光线是植物光合作用的主要能源，光照的好坏直接影响到作物的产量和质量。针对现有植物补光系统多以功能叶光合能力为基准进行冠层补光，造成冠层新生叶光受到抑制、株间功能叶位补光不足和补光位置不能适应作物生长的问题，进行了动态调整。设计了一套基于植物需光差特性的设施黄瓜立体光环境智能调节系统。它包括智能控制子系统、冠层-株间LED补光子系统、冠层-株间环境监控子系统、补光提升子系统，并通过ZigBee技术实现了各个子系统的无线通讯。该系统中的冠层-株间环境监测子系统分别提取植物冠层和株间环境信息，并将其发送到智能控制子系统，根据环境的实时信息，通过调用植物冠层调节模型和株间适宜叶位置调节模型获得相应的调控目标值。并且把它下达到树冠-树冠间补光灯，实现树冠和树冠间照明的动态实时调节。对陕西省泾阳县蔬菜产业综合服务区的蔬菜基地分别配置了立体补光设备和传统冠层补光设备，并进行了系统调控效果验证试验。研究发现，立体补光区黄瓜的株高、茎粗均明显增加，而传统冠层补光区的株高、茎粗分别增加了8.03%和7.24%，结果表明，在一个月的采摘期，立体补光区的产量比自然处理区的平均株高分别增加了26.51%和36.03%，立体补光区分别提高了0.28和1.39kg/m2，经济增长2.82和4.88CNY/m2，说明立体光环境调节系统可以提高经济效益，具有应用推广价值。

为了解决冠层中新生叶光抑制和株间功能叶位补光不足，根据植株需要的光差特性设计了一种设施黄瓜立体光环境智能调控系统，并根据株间功能叶位置的不同特点设计了一种设施黄瓜。

(1)针对黄瓜不同叶位所处环境条件的差异性，利用冠层-株间环境监测模块，为黄瓜立体光环境调节模型提供数据支持；根据黄瓜不同叶位需要光差异特性，为了提高补光装置的自动化、智能化程度，为精确调控设施光环境提供技术支撑，设计了一种可适应作物生长的立体照明系统。

(2)建立树莓派系统框架，可实现智能算法移植，根据实时冠层-株间环境输入值，调用适合叶位需光模型的冠层智能算法，它可以在线计算获得实时调控目标值，保证调控结果的有效性和准确性，为光环境调控融合AI算法提供了一种新的解决方案。

(3)立体补光：冠层补光与自然对照试验验证结果显示，立体补光区黄瓜株高、茎粗明显增加，并在一个月采摘期内生长，与传统补光区域相比，立体补光区产量提高0.28和1.39kg/m2，经济效益分别提高2.82和4.88CNY/m2，这说明立体补光调节系统在光环境调节方面有很好的效果。