當(dāng)番茄撞上人工智能，究竟會發(fā)生什么奇妙的化學(xué)反應(yīng)？

文 | 張展

編 | 石燦

或許在每一個人的青年時代，有個問題總會時不時地冒出來：自己到底要成為一個什么樣的人？

2014年，24歲的祝清震想清楚了這個問題：他決定離開車輛工程行業(yè)，轉(zhuǎn)而投身農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域。

2013年，剛從車輛工程專業(yè)畢業(yè)的他入職了一家拖拉機制造公司的研究院。在這份工作中，祝清震第一次接觸到拖拉機及農(nóng)業(yè)機具的研發(fā)工作，也了解到了我國農(nóng)業(yè)裝備發(fā)展落后的現(xiàn)狀。從小在農(nóng)村長大、見慣了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植的他猛然意識到：原來農(nóng)業(yè)還可以這樣干？

一種責(zé)任感油然而生?！拔译m然走出了那個生我養(yǎng)我的小鄉(xiāng)村，但是想努力去改變家鄉(xiāng)的那種落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式?！弊Ｇ逭鹫f。

2014年，決定以農(nóng)為業(yè)的祝清震考取了西北農(nóng)林科技大學(xué)的博士，開始從事精準農(nóng)業(yè)相關(guān)的科研工作。如今8年過去，祝清震已從一名農(nóng)業(yè)研究新手走上了教學(xué)崗位，目前他正在江蘇大學(xué)從事農(nóng)業(yè)工程相關(guān)的教學(xué)和科研工作。

光陰輾轉(zhuǎn)，身份更迭，但祝清震自走上農(nóng)業(yè)之路后，心中的一個核心困擾始終未變——如何用前沿科技賦能傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。正因此，當(dāng)看到拼多多舉辦的“多多農(nóng)研科技大賽”時，他立馬激動起來，因為這正是他想要探索和深耕的領(lǐng)域。

2021年8月，第二屆“多多農(nóng)研科技大賽”正式啟動，祝清震依托原先在北京的科研項目合作關(guān)聯(lián)，組建起了一支名叫“農(nóng)圣大腦Horti-AI”的隊伍（以下簡稱為“農(nóng)圣大腦隊”）并報名參賽；現(xiàn)在這個團隊正作為四支決賽隊伍之一，在云南昆明進行最后的角逐。

位于云南昆明的"多多農(nóng)研科技大賽"賽事基地 | 莫斯提攝

藍天白云下，鮮紅欲滴的番茄正在溫室大棚中縱情生長，它們正見證著一個故事——一群年輕人如何通過努力讓農(nóng)業(yè)同樣擁有未來。這個故事并不僅關(guān)乎昆明大棚里的那些番茄，還關(guān)乎一個產(chǎn)業(yè)的榮辱興衰，以及所有中國人的日常生活。

彌補一個遺憾

事實上，祝清震從第一屆“多多農(nóng)研科技大賽”舉辦時就開始關(guān)注這一賽事。2020年，拼多多舉辦了第一屆農(nóng)研大賽，全球頂尖的青年數(shù)字農(nóng)業(yè)科研團隊都參與其中。但可惜的是，第一屆大賽的命題是用人工智能技術(shù)進行草莓種植，祝清震團隊中并沒有草莓種植方面的相關(guān)專家，無奈只好作罷。

第二屆“多多農(nóng)研科技大賽”的命題是“利用多元化人工智能相關(guān)技術(shù)，用綠色可持續(xù)的方式挑戰(zhàn)種出高品質(zhì)、高產(chǎn)量的番茄，并且驗證商業(yè)化可行性”，這與祝清震團隊擁有豐富番茄種植的優(yōu)勢相匹配。因此，祝清震召開了緊急項目組會議，組隊參與了這場比賽。

“農(nóng)圣大腦隊”一共有9名成員，其中有3名博士和6名碩士。他們均具備豐富的農(nóng)業(yè)科技相關(guān)經(jīng)驗：

祝清震博士和徐丹博士主要從事最優(yōu)控制系統(tǒng)開發(fā)的工作，長期致力于溫室智慧化建設(shè)；孔建磊博士主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境信息監(jiān)測、人工智能復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真等研究；肖麗娟長期從事番茄種植及示范工作，熟悉設(shè)施環(huán)境中番茄的栽培技術(shù)及連棟溫室等主流溫室控制平臺；牛曼麗主要從事農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、農(nóng)業(yè)模型及信息處理方面的研究……

