来在日本、中国台湾以及澳大利亚等农业科技发达地区发展了一种新的农业科技即光波植物工厂,通过光波植物工厂的生产和建设从而为消费者提供定量定质定价格的农产品,从而适应市场多层次、多样化的需求,发展无公害农产品、绿色食品和有
16、机食品。新兴的植物工厂不仅保护生态环境,而且促进农业生产和农村经济持续高效发展,是农业和农村经济结构战略性调整的有效途径之一,因此在我国应该得到重视和发展。1.2 国内外研究现状对于植物工厂的研究在上世纪90年代开始迅猛的发展,与许多新兴产业不同的是最早对植物工厂研究投入精力的不是学术研究者,而是企业组织。这一现象一直发展到今天,植物工厂在实践上的进步要明显优于理论发展,究其原因可能在于农业生产的创新发展更具有实践可操作性的特点。 1994年在牛尾治郎、黑川纪章等有识之人的推动下,日本建立了植物工厂共同研究组织,这是一个由食品、电力和石油等不同产业公司制造商所组成的共同进行“植物工厂”研究开发
17、的“植物工厂振兴会”。新组织将交换各公司所拥有的情报,并进行高效率生产系统的确立和适于植物工厂栽培的作物品种的开发等活动。1 随后学术界也开始正视植物工厂的重要性。1995年E.J. Hahn, Y.B. Lee, C.H. Ahn等人指出植物工厂能够在高度控制环境条件下,在狭小的土地上大量生产作物,并且不受时间和地理条件的左右,适于耕地面积很少的地区和环境条件恶劣的地域进行农业生产的一种理想方法,有希望于21世纪在不少国家走向普及化。但他们也指出,是植物工厂和生物工艺学结合在一起,将具有更为深远的意义,只有随着生物工艺学的发展,开展新的种苗工程,植物工厂才能真正地实现实用化。 随着代表现代化
18、农业的植物工厂逐步投入使用高技术在农业综合企业的应用研究正在探索之中。在“植物工厂”的具体技术上,近年来研究者也做出了很大的贡献。 例如日本学者晨光就通过在全国各地兴建的诸多依靠人造光培育蔬菜的“植物工厂”为实验基地,采用荧光灯、钠光灯和发光二极管加快蔬菜生长,从而更有效地进行采光。以此为基础,日本中央电力研究所开展的LED植物工厂的研究现已进入实用化阶段,并又提出了利用激光作照明光源的“激光植物工厂”的宏伟目标。随着农业产业化的发展,日本政府于2010年近提出了一个新的概念:“六次产业化”。在官方政策的鼓励下,日本一些大型企业开始涉足农产品的生产,他们应用发光二极管照明、太阳能发电等技术,建
19、造更为先进的“植物工厂”,对第一产业“农业”的迅猛发展起到了极大的推动作用。 在欧美方面,奥地利、丹麦等国先后建立了植物工厂,由奥地利 Ruttuner教授设计的 Complex system是当今最高水平的世界温室设施及温室自动监控系统,美国 NASA甚至研究在太空采用人工光植物工厂技术实现宇航员食物的自给。 我国对于“植物工厂”的介绍早在上世界90年代初就可见于一些专业期刊、报纸,但是大多数为零散非体系化的介绍。2005年由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所杨其长、张成波两位研究员共同撰写的植物工厂概论一书是我国第一部有关植物工厂内容的学术著作,第一次全面系统地介绍了世界植物工厂的发
20、展历程、结构类型、主要特征、存在的问题及解决途径,对植物工厂的主要配套技术如营养液栽培、环境控制、关键设备等进行了逐章阐述,对植物工厂的典型案例进行了介绍和评价。 在介绍西方先进研究经验的同时,也有很多国内的研究者从我国国情出发探讨如何发扬植物工厂在我国农业改革进展中的作用。鲍顺淑、张成波和马承伟结合世界植物工厂化栽培的现状,探讨药用植物栽培在该领域的发展,指出药用植物的工厂化栽培对我国有着特殊的意义,为药用植物提供了新的栽培模式。向建国、施春对台湾农村的“植物工厂”进行了田野调查,指出台湾应建立以“植物工厂”为主体的现代精致农业,提高自己的农业产业化水平。宁夏林业研究所的白永强、于卫平等人提
21、出了优良沙旱生植物工厂化快繁技术,该技术具有繁殖系数高、繁殖速度快、保证品种纯度、防御植物病毒病、缩短育苗周期等方面的优势,对西部地区的植物栽培有着积极的效果。 同样近年来,我国的实业者和学者在研究中也做出了很多世界领先水平的成果。在2010年底,在植物工厂创新成果发布会上,国内公司研发的家庭版植物工厂及家庭园艺系列产品正式亮相,这标志着国内首例家庭版植物工厂正式诞生,同时也标志着设施园艺最尖端技术的数字植物工厂即将正式步入中国人的家庭生活。而中国农业大学的贺冬仙、杨珀、朱本海则首创性的提出了密闭式植物工厂的嵌入网络式环境监控系统,用户可根据实际生产需要选择适当的控制策略和控制目标,也可调整控
22、制参数来增减或改善执行机构的运行。植物工厂内所有控制参数和实时监测的数据和图像都可以动态地进行WEB发布,用户界面友好并实施各级安全自动管理。 通过以上的综述,可以看出无论是国外还是国内,对植物工厂的研究更多的局限于农业生产技术和科技更新手段,缺少针对消费者市场做出的关于光波植物工厂的工业设计与服务设计的研究出现。笔者针对此所做的研究具有一定的开拓性,能够恰好填补研究领域的空缺。1.3 本文的结构安排在章节内容上,本文共分为七章,具体安排如下:第一章,绪论。主要阐释了研究的总体思路和具体规划,介绍了文章的研究背景、研究意义、研究目的、研究思路、研究方法和研究的主要创新点等,是本篇论文的总纲。第
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- 场景 光波 植物 工厂 设计 应用 硕士学位
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