生菜听着周杰伦长大，集装箱被新农人“爆改”
作者／ IT时报记者 孙永会
编辑／ 孙妍
冬日暖阳下的崇明岛有一种别样的魅力——宁静的田园风光，随寒风摇曳的芦苇，仿佛诉说着2024年难忘的所见与所闻。
在崇明岛中部的光明花博邨内，同样有一处别样的风景——六个20英尺的集装箱整齐排列在花艺馆，有的醒目地标记着“口袋农场”的字样，有的写着“CyberFarm”。六个集装箱内，种植的是一种名叫“优雅”的生菜。
这是2024光明多多垂直农业挑战赛暨第四届“多多农研科技大赛”的种植现场，在尝试过AI种草莓、番茄等作物后，本届大赛选用绿叶生菜作为比赛作物。大赛共吸引了16支队伍142位国内外青年专家学者报名参与，最终有六支队伍成功晋级决赛。
攻坚期间，决赛队伍在集装箱内创造出光、温、气、水、肥等叶菜生存环境，用科技与创新探索智慧农业的新路径，他们热烈真诚又充满力量。
周杰伦“陪伴”着种菜 集装箱里的人儿在成长
正在中国农业大学读博士五年级的杨浩，是赛博农人队的队长，是所有决赛选手中唯一参加了四届比赛的人，这也是他最后一次参赛。“团队第一届拿了冠军，今年又拿到冠军，我们非常开心，也表明我们的技术得到了专家和评委的认可。”有着冠军梦的他终于如愿了，心里也踏实了。
赛博农人队队长杨浩
赛博农人队来自中国农业大学农业农村部设施农业工程重点实验室，团队成员均就读于农业生物环境与能源工程专业。对于杨浩来说，参赛的这四年，是越过自我突破这座“山丘”的一段岁月。在第一届比赛中，他作为队员参与，主要负责数据采集、图像采集和文本总结等工作；在第二届和第三届的比赛中，他作为主要参赛队员，尽管承担着副队长的工作，肩上的胆子也不大。
2024年，杨浩当起了队长，带队参赛、协调工作，压力、责任和困扰一下就变多了。习惯了一个人做学术研究的他，从最初分配任务开始，就有不少纠结的时刻。“我对每个人的长处心知肚明、分工也很明确，但总会有不少担心，大家能不能真心接受安排。”
参加了这次比赛，杨浩颇有感触，一方面，成长在于某个瞬间的突然长大，自己从以往的知足乐观变得更加成熟冷静。另一方面，他深知，要做好植物工厂，必须先学会种菜，“我们的专业是工农交叉学科，并不是说完全学农的人或完全学工的人就一定会把这个事情做好，要做好一件事是需要大家一起合作的。”
冠军争夺仅在毫厘之间，获得二等奖的上海农科院团队队长苗辰依稀还记得自己在集装箱改造期间，连续两个月从上海跑到无锡“盯”工程的画面，以及试种期间的孤单与收获。
上海农科院团队队长苗辰
因为担心在集装箱改造阶段出现突发状况，或是不到位的安装影响后期设备运作，苗辰每周一都从上海赶去无锡，白天在现场盯着施工，直到周五返回。每个单程都需要两小时，在江南的盛夏，他如此反复坚持了大约两个月。箱子造好的那天，苗辰也是从无锡开车跟着，一路直奔崇明。
后续，为了了解“优雅”生菜在不同光源和光照时长下的生长反应，在试种阶段，上海农科院团队设置了10个对照处理。苗辰每次都需要采摘一个对照处理的5株菜，对株高、株幅、鲜重、叶片数、叶面积等五个指标进行测量、记录、拍照。前期隔天做一次，到了生菜快速生长期，他就要每天做一次，一次大约6小时。
“一个人太孤单就听音乐，我都是关上集装箱的门开公放，那些菜都跟我一起听过周杰伦、梦龙乐队和酷玩乐队了。”他笑着讲述，有次工作到比较晚，保安前来检查、锁门。“开门真吓一跳，看到我还在，连忙问：‘哟，还在呢’？”
谈及此次以微弱劣势失去蝉联冠军的机会，苗辰如是形容：“最能体现体育精神的就是跳高比赛，即使是冠军选手也会选择自己达不到的高度去挑战，最后一跳注定失败。求其上而得其中，这不能算是失败，只能说有些小遗憾”。
他坦言，团队最初设定了每公斤生菜耗电量10度的目标，而现在已经做到了12.2度电的水平。赛博农人队在比赛中尝试的冷源接入模式给了他们很大的启发，未来可以尝试这样的方法继续降低空调能耗，攻关技术难点。
创意各优 集装箱爆改“新农田”
在种植阶段，各支队伍不能进入集装箱，只能通过各种设备反馈的数据远程观察作物状态。如何把赛事举办方提供的一个集装箱“壳子”改装成“新农田”？如何降本增效？成为各个团队要越过的又一座“山丘”。
在像苗辰采取“盯”现场制作的方式之前，事实上，集装箱的设计，亦是一场创新的“较量”。
赛博农人队在种植架的设计上选择了传统的层架式，集装箱主要由密闭式围护结构、空调节能系统、立体光照种植系统、智能环控系统、营养液调控系统五大方面组成。但也遇到不少挑战，据杨浩回忆，在接收集装箱以前，他们的设计方案是基于标准集装箱制定的，但实际接收到的却是非标准集装箱。这迫使团队推翻了原有的设计方案，讨论更新。由于许多设备需要定制，他们不得不重新规划设备的位置。
不过，在杨浩看来，赛博农人队有个夺冠秘籍——既大胆又保守地进行创新。
