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| 本文作者： 王薇 | 2024-09-29 11:01 |
从前靠天吃饭，现在知天而作，未来智慧务农。
一、AI种植、40万元总预算 本届比赛亮点多多
2024年9月20日，2024年光明多多垂直农业挑战赛暨第四届“多多农研科技大赛”正式启动。
在启动仪式上，上海市农业农村委员会党组成员、副主任、上海市乡村振兴局副局长夏明林先生表示：“ 近年来，拼多多作为上海本土电商平台，在带动全国农产品销售、助力乡村振兴的同时，持续投入资源，推动农业数字化转型发展和科技普惠。”
拼多多从2020年起举办“多多农研科技大赛”，迄今已连续主办四届。该赛事作为农业科技创新平台，一直围绕设施农业展开攻坚克难。前两届在云南高原温室的环境下，比拼AI种草莓、樱桃番茄；自第三届起，“赛场”升级为集装箱植物工厂。
本次大赛聚焦AI种植。除了保留植物工厂的种植运营比拼，还把集装箱植物工厂设计建造纳入比赛内容。把主动权交给各团队，从而探索植物工厂的更多可能，这对都市农业创新发展来说是一次非常有益的探索和尝试。
此次赛事共有16支队伍、来自全球142位优秀青年专家学者参与，覆盖农艺、软、硬件工程、算法工程、商业推广等众多行业领域。
通过线上路演、专业答辩等比拼，最终有6支参赛团队闯入决赛，分别是赛博农人队（Cyberfarmer）、上海农科院植物工厂队、墨泉队（MARY）、叶菜侠队（Leafyman）、绿叶先锋队和室墨司源队。
其中既有往届“多多农研科技大赛”的获奖团队，也有首次参赛，但拥有丰富种植实战经验的新面孔。
如何把一只 20 尺的集装箱改造成高产、低耗、质优且成本低的植物工厂呢？这是本届光明多多垂直农业挑战赛与往届相比，最具想象力的部分之一。
此次比赛的挑战性较高。根据规则，要求参赛团队在硬件设备、软件系统、自动化系统以及安装运输费用，总计不超过 40 万元人民币的情况下，通过集装箱改造和生菜种植这两大任务的比拼，从而决出最终的胜负。
因此，本次比赛的核心之一，是集装箱改装设计方案与建设成本如何平衡。这是不小的挑战。
目前，经过40多天的施工，改装完毕的6只集装箱植物工厂在9月初被送至决赛场地——上海崇明光明花博邨的花艺馆，接受评委打分。
此次比赛所种植的生菜品种“优雅”，株型美观、口感脆甜，长势强、产量高，在日本植物工厂中较为常见。目前，优雅生菜在国内有两大主要应用场景：汉堡配菜、火锅涮菜，市场较为前景广阔。
室墨司源队去年就参加过多多农研科技大赛，今年为了迎合大赛种植新品种散叶生菜“优雅”的主题，他们改了新名字，寓意通过灵活调动不同的能量来源去让室内长出墨绿色的生菜。
室墨司源队以上海交通大学师生为核心成员，该队伍具有浓厚的工科背景，在能耗智能管控方面具有突出优势。据熊队长介绍，此次团队里新加入了一些学建筑以及AI相关的本硕博同学，能提供更多方案方面的思路。
从行业来看，目前世界各国对集装箱式植物工厂的构造设计并未形成统一范式，较为主流的构造形式包括日本的层架式、新加坡和加拿大的旋转式、美国的垂直式等，各有优势。其中，日本层架式栽培架的应用较为广泛。
因此，室墨司源队便在日本层架式栽培架的基础上进行创新——让栽培架移动起来。该团队引入动态导轨结构，在空间不变的情况下，栽培架从常规的两排变为三排，种植面积可以提升130%。
"本次大赛聚焦AI种植，探索自主设计和建设集装箱植物工厂，既促进了国内外人工智能领域与农业领域跨界合作的生动实践，又实现了学术界、科技界和产业界紧密协同的机制创新，必将进一步推动智能植物工厂的快速发展。"浙江大学党委常委、统战部部长叶恭银表示。
