越過「山丘」， 他們在集裝箱里用AI種起了菜

作者／  IT時報記者  孫永會

編輯／  孫妍

冬日暖陽下的崇明島有一種別樣的魅力——寧靜的田園風光，隨寒風搖曳的蘆葦，彷彿訴說著2024年難忘的所見與所聞。

在崇明島中部的光明花博邨內，同樣有一處別樣的風景——六個20英呎的集裝箱整齊排列在花藝館，有的醒目地標記著「口袋農場」的字樣，有的寫著「CyberFarm」。六個集裝箱內，種植的是一種名叫「優雅」的生菜。

這是2024光明多多垂直農業挑戰賽暨第四屆「多多農研科技大賽」的種植現場，在嘗試過AI種草莓、番茄等作物後，本屆大賽選用綠葉生菜作為比賽作物。大賽共吸引了16支隊伍142位國內外青年專家學者報名參與，最終有六支隊伍成功晉級決賽。

攻堅期間，決賽隊伍在集裝箱內創造出光、溫、氣、水、肥等葉菜生存環境，用科技與創新探索智慧農業的新路徑，他們熱烈真誠又充滿力量。

周杰倫「陪伴」著種菜

集裝箱里的人兒在成長

正在中國農業大學讀博士五年級的楊浩，是賽博農人隊的隊長，是所有決賽選手中唯一參加了四屆比賽的人，這也是他最後一次參賽。「團隊第一屆拿了冠軍，今年又拿到冠軍，我們非常開心，也表明我們的技術得到了專家和評委的認可。」有著冠軍夢的他終於如願了，心裡也踏實了。

賽博農人隊隊長楊浩

賽博農人隊來自中國農業大學農業農村部設施農業工程重點實驗室，團隊成員均就讀於農業生物環境與能源工程專業。對於楊浩來說，參賽的這四年，是越過自我突破這座「山丘」的一段歲月。在第一屆比賽中，他作為隊員參與，主要負責數據採集、圖像採集和文本總結等工作；在第二屆和第三屆的比賽中，他作為主要參賽隊員，儘管承擔著副隊長的工作，肩上的膽子也不大。

2024年，楊浩當起了隊長，帶隊參賽、協調工作，壓力、責任和困擾一下就變多了。習慣了一個人做學術研究的他，從最初分配任務開始，就有不少糾結的時刻。「我對每個人的長處心知肚明、分工也很明確，但總會有不少擔心，大家能不能真心接受安排。」

參加了這次比賽，楊浩頗有感觸，一方面，成長在於某個瞬間的突然長大，自己從以往的知足樂觀變得更加成熟冷靜。另一方面，他深知，要做好植物工廠，必須先學會種菜，「我們的專業是工農交叉學科，並不是說完全學農的人或完全學工的人就一定會把這個事情做好，要做好一件事是需要大家一起合作的。」

冠軍爭奪僅在毫釐之間，獲得二等獎的上海農科院團隊隊長苗辰依稀還記得自己在集裝箱改造期間，連續兩個月從上海跑到無錫「盯」工程的畫面，以及試種期間的孤單與收穫。

上海農科院團隊隊長苗辰

因為擔心在集裝箱改造階段出現突髮狀況，或是不到位的安裝影響後期設備運作，苗辰每週一都從上海趕去無錫，白天在現場盯著施工，直到週五返回。每個單程都需要兩小時，在江南的盛夏，他如此反復堅持了大約兩個月。箱子造好的那天，苗辰也是從無錫開車跟著，一路直奔崇明。

後續，為了瞭解「優雅」生菜在不同光源和光照時長下的生長反應，在試種階段，上海農科院團隊設置了10個對照處理。苗辰每次都需要採摘一個對照處理的5株菜，對株高、株幅、鮮重、葉片數、葉面積等五個指標進行測量、記錄、拍照。前期隔天做一次，到了生菜快速生長期，他就要每天做一次，一次大約6小時。

