【研究|“智慧”力量加盟内蒙古沙漠里瓜果飘香】“智慧”力量加盟内蒙古沙漠里瓜果飘香
以后的沙漠农业 ， 或许不用对着一片荒沙或者农田 ， 而是一个个的数据点 ， 把这些数据点结合起来进行分析 ， 就可以对沙漠农业生产进行科学的、有据可依的指导 。
本报采访人员 雍 黎
寒冬渐至 ， 在内蒙古阿拉善盟乌兰布和沙漠重庆交通大学试验地里 ， 植被已枯黄 ， 连平日活泼的野兔、田鼠也没了踪迹 ， 似乎万物都已沉寂 。 但其实 ， 它们的实时情况正在被各种采集器监测着 ， 相关数据流实时传回位于沙漠实验室的数据中心 。
“以前我们不清楚冬季沙漠植被的具体情况 ， 现在有了高科技助力 ， 所有的情况都能了解 。 ”重庆交通大学沙漠土壤化团队成员蒋学皎表示 ， 随着腾讯—重庆交通大学沙漠生态研究联合实验室的成立 ， 一套基于边缘数据中心的智慧农业解决方案孕育而生 ， 改变了传统的研究模式 ， 助力破解沙漠治理难题 。
产量高还好吃 沙漠农业既要生态又要致富
“内蒙古冬天来得早 ， 沙地里的部分辣椒、西瓜都来不及收就已经被霜冻了 。 ”重庆交通大学沙漠土壤化研究团队负责人易志坚教授一边说着 ， 一边带着科技日报采访人员翻看沙地里的各种试验作物 。 经过霜打的西瓜切开还是鲜红；白萝卜一拔就起 ， 生吃依然甜脆；二荆条辣椒被风吹干却还辣味十足……
“从最开始验证试验植物是否能够生长 ， 到规模化扩大植物种植面积 ， 进行优势植物的选择和研究 ， 最后我们发现 ， 这些植物不仅长势旺盛 ， 产量也很高 ， 而且产品特别好吃 。 ”易志坚说 ， 这让他们觉得沙漠治理不仅可以修复生态 ， 还能让当地致富 。
经过多年实践 ， 2016年 ， 易志坚研究团队来到乌兰布和沙漠“小试牛刀” ， 成功“变”出一片25亩左右的绿洲 。 2017年 ， 团队完成了中试基地内约4000亩的沙漠治理 。 2018年 ， 这一面积扩大到了6000亩 。
生态修复的足迹还拓展到新疆和田塔克拉玛干沙漠、川西若尔盖沙化草地、西沙岛礁甚至包括中东和撒哈拉沙漠等地 。 截至2020年10月 ， 易志坚研究团队已完成生态恢复建设17000亩 ， 治理成本远低于我国各省市土地复垦费用 ， 平均用水量不到400方/亩 ， 低于当地基于以色列滴灌技术制定的550方/亩的节水定额 。
团队总结认为 ， 除治理后的沙子保水保肥以外 ， 沙漠松散性比土壤高 ， 根系在土壤化层下面生长没有较大的阻力也是一个重要原因 ， 发达的根系可以更充分地吸取养分和水分 ， 加上内蒙古日照时间长、昼夜温差大 ， 所以作物的产量和质量高于传统农耕地 。
但如何让沙漠农业在最少的资源投入下获得最佳的产出？沙漠的气候条件和土壤性质适合种植哪些农作物？要进一步发展沙漠农业 ， 还有很多问题有待解决 。
大量数据处理成研究难点 智慧农业让研究不再“靠天吃饭”
“探索适合沙漠地区低耗、高产、绿色的种植方式 ， 就要弄清楚作物产量受哪方面的影响 。 ”蒋学皎表示 。 2年前 ， 她受邀加入易志坚的团队研究地表微生物情况 ， 和同在一个学校、研究人工智能的丈夫方勇成了一个团队的同事 ， 共同尝试用人工智能技术来推动沙漠农业的研究 。
“这是我们自己研发的田间植物表型采集系统机器人 ， 它配备有激光雷达、双目相机等设备 ， 能够对田野里植株的果实、病虫害、株高等情况进行探测和分析 。 ”蒋学皎说 ， 这个机器人是她和丈夫一起研发的 ， 配合无人机载高光谱成像系统 ， 可以采集农作物果实、病虫害、株高、出苗率等数据 。
数据有了 ， 如何处理这些海量数据是一大难点 。