对于企业而言，更关注的是如何将项目落地、推广，让农业前沿技术成果给更多人带去便利。
正如上海花卉园艺(集团)有限公司光明花博邨总经理袁伟所言：“其实我们会更关心农业的创新成果到底离市场有多远，离产业化距离有多远。”
所以说，今年的比赛，不仅是一场技术创新竞赛，也是一场科技农业的创业大赛。
二、学院派和产业派精彩交锋
此次比赛的另一大亮点是学院派和产业派的交锋。
与室墨司源队一样，同为“学院派”的阵营也有老对手，中国农业大学的赛博农人队（CyberFarmer）。两支队伍分别在工学和农学领域颇有建树，多次闯入决赛。而绿叶先锋队全员博士，屡次获得国内外温室控制研究大奖，是本届大赛人均学历最高的团队；上海农科院队是上届大赛一等奖和最高产量奖获得者，有丰富的集装箱内植物工厂高产、优质蔬菜栽培经验。
学院派给比赛带来了先进的理念。而植物工厂产业化过程中有诸多难点，此次比赛吸引了多个“产业派”代表，例如墨泉队与叶菜侠队，它们为比赛带来了不少新创新。
“你能想象一颗生菜也会像舞蹈音乐那般具有艺术表现力吗？”叶菜侠的队长解晓巍分享了比赛中的故事。
“跨界组团”的叶菜侠队来自“中国蔬菜之乡”寿光所在的山东潍坊，成员普遍出生于1990年以后。不同于其它参赛团队在学术和研究领域亮眼的成绩，叶菜侠队基本没有农学相关教育经历，是一支在实践中成长起来的队伍。
从小学习音乐的解晓巍，按照正常的人生轨迹，第一份工作从事了音乐教育相关的工作。然而，在这个过程中，他并没有感受到太多的成就感。一次很偶然的机会，他跳槽到了一家业内的农业龙头企业。在那里，老板并没有因为解晓巍不是农学专业、不懂种菜而忽视他，反而给予了解晓巍足够的空间去主持工作。
慢慢地，解晓巍开始意识到，种菜原来也是一件十分有趣且有意义的事情。
当寿光将蔬菜种子放到宇宙飞船去太空遨游后，寿光就成为了“宇宙寿光”，全国最大蔬菜生产和批发市场的名号愈发响亮。而这，也给解晓巍创业提供了契机。就这样，天时地利人和，一群虽然有着不同的非农学背景但却有着同样梦想的年轻人聚在了一起。
2020年，队长解晓巍创立了叶菜侠（山东）农业科技有限公司，专注绿叶菜生产技术研究和智能装备制造，将种菜这件事推到NextLevel。
解晓巍表示：“我从未因为不是本专业而感到不自信。相反，我觉得作为一个外行人，能够跳出这个圈子固有的思维模式去考虑问题。在实践过程中完善专业团队、积累经验是一个循序渐进的过程。专业的事交给专业的人去做，我可以不是科学家，也不是博士生，但我自创业以来始终围绕着客户角度去想问题和解决问题。”
和进入决赛的其他选手相比，叶菜侠队多年的实践经验也使得他们制定了更高的商业化目标，即提供一套完整的植物工厂解决方案，并且希望比赛成果以产品形式直接交付。
“叶菜侠作为一个刚成立不久的公司，有经验是好事，但如果理论结合实践的能力不够强，就可能会出问题、走弯路。植物工厂是一个全新的技术升级，从温室水培菜作坊到高产高质的植物工厂，它们本质不同，更讲究协同合作。在这一点上，我们去叶菜侠公司参观时观察到，他们是具备这方面平衡点的。”中国农业大学水利与土木工程学院教授、大赛评委之一贺冬仙评价道。
“农业也是一种艺术，所追求的也是一种平衡性。1万平方米的地方可以同时承载大大小小几乎一样的几十万棵菜，这本身就很有趣。”解晓巍补充道。
解晓巍的故事，只是众多掌握“新农具”的新农人的一个小小缩影。而这些新农人正逐步成为推进农业现代化的主体力量。
三、跨学科交融，六个队伍各显神通
本次决赛六支参赛队伍的比拼非常激烈。
植物工厂，是用人工智能、云计算、大数据、物联网等技术控制设施内温度、湿度、光照、CO(2)浓度和营养液配比等，让植物不受自然气候影响生长的环境。