在节能方面，该团队大胆采用冷源接入、冷凝水回收等多源节能调控技术，将集装箱和自然环境设计为一体，在生菜生长明期，当箱外温度比箱内低10摄氏度以上，或在生菜生长暗期，箱外比箱内低7摄氏度以上，系统就会自动引入外界冷源进行降温。在决赛阶段的11月29日前后，上海迎来一波降温，该团队开启了冷源接入系统，空调日能耗环比前日降低了50%。
用苗辰的话说，“空壳”集装箱赋予了团队更多的主观能动性，能有更多想象力进行改装。上海农科院团队的技术亮点便在于，设计了一套高产、低耗的植物工厂方案。一方面，该方案设计了吊挂式可移动栽培架，让栽培架根据作物生长需要收缩或拓展，将集装箱的空间利用率提升到了2.34；另一方面则通过大量前期和试种阶段的光试验，找到了适合生菜生长的低能耗光配方。最终，经过50天的线上悉心“照顾”，该团队实现1680株、总重299.55千克的丰收，产量排名第一。
“爆改集装箱当中的辛酸苦辣只有自己知道，辛酸虽多，但收获很大。”国家农业智能装备工程技术研究中心和北京市农业技术推广站联合组建的绿叶先锋队队长魏晓明感慨道，集装箱改造需要考虑很多因素，如厚壁不能太厚，要保证室内的栽培空间、考虑保温效果等。
绿叶先锋队队长魏晓明
该团队的集装箱在结构和设备方面具有多个创新，比如在生产和实验的时候会设置有消毒作用的风淋室，从而让病菌、孢子不容易带进植物工厂。但集装箱本身空间有限，为了实现这个目的，绿叶先锋队采用了热风墙，通过热阻断的模式实现相同功能。尽管团队获得了三等奖，但在团队看来，获得的比赛经验是宝贵的。
“植物与人一样，对环境有明确感知。任何环境的突变都可能胁迫植物生长，造成不良影响。”同样获得三等奖，来自山东的“产业派”代表叶菜侠队队长解晓巍如是说。因此，该团队针对比赛制定了一套植物生长环境线性控制系统，而非开关控制系统。以灯光为例，其他队伍可能只有开和关两种控制，而叶菜侠队有一个0%～100%的灯源控制区间，能根据植物的不同状态、不同生长阶段调节，模拟自然生长环境，让植物自由生长。
叶菜侠队队长解晓巍（右一）与队员毛欣
AI如何实现智慧种植？ 书写智慧农业的诗和远方
一粒种子可以改变一个世界，一项技术能够创造一个奇迹。在集装箱这一植物工厂，AI如何发挥作用？
“植物并不会像动物和人一样去用语言表达，当植物出现胁迫反应的时候，再进行环境控制就已经晚了。”杨浩分享道，基于此心得，赛博农人队完全从植物的角度出发，以“‘对话’植物，高效生产”为种植理念，构建了完整的生理模型和生长模型，通过密布的传感器收集数据，建立了基于植物生理反馈的智能环控系统。该环控系统主要由监测控制层和环控目标优化层两部分组成，监测控制层通过实时监测植物工厂内部的环境参数以及生菜的生理和生长信息，以及系统的能耗，将监测到的数据发送至环控目标优化层及AI智能决策单元，再通过AI智能决策单元的算法进行优化迭代，得到最适的环境优化值反馈给AI智能的控制器，从而进行反馈调控。
上海农科院团队在AI应用方面的重点在于构建植物生长模型，依托农科院园艺所的专业知识和植物栽培经验，利用多环境因子来建立植物，特别是“优雅”生菜的生长模型。“该模型能够预测植物的产量和主要外观指标，从而帮助我们预见未来一段时间内植物的生长状况。”苗辰表示，通过分析生长模型模拟的结果，团队可以优化后续种植策略，以实现高产、优质和低能耗的种植目标。
在比赛中，叶菜侠团队和供应商共同合作了一个全新的环境控制系统，该系统能够把植物种植相关的肥料、光照、辐射、温度、湿度等完整生长周期的指标进行量化。如此一来，在45天左右的种植阶段内，便减少了人为操作。
“我们用AI种菜的核心点，是怎么样用AI帮助植物有更好的环境，核心点不是植物本身，而是植物周遭的环境，借此机会实现比较节能的生物管控，也就是在有生物的条件下给它合适的温湿度。”获得“最佳节能创意奖”的室墨司源队队长熊元科说道。
室墨司源队队长熊元科
墨泉队则在环境控制的精细化方面进行了创新，他们运用强化学习算法进行环境调控，特别是在二氧化碳浓度的精准管理上取得了突破。这种看似“小题大做”的尝试，实际上为未来更复杂的智能化环境管理奠定了基础。
墨泉队队长秦楚汉
“咱们的比赛以及其他温室种植的挑战赛，智能AI种植完全替代人，目前还是很难实现的，可能更重要的是在部分环节，比如通过图像识别来跟踪作物的生长状态，用于环境控制、水肥管理等。”在绿叶先锋队队员孙维拓看来，未来，可在模型算法、控制器和各个设备的稳定性方面继续探索智慧管控的操作路径。
“各支队伍通过自己的钻研和探索，证明了数字技术和人工智能能够有效赋能现代农业，智慧农业不仅大有可为，更是未来农业发展的必然选择。”拼多多高级副总裁、首席发展官朱政亦指出，多多农研科技大赛举办四届以来，从云南的高原温室，到上海的植物工厂；从草莓、番茄，到生菜；从传统种植到AI 种植；从成品集装箱到自主设计建设，每一次挑战的升级，都是在数字农业、智慧农业领域进行的努力和尝试。
新年伊始，这群集装箱里的“播种者”又踏上了新的征途，他们将跨过新的“山丘”，继续追逐智慧农业的诗和远方。