「一個人太孤單就聽音樂，我都是關上集裝箱的門開公放，那些菜都跟我一起聽過周杰倫、夢龍樂隊和酷玩樂隊了。」他笑著講述，有次工作到比較晚，保安前來檢查、鎖門。「開門真嚇一跳，看到我還在，連忙問：‘喲，還在呢’？」

談及此次以微弱劣勢失去蟬聯冠軍的機會，苗辰如是形容：「最能體現體育精神的就是跳高比賽，即使是冠軍選手也會選擇自己達不到的高度去挑戰，最後一跳註定失敗。求其上而得其中，這不能算是失敗，只能說有些小遺憾」。

他坦言，團隊最初設定了每公斤生菜耗電量10度的目標，而現在已經做到了12.2度電的水平。賽博農人隊在比賽中嘗試的冷源接入模式給了他們很大的啟發，未來可以嘗試這樣的方法繼續降低空調能耗，攻關技術難點。

創意各優

集裝箱爆改「新農田」

在種植階段，各支隊伍不能進入集裝箱，只能通過各種設備反饋的數據遠程觀察作物狀態。如何把賽事舉辦方提供的一個集裝箱「殼子」改裝成「新農田」？如何降本增效？成為各個團隊要越過的又一座「山丘」。

在像苗辰採取「盯」現場製作的方式之前，事實上，集裝箱的設計，亦是一場創新的「較量」。

賽博農人隊在種植架的設計上選擇了傳統的層架式，集裝箱主要由密閉式圍護結構、空調節能系統、立體光照種植系統、智能環控系統、營養液調控系統五大方面組成。但也遇到不少挑戰，據楊浩回憶，在接收集裝箱以前，他們的設計方案是基於標準集裝箱製定的，但實際接收到的卻是非標準集裝箱。這迫使團隊推翻了原有的設計方案，討論更新。由於許多設備需要定製，他們不得不重新規劃設備的位置。

不過，在楊浩看來，賽博農人隊有個奪冠秘籍——既大膽又保守地進行創新。

在節能方面，該團隊大膽採用冷源接入、冷凝水回收等多源節能調控技術，將集裝箱和自然環境設計為一體，在生菜生長明期，當箱外溫度比箱內低10攝氏度以上，或在生菜生長暗期，箱外比箱內低7攝氏度以上，系統就會自動引入外界冷源進行降溫。在決賽階段的11月29日前後，上海迎來一波降溫，該團隊開啟了冷源接入系統，空調日能耗環比前日降低了50%。

用苗辰的話說，「空殼」集裝箱賦予了團隊更多的主觀能動性，能有更多想像力進行改裝。上海農科院團隊的技術亮點便在於，設計了一套高產、低耗的植物工廠方案。一方面，該方案設計了吊掛式可移動栽培架，讓栽培架根據作物生長需要收縮或拓展，將集裝箱的空間利用率提升到了2.34；另一方面則通過大量前期和試種階段的光試驗，找到了適合生菜生長的低能耗光配方。最終，經過50天的線上悉心「照顧」，該團隊實現1680株、總重299.55千克的豐收，產量排名第一。

「爆改集裝箱當中的辛酸苦辣只有自己知道，辛酸雖多，但收穫很大。」國家農業智能裝備工程技術研究中心和北京市農業技術推廣站聯合組建的綠葉先鋒隊隊長魏曉明感慨道，集裝箱改造需要考慮很多因素，如厚壁不能太厚，要保證室內的栽培空間、考慮保溫效果等。

綠葉先鋒隊隊長魏曉明

該團隊的集裝箱在結構和設備方面具有多個創新，比如在生產和實驗的時候會設置有消毒作用的風淋室，從而讓病菌、孢子不容易帶進植物工廠。但集裝箱本身空間有限，為了實現這個目的，綠葉先鋒隊採用了熱風牆，通過熱阻斷的模式實現相同功能。儘管團隊獲得了三等獎，但在團隊看來，獲得的比賽經驗是寶貴的。