本次比赛中，在 LED 管控技术、能源管控技术、环境综合调控技术、生长调控和品质调控方面，六个队伍依托不同的专业背景，各展所长。此次比赛全面体现了工学、农学乃至商学的学科交叉与跨界融合。
“在读博士之前，自己原本打算选择的研究方向就是植物工厂。在去年参加完比赛后，这种想法变得更加坚定了。因为通过整体实践下来，我发现植物工厂在一些地方可以更加节能、更加高效。如何将工科和农科相交融，从而更好地助力农业，这里面还有很多值得探索的地方。植物工厂的想象空间很广。”室墨司源队队长熊元科表示。
工科背景出身的赛博农人队（CyberFarmer）队长杨浩，他是所有决赛选手中唯一的“四朝元老”，与大赛一起成长。
首届多多农研科技大赛中，赛博农人队在四个月时间里构建的AI种植管理系统实现了智能化、数字化种草莓，也论证了在农业种植领域机器能在一定程度上战胜人，AI组的草莓产量平均值高于传统农人组平均值196.32%。
而这次赛博农人队继续通过监测集装箱内二氧化碳与水的消耗量判断整个环境是否适合植物生长，同时借助机器视觉辅助判断植株是否健康，并据此进行环境调控。
并且，作为上届“最佳节能奖”的获得者，赛博农人队为了继续保持这一优势，以实现高产、质优、降本的目标，采用了能耗更低的水冷一体空调，并将空调内嵌于集装箱壁，同时接入外界冷源系统。当室外温度低于室内 5 度及以上时，系统将自动引入外界冷源进行降温，从而减少空调负荷，降低能耗。
植物不同于人和动物，渴了、饿了、冷了、热了会发声。为了第一时间发现植物的异常生理现象，赛博农人队还提出“对话植物”概念，即监测植物二氧化碳供给量、集装箱气体渗透率，从而核算植物吸收量，判断其健康度。
有关提高光能利用率方面，叶菜侠队采用市面上顶级的照明灯——德国欧司朗灯光。这种灯光的功效更高、热量更低，空间环境一致性效果更好，叶菜侠队是本次比赛唯一一支给集装箱种植单元安装“门帘”的团队，用以提高光能利用效率。
不同于其他队伍在日本层架式栽培架的基础上的优化，墨泉队作为本届大赛“国际化团队”的代表，独立设计了一款旋转式种植架，让所有种植槽在传输链条的带动下，在垂直方向呈W型缓慢移动，形成一个大回环，每15分钟转一圈。
据雷峰网(公众号：雷峰网)了解，他们绝大多数成员拥有海外留学和就业经历，队长秦楚汉曾获加大拿国家科技青年领袖（五位华裔之一），联合创始人巴克·杨（BuckYoung）是加拿大最大组培克隆公司CannTx生命科学创始人、曾参与加拿大国家经济作物政策制定。
出色的创始团队，也使得他们在商业化方面已经小有成就。与国药药材、亳州中医药集团等企业在中药材种植上均有合作。
在旋转的动态环境，生菜不仅可以共享一套光照、灌溉系统，还能避免局部温度过高，降低整体散热能耗和成本；其次，每个种植槽均会旋转至管理人员面前，可节省走廊空间，增加栽培空间；此外，种植槽在移动过程中会产生小幅抖动，对刺激植物生长和营养吸收也有重要作用。
不仅如此，操作时，团队抛弃了传统PLC式系统，使用一台平板电脑+App模式，让技术人员可远程调用摄像头查看种植情况，技术人员可不入植物工厂随时调节环境参数。真正实现了“一屏而作”。
而上届大赛一等奖及最高产量奖获得者上海农科院团队同样也实现了远程控制。比赛期间可以在云端等控制现场环境并分析产量。集装箱有摄像头采集数据，如工厂中 AGV 采集图片数据上传云端，附带生长状态，关注参数数据，以此通过数据控制种植环境。
在AI智能方面，绿叶先锋队更是拿出了杀手锏“大模型+小模型”。作为本届大赛人均学历最高团队，该队汇聚了11位跨学科领域博士专家，在农业前沿科技探索上拥有更丰富的科研成果。
具体而言，他们采用大模型+小模型AI架构，实时监控集装箱内各项环境指标，并给出调整方案。台风来临前的上海，湿度较高、体感闷热，生菜也急需“降温”。大模型午后向于景鑫发出“降温提醒”，小模型迅速跟进提示“通风20分钟”，他只要点击“确认”按钮，生菜就可以散热了。