“農(nóng)圣大腦隊”成員結(jié)構(gòu)（不完全列表） | 圖源賽事方

祝清震表示，番茄智慧化種植是一個復(fù)雜系統(tǒng)的工程，涉及較多學(xué)科交叉，所以團隊不僅需要包含種植管理專家，而且需要人工智能技術(shù)、智慧化溫室管控系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)的人員。最終團隊的架構(gòu)符合預(yù)期的能力組合：按照專長和分工，“農(nóng)圣大腦隊”分為三個小組，包括控制系統(tǒng)組、人工智能組和番茄種植組，分別由祝清震、孔建磊和肖麗娟擔(dān)任小組牽頭人。

祝清震師從中國工程院院士、農(nóng)業(yè)信息化專家趙春江。為了培養(yǎng)更多的農(nóng)業(yè)工程方面的人才，博士畢業(yè)后，他毅然選擇暫時離開導(dǎo)師前往江蘇大學(xué)任教。除了在江蘇大學(xué)講授《農(nóng)業(yè)裝備智能化技術(shù)》、《精準農(nóng)業(yè)》等課程外，祝清震目前還承擔(dān)了多項國家級科研項目。

正在辦公的祝清震博士 | 圖源“江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院”官方公眾號

人工智能組的組長孔建磊2016年從北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院博士畢業(yè)。結(jié)合學(xué)院的學(xué)術(shù)優(yōu)勢以及個人興趣，孔建磊的博士論文選題為“人工林環(huán)境采育目標數(shù)據(jù)處理及分類方法研究”——這個傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與現(xiàn)代人工智能技術(shù)交叉的前沿議題，似乎為幾年后他參加第二屆“多多農(nóng)研科技大賽”埋下了伏筆。

草莓種植組組長肖麗娟的本職工作是一家農(nóng)業(yè)公司果蔬生產(chǎn)基地的負責(zé)人。在新冠疫情發(fā)生的第一個春節(jié)，她主動承擔(dān)起基地大部分生產(chǎn)種植管理任務(wù)。肖麗娟每天天剛亮就到達果蔬生產(chǎn)現(xiàn)場對82個大棚巡查一次，每天放完最后一個保溫被后才回家，以致她3歲的兒子問她：“媽媽，為什么別的小朋友都有媽媽陪著過年，而我的媽媽卻總是這么忙？”

肖麗娟正在給生產(chǎn)基地員工測體溫 | 圖源“天津農(nóng)墾渤海農(nóng)業(yè)集團有限公司”官方公眾號

就是這樣一支團隊，他們因共同懷抱對農(nóng)業(yè)科技的熱忱而走到一起。受疫情影響，“農(nóng)圣大腦隊”的所有成員定期在每周五晚上開展線上視頻會議，并形成相關(guān)會議紀要，另外每個小組都建了微信群，有問題及時溝通，以解決各種突發(fā)問題。

穩(wěn)扎穩(wěn)打、通力合作，“農(nóng)圣大腦隊”順利通過選拔和預(yù)賽，成功躋身決賽。

給出一套方案

除了規(guī)定的農(nóng)作物品種發(fā)生改變，相較第一屆農(nóng)研大賽，第二屆農(nóng)研大賽還有一個關(guān)鍵的變化——從求“多”，轉(zhuǎn)向既求“多”、也求“好”。首屆比賽中，青年科學(xué)家們利用作物生長模型、卷積算法等AI技術(shù)提升產(chǎn)量。而在第二屆比賽中，選手們則需要利用傳感器、光譜、算法模型等，探索種植出更高產(chǎn)量、更高品質(zhì)的農(nóng)作物。

大賽為進入決賽的4支隊伍分別提供一個獨立溫室及對應(yīng)的環(huán)境控制應(yīng)用接口，隊伍可以遠程調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的水肥、光照、二氧化碳等生長環(huán)境要素實現(xiàn)無人種植，最終成果由專家團隊和第三方實驗室進行測定、評出獲獎隊伍。本屆大賽總獎金池超過100萬元人民幣，將全部用于支持優(yōu)勝參賽團隊。