“以前方勇用自己的电脑 ， 在深度学习框架下做目标检测 ， 数据集规模约800多兆 ， 程序运行了3天仍无结果 。 如果处理1T的图片 ， 耗时可能数月甚至数年 。 ”蒋学皎表示 。
“当我们了解到易教授团队的需求时 ， 决定部署一个边缘计算中心 ， 来解决海量数据运算和深度学习模型训练的问题 。 ”腾讯云数据中心高级架构师、沙漠项目及nano边缘一体柜项目经理刘灵丰介绍 ， 2019年10月 ， 腾讯和重庆交通大学一起成立了沙漠生态研究联合实验室 ， 基于边缘数据中心的智慧农业解决方案成了首个合作课题 。
“传统的农业是靠天吃饭 ， 决策主要是靠经验积累 ， 如今整体环境有了较大的变化 ， 各类工具、可利用信息增多 ， 已不适合照搬原有模式 。 ”刘灵丰说 ， 他们制定了一套智慧农业方案 ， 具备在6000多亩的内蒙古实验基地上部署数万个传感器的能力 ， 可以对土壤情况、气候条件、水源条件、植株生长等环境数据、视觉数据进行采集 ， 共同组建一个比较强大的数据网 。 “以后的沙漠农业 ， 或许不用对着一片荒沙或者农田 ， 而是一个个的数据点 ， 把这些数据点结合起来进行分析 ， 就可以对沙漠农业生产进行科学的、有据可依的指导 。 ”她表示 。
采集数据实时传输 全靠这台在沙漠中坚守的“宝宝”
若要在6000多亩的实验基地上部署数万个传感器 ， 一年大概会产生150万个数据包以及50P以上的数据存储量 。 为了能够保障这些数据的正常采集、存储和处理 ， 让科研团队能够简便、有效地利用这些数据 ， 一个20多人的技术研发团队在刘灵丰的带领下组成 。
在实验基地中 ， 立着一台2米高、1.2米宽的nano边缘一体柜 ， 对于即将要当妈妈的刘灵丰来说 ， 这个边缘一体柜就像她的另一个孩子 。 “这是我们用心打造的一款针对沙漠极端气候条件的数据中心产品 ， 性能较以往提升了50%—75% ， 同时制冷系统能耗却降低了69% 。 ”
“这个nano边缘一体柜是全国首台具备自然冷却系统的单柜数据中心 。 ”腾讯云数据中心架构师韩鹏瑞介绍 ， 它是整个边缘数据中心的核心 ， 承担了数据的接收、存储和处理 。 它的算力最大可支持5120个虚拟核同时计算 ， 也就是说 ， 一台电脑需要4个月才能完成的工作量 ， nano一体柜只需要一个小时就可以完成 ， 效率提升2000多倍 。 而且 ， 它还能抵御沙漠风沙和冬季严寒 ， 无须专业人士值守 。
“以前我们在现场采集数据后 ， 需要用硬盘拷贝回重庆再进行研究 。 ”蒋学皎说 ， 现在数据采集后能直接在柜子里进行处理 ， 将核心数据上传到云 ， 他们在重庆就能掌握各种实时数据 。
当然 ， 发展沙漠农业远没有达到沙漠治理的“终点” 。 “乌兰布和每年有一亿吨的沙子会落入黄河 。 乌兰布和的沙漠治理 ， 一是要阻止沙漠向东面侵蚀 ， 进入黄河；二是要对附近矿山荒漠化进行修复 。 ”阿拉善盟发改委主任罗志铁说 ， 对于易志坚团队的研究他们很认可 ， 已经考虑在乌海湖治理中引用 。
易志坚说 ， 他们现在是在和荒漠化赛跑 ， 全球荒漠化每年以5万到7万平方公里的速度疯狂扩张 ， 相当于每年消失两个海南岛 。 我国有173万平方公里沙化土地 ， “科学治沙”能有效解决我国西北地区沙漠化严重、土地利用率低等问题 。 对此 ， 易志坚始终保持着科研人的严谨 ， 他表示团队会进一步的研究和积累数据 ， 为未来规模化的技术推广打下牢固的基础 。
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