大模型控制整个集装箱，但内部存在微小环境差异。小模型可精确捕捉每处差异，更好地训练大模型。通过不断更新、循环数据来训练模型，使其变得更好。
以上便是入围决赛各团队探索集装箱植物工厂技术的部分巧思和创新。
贺冬仙表示：“这次决赛的 6 家队伍各有特色，学科背景大有不同，有着完全不一样的技术思路，目前仍是百花齐放、百家争鸣的状态。只有在同样的时间里，看谁能出最大产量、谁的商品率高或者谁的盈利能力强，才能一较高下。”
四、拼多多助力农业前沿科技
多多农研科技大赛已经举办了四届。
自2020年首届大赛正式启动以来，比赛汇聚了大批优秀的青年农业科学家和顶尖新农人参与其中。大家借助现代设施农业和人工智能等先进技术，探索用更低能耗、更短周期种出产量更高、品质更好的农产品。
以赛促研，以赛会友。拼多多坚持举办“多多农研科技大赛”的初心从未改变。
四年里，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。回顾整个办赛历程，每个改变，都意味着拼多多在探索未来农业的道路上又朝前迈进了一步。
“作为‘腿上有泥’的新电商，拼多多起家于农业，也始终践行着扎根农业的长期战略，致力于推动农业前沿科技的研究，推动农业科技成果的转化，推动农业领域新质生产力的发展。” “多多农研科技大赛”项目负责人韩帅表示。
将论文装进植物工厂里，将成果留在千家万户中。
截至目前，已有多项多多农研科技大赛的赛事成果被写成论文或进入专利实审受理阶段，涉及植物工厂环境优化技术和调控方法、营养液配方动态调整技术等。与此同时，包括基于日累积光照量的植物补光方法、增加空气流动降低生菜烧边症状发生率的方法、番茄产量预测模型等一系列比赛过程中形成的创新种植技术，经赛后实践论证后也开始运用或推广至农业生产一线。
农业是我国繁荣和发展的基石，农业也是拼多多安生立命，以图发展的重要领域。针对农业产业发展的“卡脖子”问题，拼多多坚持以赛促农，打破行业壁垒，利用技术专长，跨界赋能，为农业注入新生动力。
无论是“学院派”还是“产业派”，此次比赛的参赛选手，他们所用的是最先进的技术，所做的是最接地气的第一产业，所为的是最有想象力的新农业。
写在最后
植物工厂是蓝海市场。
根据StratisticsMRC的报告，2022年全球植物工厂市场规模达到1330亿美元，预计到2028年将达到2250亿美元，预测期内复合年增长率为9.2%。
作为现代农业未来发展的重要图景，植物工厂一定程度可以解决“靠天吃饭”的问题。然而劣势非常明显，造价成本太高。相较传统农业，植物工厂的早期建造成本和后期运营费用是前者数倍之高，种植出的叶菜单斤售价更是传统种植模式的3倍以上。
此外，植物工厂对操作人员的要求也更高，不仅要懂农业种植，还要有工学等交叉学科知识储备。这些都为植物工厂的商业化加大了难度。不过，随着技术创新进步，这些难题正在逐步突破。
相较欧美日等发达地区，我国植物工厂起步较晚，不过近些年发展迅速。
2004年，浙江丽水农科院与国防科技大学合作建成第一座植物工厂，标志着中国具有自主知识产权植物工厂正式诞生。中国也成为世界上少数几个掌握植物工厂核心技术的国家之一。据国家智慧植物工厂联盟主席、中国农业科学院智能植物工厂首席科学家杨其长透露，截至2020年底中国已有各类规模的植物工厂超过220座。
而“多多农研科技大赛”作为一场聚焦设施农业、未来农业和前沿农研科技的活动，探索的领域可以为未来农业的高质量发展提供一些可能成为现实的实施路径。
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