為了利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)“又多又好”的目標，通過討論，“農(nóng)圣大腦隊”確定了解決方法：采用知識譜圖技術(shù)，將種植者經(jīng)驗、歷史數(shù)據(jù)和草莓圖像識別數(shù)據(jù)標準化，建立標準化的番茄種植知識結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合番茄種植水肥模型和溫室氣候模型建立番茄智慧種植決策方法。

“農(nóng)圣大腦隊”綜合解決方案 | 圖源賽事方

為了讓這個系統(tǒng)能環(huán)環(huán)相扣、高效運作，“農(nóng)圣大腦隊”需要夯實各個環(huán)節(jié)的能力：

利用知識圖譜將種植經(jīng)驗知識化，即用圖的方式直觀表現(xiàn)番茄種植知識之間的關(guān)聯(lián)；

用機器視覺識別為精準決策提供依據(jù)，即借助相機進行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測，實時監(jiān)控作物的生育期、需水情況、果實和花朵情況，從而進行精準的溫室控制；

采用可視化溫室集群智慧管控云服務(wù)系統(tǒng)，實時遠程獲取溫室大棚內(nèi)部的空氣溫濕度、光照強度及視頻圖像，自動控制相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)番茄種植托管的理念，從而保證溫室大棚環(huán)境最適宜作物生長……

“農(nóng)圣大腦隊”可視化溫室集群智慧管控云服務(wù)系統(tǒng) | 圖源賽事方

之所以祝清震想要參加大賽，除了在能力和興趣上的匹配外，他還有一個愿望：目前，院校和研究機構(gòu)有著很多的資源，但沒有將它們商業(yè)化的渠道，他想借助這次大賽了解他們技術(shù)方案的可行性，看能否為中國的農(nóng)業(yè)發(fā)展提供幫助。

中國信息通信研究院和中國人民大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的《中國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展研究報告》指出，當(dāng)前中國智慧農(nóng)業(yè)在發(fā)展過程中遇到的一個重要約束是“產(chǎn)學(xué)研”轉(zhuǎn)化機制的不健全。該《報告》指出，目前一些智慧農(nóng)業(yè)研究脫離了實際生產(chǎn)的需要，沒有充分考慮農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的可接受性和現(xiàn)實需求，研究成果僅停留在實驗室中，既沒有完成理論與應(yīng)用的銜接，也缺乏應(yīng)有的市場化推廣。

“農(nóng)圣大腦隊”試圖盡可能擺脫這一問題——在“量大質(zhì)優(yōu)”的追求之外，他們正探索方案商業(yè)化的可能性。

“農(nóng)圣大腦隊”所設(shè)計的商業(yè)模式中主要涉及四大經(jīng)濟利益主體：零部件廠商、技術(shù)依托機構(gòu)、技術(shù)轉(zhuǎn)化團隊和目標客戶群體。簡單來說，即依托相關(guān)機構(gòu)的技術(shù)支持和上游零部件廠商的硬件支持，由技術(shù)轉(zhuǎn)化團隊完成方案對下游客戶的賦能。

實現(xiàn)一個理想

直到本科畢業(yè)，祝清震從來沒有考慮過從事農(nóng)業(yè)技術(shù)研究工作。和很多農(nóng)村孩子一樣，他從小就被教育要好好學(xué)習(xí)、走出這個祖祖輩輩生活的小鄉(xiāng)村，而這正是他一直好好學(xué)習(xí)的動力。

但被土地哺育的孩子對泥土總是抱有某種親近感，這種親近感總會在某些時刻浮現(xiàn)，并隨著長大逐漸蛻變成一份責(zé)任感，或者說一種試圖改變落后現(xiàn)狀的持久熱情。

可是并不是所有人都能理解這種熱情。祝清震表示，當(dāng)他的家人和朋友知道他在從事農(nóng)業(yè)專業(yè)相關(guān)的工作時，他們是完全不理解的?！八麄儠f，小祝這個孩子，經(jīng)過這么多年的努力和學(xué)習(xí)，好不容易離開了農(nóng)村，為啥還要務(wù)農(nóng)?！弊Ｇ逭鹫f。他認為，農(nóng)業(yè)在很多人心中還是落后的代名詞，甚至有人覺得沒有必要研究農(nóng)業(yè)，這是絕對的誤解。