「植物與人一樣，對環境有明確感知。任何環境的突變都可能脅迫植物生長，造成不良影響。」同樣獲得三等獎，來自山東的「產業派」代表葉菜俠隊隊長解曉巍如是說。因此，該團隊針對比賽制定了一套植物生長環境線性控制系統，而非開關控制系統。以燈光為例，其他隊伍可能只有開和關兩種控制，而葉菜俠隊有一個0%～100%的燈源控制區間，能根據植物的不同狀態、不同生長階段調節，模擬自然生長環境，讓植物自由生長。

葉菜俠隊隊長解曉巍（右一）與隊員毛欣

AI如何實現智慧種植？

書寫智慧農業的詩和遠方

一粒種子可以改變一個世界，一項技術能夠創造一個奇蹟。在集裝箱這一植物工廠，AI如何發揮作用？

「植物並不會像動物和人一樣去用語言表達，當植物出現脅迫反應的時候，再進行環境控制就已經晚了。」楊浩分享道，基於此心得，賽博農人隊完全從植物的角度出發，以「‘對話’植物，高效生產」為種植理念，構建了完整的生理模型和生長模型，通過密佈的傳感器收集數據，建立了基於植物生理反饋的智能環控系統。該環控系統主要由監測控制層和環控目標優化層兩部分組成，監測控制層通過實時監測植物工廠內部的環境參數以及生菜的生理和生長信息，以及系統的能耗，將監測到的數據發送至環控目標優化層及AI智能決策單元，再通過AI智能決策單元的算法進行優化迭代，得到最適的環境優化值反饋給AI智能的控製器，從而進行反饋調控。

上海農科院團隊在AI應用方面的重點在於構建植物生長模型，依託農科院園藝所的專業知識和植物栽培經驗，利用多環境因子來建立植物，特別是「優雅」生菜的生長模型。「該模型能夠預測植物的產量和主要外觀指標，從而幫助我們預見未來一段時間內植物的生長狀況。」苗辰表示，通過分析生長模型模擬的結果，團隊可以優化後續種植策略，以實現高產、優質和低能耗的種植目標。

在比賽中，葉菜俠團隊和供應商共同合作了一個全新的環境控制系統，該系統能夠把植物種植相關的肥料、光照、輻射、溫度、濕度等完整生長週期的指標進行量化。如此一來，在45天左右的種植階段內，便減少了人為操作。

「我們用AI種菜的核心點，是怎麼樣用AI幫助植物有更好的環境，核心點不是植物本身，而是植物週遭的環境，借此機會實現比較節能的生物管控，也就是在有生物的條件下給它合適的溫濕度。」獲得「最佳節能創意獎」的室墨司源隊隊長熊元科說道。

室墨司源隊隊長熊元科

墨泉隊則在環境控制的精細化方面進行了創新，他們運用強化學習算法進行環境調控，特別是在二氧化碳濃度的精準管理上取得了突破。這種看似「小題大做」的嘗試，實際上為未來更複雜的智能化環境管理奠定了基礎。

墨泉隊隊長秦楚漢

「咱們的比賽以及其他溫室種植的挑戰賽，智能AI種植完全替代人，目前還是很難實現的，可能更重要的是在部分環節，比如通過圖像識別來跟蹤作物的生長狀態，用於環境控制、水肥管理等。」在綠葉先鋒隊隊員孫維拓看來，未來，可在模型算法、控製器和各個設備的穩定性方面繼續探索智慧管控的操作路徑。

「各支隊伍通過自己的鑽研和探索，證明了數字技術和人工智能能夠有效賦能現代農業，智慧農業不僅大有可為，更是未來農業發展的必然選擇。」拚多多高級副總裁、首席發展官朱政亦指出，多多農研科技大賽舉辦四屆以來，從雲南的高原溫室，到上海的植物工廠；從草莓、番茄，到生菜；從傳統種植到AI 種植；從成品集裝箱到自主設計建設，每一次挑戰的升級，都是在數字農業、智慧農業領域進行的努力和嘗試。

新年伊始，這群集裝箱里的「播種者」又踏上了新的征途，他們將跨過新的「山丘」，繼續追逐智慧農業的詩和遠方。

圖片／ 拚多多