數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)種植并非是全新的概念，因?yàn)闇厥曳N植者近年來一直利用氣候和作物根部土壤數(shù)據(jù)指導(dǎo)種植生產(chǎn)。然而隨著相關(guān)輔助技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)種植已經(jīng)不僅僅是簡單的監(jiān)測記錄，基于監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)讀入來分析預(yù)測產(chǎn)量已成為現(xiàn)實(shí)。
人工智能能和數(shù)據(jù)科學(xué)在園藝行業(yè)取得的進(jìn)步和成就足以使其成為該領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)，使種植者意識(shí)到數(shù)據(jù)在提質(zhì)增效增產(chǎn)方面的重要作用。人工智能涉及使用計(jì)算機(jī)完成傳統(tǒng)上需要人類智慧進(jìn)行的工作，這意味著需要?jiǎng)?chuàng)建算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分析和預(yù)測；還包括根據(jù)數(shù)據(jù)采取相應(yīng)行動(dòng)，并從新獲取的數(shù)據(jù)中不斷學(xué)習(xí)，做出改進(jìn)。
數(shù)據(jù)科學(xué)與植物科學(xué)的結(jié)合
植物科學(xué)是一門涵蓋植物生理學(xué)、遺傳學(xué)和生長的經(jīng)典學(xué)科。數(shù)據(jù)科學(xué)是從原始數(shù)據(jù)中提取有用且具有可操作性的知識(shí)信息。當(dāng)種植者的專業(yè)知識(shí)得到豐富數(shù)據(jù)和能識(shí)別相關(guān)性甚至因果關(guān)系的算法支撐時(shí)，結(jié)果就是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)種植，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效增產(chǎn)的目標(biāo)。
系統(tǒng)集成和優(yōu)化模型的溫室建設(shè)程序
荷蘭Hortivation基金會(huì)與荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（TNO）聯(lián)合研發(fā)了一項(xiàng)用于溫室建設(shè)的模擬程序SIOM。該工具具有廣泛的數(shù)據(jù)庫，包含溫室園藝特定組件和系統(tǒng)，例如溫室建設(shè)、加熱供暖、通風(fēng)、降溫和灌溉?？赡M世界任何理想項(xiàng)目地點(diǎn)的完整種植周期，列出不同技術(shù)并提供投資回收期、運(yùn)營成果及效率相關(guān)信息，比較不同設(shè)計(jì)方案利弊，與園藝專家和投資方確定最優(yōu)的溫室技術(shù)。
兩者還共同研發(fā)CASTA溫室結(jié)構(gòu)測算程序，為溫室建造商和種植提供定制方案。據(jù)悉，荷蘭絕大多數(shù)玻璃封閉溫室均是使用該計(jì)算程序設(shè)計(jì)，并且被國際專業(yè)溫室公司采用或借鑒。
圖1. CASTA/Kassenbouw工具
法國網(wǎng)頁式溫室節(jié)能模擬計(jì)算工具Hortinergy結(jié)合現(xiàn)有開源軟件、作物和材料信息、氣候調(diào)控算法以及溫室建設(shè)參數(shù)，再加上特定開發(fā)的模塊，可幫助溫室建造商和種植戶在投資之前摸索溫室最優(yōu)配置，設(shè)計(jì)節(jié)能溫室。
用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)種植
植物和數(shù)據(jù)科學(xué)模型對(duì)于每位種植來說都有獨(dú)一無二的解讀方式，因?yàn)榉N植者不同，必須考慮作物特定的生長條件、溫室類型、溫室位置、作物品種與栽培介質(zhì)等因素。數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量對(duì)于種植者優(yōu)化生產(chǎn)非常重要，但收集、吸收和消化數(shù)據(jù)相對(duì)繁瑣耗時(shí)且易出錯(cuò)。然而，高科技系統(tǒng)可以從傳感器和圖像收集所有數(shù)據(jù)，分析信息，并提供見解。因此個(gè)性化的數(shù)據(jù)建模和正確使用程序及分析平臺(tái)十分重要，例如Rockwool集團(tuán)旗下的Grodan推出的開放式軟件平臺(tái)e-Gro基于大量可用數(shù)據(jù)，可提供根區(qū)、作物、氣候和生產(chǎn)情況的完整圖像，幫助農(nóng)戶優(yōu)化種植策略，并在四周內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的產(chǎn)量預(yù)測。該平臺(tái)適配常見的氣候計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可用于智能手機(jī)、平板電腦和臺(tái)式機(jī)。
圖2. Grodan e-Gro
今年四月，荷蘭番茄大世界（Tomatoworld）正式揭曉其在溫室園藝業(yè)最新科技成果——數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)溫室，即基于溫室內(nèi)外傳感器、氣候計(jì)算機(jī)和攝像系統(tǒng)24小時(shí)全天候采集數(shù)據(jù)，種植期間收集到的連續(xù)數(shù)據(jù)流為溫室情況和植物健康提供實(shí)時(shí)反饋，結(jié)合新信息和歷史數(shù)據(jù)，種植者可調(diào)整策略，優(yōu)化人工智能和數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)。據(jù)悉，這也是世界首個(gè)面向公眾開放的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)溫室，以便更多人了解、體驗(yàn)溫室開發(fā)過程。參與該項(xiàng)目的還有番茄大世界合作伙伴豪根道、LetsGrow、Greenport West-Holland、Hagelunie、Gearbox Innovations、Cultilene Saint Gobain和Hortikey等。