《中國智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展研究報告》指出，發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)的一大貢獻是以數(shù)字化方式促進農(nóng)業(yè)綠色生產(chǎn)。祝清震介紹，我國在“十三五”期間公布了一批重點研發(fā)科技專項，以鼓勵和引導(dǎo)科研工作者去從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)的化肥農(nóng)藥過量施用問題，從而達到減少化肥和農(nóng)藥使用量、以及增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的目的。

化肥農(nóng)藥過量施用的問題對于中國是嚴峻的。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在《到2020年化肥使用量零增長行動方案》中顯示，中國農(nóng)作物化肥施用量偏高，畝均化肥用量達21.9公斤，遠高于世界平均水平的每畝8公斤，是美國畝均化肥用量的2.6倍、歐盟畝均化肥用量的2.5倍。這不僅造成了生產(chǎn)資料的浪費，也引致了大量氮氧化物溫室氣體排放，不利于實現(xiàn)“碳中和”的目標。

除此之外，農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展還有利于緩解農(nóng)村勞動力老齡化的困境，以及進一步保障國家糧食安全。國務(wù)院新聞辦公室發(fā)布的《中國的糧食安全》白皮書指出，為了進一步確保國家糧食安全，中國需要進一步提高糧食生產(chǎn)能力，增強農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新能力，依靠科技手段和農(nóng)藝農(nóng)技應(yīng)用，增加糧食供給，提升糧食品質(zhì)，而這正與“多多農(nóng)研科技大賽”提出的“又多又好”的目標相匹配。

首屆“多多農(nóng)研科技大賽”已經(jīng)充分驗證了農(nóng)業(yè)科技的力量：AI組的草莓產(chǎn)量均值高于傳統(tǒng)農(nóng)人組均值196%，平均投入產(chǎn)出比也比傳統(tǒng)農(nóng)人團隊高出75.5%。

盡管這些數(shù)據(jù)是農(nóng)業(yè)科技最有力的證明，但是普通農(nóng)民可能難以理解這些數(shù)字背后的含義。祝清震坦言，雖然他希望能夠消除周圍人對農(nóng)業(yè)技術(shù)的偏見，但這可能需要很長時間。

“我相信終有一天，我們身邊的每個人都能以平常心看待年輕人從事農(nóng)業(yè)科技這件事。我也相信，終有一天，我們中國的農(nóng)業(yè)技術(shù)能夠領(lǐng)先于世界?！弊Ｇ逭鹫f。

成就一代青年

像祝清震這樣投身農(nóng)業(yè)科技的年輕人其實有很多。據(jù)賽事方介紹，“多多農(nóng)研科技大賽”開辦至今，八成參賽者為90后。

祝清震表示：“我認為像我們這樣的年輕人，非常有必要去從事農(nóng)業(yè)相關(guān)工作，因為農(nóng)業(yè)技術(shù)和相關(guān)工作是維護我國糧食安全、真正解決我們國家人民吃得上飯和吃好飯的重要保證?！?/p>

“多多農(nóng)研科技大賽”參賽者 | 圖源賽事方

回到開頭提出的那個問題，或許每個人都會經(jīng)歷一段迷茫的時光，我們會不斷反問自己：到底要成為一個什么樣的人。一代“新農(nóng)人”刺透迷茫，給出了自己的答案——投身農(nóng)業(yè)科技。

祝清震說，當(dāng)看到自己辛苦開發(fā)的智能化控制系統(tǒng)得到農(nóng)民朋友的認可、真切解決農(nóng)民實際問題的時候，他都會感到莫大的價值感?？捉ɡ谝苍f，不管遇到什么焦慮的問題，都需要充滿自信地繼續(xù)說出夢想，不怕嘲諷和失敗，用積極的行動去挑戰(zhàn)夢想。

面對這群年輕人的赤誠愿望，“多多農(nóng)研科技大賽”給了他們一個檢驗成果和展示自我的機會。賽事的持續(xù)舉辦，不僅助推了技術(shù)上的落地生根，還能帶動更多年輕人關(guān)注和投身其中。

如今，云南大棚里的番茄還在生長。有朝一日，等團隊的研究成果與種子一同播撒在中華大地之時，農(nóng)民會笑，他們也會笑。