圖3. 番茄大世界數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)溫室（圖源：番茄大世界官網(wǎng)）
利用人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)中獲取最大收益和投資回報(bào)，理解預(yù)測性分析（例如使用數(shù)據(jù)預(yù)測未來產(chǎn)量）和規(guī)定性分析（如數(shù)據(jù)輸入幫助更好決策）至少需要一個(gè)種植季節(jié)的可靠數(shù)據(jù)支撐。由于生長過程中可能受外部和意外因素影響（如極端天氣、價(jià)格浮動(dòng)、病蟲害、勞工問題等），分析模型需要量身定制，對(duì)比植物現(xiàn)實(shí)行為與植物理論生理模型。高質(zhì)量數(shù)據(jù)有助于構(gòu)建穩(wěn)健的算法。
數(shù)據(jù)給予種植者更多的“溫室控制權(quán)”?？沙掷m(xù)生產(chǎn)已成為當(dāng)今主流趨勢。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)種植提高產(chǎn)品質(zhì)量和營養(yǎng)價(jià)值，利用人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)有助于優(yōu)化農(nóng)業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。人們對(duì)新興科技的興趣與日俱增，種植企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，相關(guān)升級(jí)進(jìn)階也帶來新的挑戰(zhàn)。除了改進(jìn)種植策略、果品檢測，機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能和數(shù)據(jù)科學(xué)還在摘葉采摘、無損檢測、包裝運(yùn)輸全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)方面提供新的解決方案，如荷蘭瓦赫寧根大學(xué)及研究中心（WUR）、Hortikey、Berg Hortimotive共同研發(fā)的Plantalyzer溫室巡檢機(jī)器人通過實(shí)攝儀對(duì)果實(shí)顏色和數(shù)量進(jìn)行繪制。視覺數(shù)據(jù)經(jīng)過專業(yè)軟件處理后，計(jì)算出預(yù)期產(chǎn)量，以便種植戶在售賣時(shí)更好定價(jià)，規(guī)劃物流運(yùn)輸。今后將出現(xiàn)越來越多的跨地區(qū)、多國運(yùn)營系統(tǒng)和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，使每座溫室管理得到優(yōu)化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)公司遠(yuǎn)程運(yùn)營。
圖4. Plantalyzer溫室巡檢機(jī)器人（圖源/WUR）
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)種植正在改變溫室和室內(nèi)種植產(chǎn)業(yè)。從溫室和室內(nèi)農(nóng)場等各種來源獲取融合的數(shù)據(jù)越多，對(duì)種植和生長過程的把控就越精準(zhǔn)。結(jié)合基于深厚園藝知識(shí)的強(qiáng)大算法和數(shù)據(jù)科學(xué)的智能軟件平臺(tái)是有效發(fā)揮農(nóng)業(yè)園藝行業(yè)潛力的重要工具。
美國最大的溫室：人工智能賦能的室內(nèi)農(nóng)場
肯塔基州的AppHarvest企業(yè)在阿巴拉契亞地區(qū)擁有美國最大的溫室。該溫室采用先進(jìn)的人工智能和機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行種植生產(chǎn)，每英畝土地產(chǎn)量比傳統(tǒng)種植可提高30倍左右，西紅柿年產(chǎn)量可達(dá)2萬多噸，且同等情況下可減少90%的用水量。
溫室采用近300個(gè)傳感器，從各株作物中采集數(shù)據(jù)，種植者可以遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境狀況，以確保作物吸收適量的養(yǎng)分和水分。
人工智能對(duì)七十多萬棵植株進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)可通過AppHarvest的機(jī)器人相機(jī)Virgo來采集。Virgo利用人工智能技術(shù)評(píng)估西紅柿的成熟度，隨后可依據(jù)評(píng)估結(jié)果通過機(jī)械臂進(jìn)行采摘和修剪工作。
此外，溫室采用100%的循環(huán)雨水種植作物，其占地10英畝的澄清池相當(dāng)于近70個(gè)奧運(yùn)會(huì)規(guī)模的游泳池。據(jù)世界自然基金會(huì)統(tǒng)計(jì)，目前全球糧食生產(chǎn)占森林砍伐的80%，占所有淡水使用的70%，而科技將有助于減少種植帶來的環(huán)境影響。
AppHarvest的首席技術(shù)官Josh Lessing介紹到，溫室內(nèi)的各項(xiàng)設(shè)施設(shè)備可以讓光、能量和作物的營養(yǎng)等得到有效控制，從而大幅提高作物產(chǎn)量、穩(wěn)定糧食供應(yīng)，與此同時(shí)，還可以降低種植過程中給環(huán)境帶來的影響。
來源：CNN官網(wǎng)
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