“智慧”力量加盟內蒙古沙漠裡瓜果飄香

寒冬漸至，在內蒙古阿拉善盟烏蘭布和沙漠重慶交通大學試驗地裡，植被已枯黃，連平日活潑的野兔、田鼠也沒了蹤跡，似乎萬物都已沉寂。但其實，它們的實時情況正在被各種採集器監測着，相關數據流實時傳回位於沙漠實驗室的數據中心。

“以前我們不清楚冬季沙漠植被的具體情況，現在有了高科技助力，所有的情況都能瞭解。”重慶交通大學沙漠土壤化團隊成員蔣學皎表示，隨着騰訊―重慶交通大學沙漠生態研究聯合實驗室的成立，一套基於邊緣數據中心的智慧農業解決方案孕育而生，改變了傳統的研究模式，助力破解沙漠治理難題。

產量高還好吃 沙漠農業既要生態又要致富

“內蒙古冬天來得早，沙地裡的部分辣椒、西瓜都來不及收就已經被霜凍了。”重慶交通大學沙漠土壤化研究團隊負責人易志堅教授一邊說着，一邊帶着科技日報記者翻看沙地裡的各種試驗作物。經過霜打的西瓜切開還是鮮紅；白蘿蔔一拔就起，生吃依然甜脆；二荊條辣椒被風吹乾卻還辣味十足……

“從最開始驗證試驗植物是否能夠生長，到規模化擴大植物種植面積，進行優勢植物的選擇和研究，最後我們發現，這些植物不僅長勢旺盛，產量也很高，而且產品特別好吃。”易志堅說，這讓他們覺得沙漠治理不僅可以修復生態，還能讓當地致富。

經過多年實踐，2016年，易志堅研究團隊來到烏蘭布和沙漠“小試牛刀”，成功“變”出一片25畝左右的綠洲。2017年，團隊完成了中試基地內約4000畝的沙漠治理。2018年，這一面積擴大到了6000畝。

生態修復的足跡還拓展到新疆和田塔克拉瑪干沙漠、川西若爾蓋沙化草地、西沙島礁甚至包括中東和撒哈拉沙漠等地。截至2020年10月，易志堅研究團隊已完成生態恢復建設17000畝，治理成本遠低於我國各省市土地復墾費用，平均用水量不到400方/畝，低於當地基於以色列滴灌技術制定的550方/畝的節水定額。

團隊總結認爲，除治理後的沙子保水保肥以外，沙漠鬆散性比土壤高，根系在土壤化層下面生長沒有較大的阻力也是一個重要原因，發達的根系可以更充分地吸取養分和水分，加上內蒙古日照時間長、晝夜溫差大，所以作物的產量和質量高於傳統農耕地。

但如何讓沙漠農業在最少的資源投入下獲得最佳的產出？沙漠的氣候條件和土壤性質適合種植哪些農作物？要進一步發展沙漠農業，還有很多問題有待解決。

大量數據處理成研究難點 智慧農業讓研究不再“靠天吃飯”

“探索適合沙漠地區低耗、高產、綠色的種植方式，就要弄清楚作物產量受哪方面的影響。”蔣學皎表示。2年前，她受邀加入易志堅的團隊研究地表微生物情況，和同在一個學校、研究人工智能的丈夫方勇成了一個團隊的同事，共同嘗試用人工智能技術來推動沙漠農業的研究。

“這是我們自己研發的田間植物表型採集系統機器人，它配備有激光雷達、雙目相機等設備，能夠對田野裡植株的果實、病蟲害、株高等情況進行探測和分析。”蔣學皎說，這個機器人是她和丈夫一起研發的，配合無人機載高光譜成像系統，可以採集農作物果實、病蟲害、株高、出苗率等數據。

數據有了，如何處理這些海量數據是一大難點。

“以前方勇用自己的電腦，在深度學習框架下做目標檢測，數據集規模約800多兆，程序運行了3天仍無結果。如果處理1T的圖片，耗時可能數月甚至數年。”蔣學皎表示。

“當我們瞭解到易教授團隊的需求時，決定部署一個邊緣計算中心，來解決海量數據運算和深度學習模型訓練的問題。”騰訊雲數據中心高級架構師、沙漠項目及nano邊緣一體櫃項目經理劉靈豐介紹，2019年10月，騰訊和重慶交通大學一起成立了沙漠生態研究聯合實驗室，基於邊緣數據中心的智慧農業解決方案成了首個合作課題。

“傳統的農業是靠天吃飯，決策主要是靠經驗積累，如今整體環境有了較大的變化，各類工具、可利用信息增多，已不適合照搬原有模式。”劉靈豐說，他們制定了一套智慧農業方案，具備在6000多畝的內蒙古實驗基地上部署數萬個傳感器的能力，可以對土壤情況、氣候條件、水源條件、植株生長等環境數據、視覺數據進行採集，共同組建一個比較強大的數據網。“以後的沙漠農業，或許不用對着一片荒沙或者農田，而是一個個的數據點，把這些數據點結合起來進行分析，就可以對沙漠農業生產進行科學的、有據可依的指導。”她表示。

採集數據實時傳輸 全靠這臺在沙漠中堅守的“寶寶”

若要在6000多畝的實驗基地上部署數萬個傳感器，一年大概會產生150萬個數據包以及50P以上的數據存儲量。爲了能夠保障這些數據的正常採集、存儲和處理，讓科研團隊能夠簡便、有效地利用這些數據，一個20多人的技術研發團隊在劉靈豐的帶領下組成。

在實驗基地中，立着一臺2米高、1.2米寬的nano邊緣一體櫃，對於即將要當媽媽的劉靈豐來說，這個邊緣一體櫃就像她的另一個孩子。“這是我們用心打造的一款針對沙漠極端氣候條件的數據中心產品，性能較以往提升了50%―75%，同時製冷系統能耗卻降低了69%。”

“這個nano邊緣一體櫃是全國首臺具備自然冷卻系統的單櫃數據中心。”騰訊雲數據中心架構師韓鵬瑞介紹，它是整個邊緣數據中心的核心，承擔了數據的接收、存儲和處理。它的算力最大可支持5120個虛擬核同時計算，也就是說，一臺電腦需要4個月才能完成的工作量，nano一體櫃只需要一個小時就可以完成，效率提升2000多倍。而且，它還能抵禦沙漠風沙和冬季嚴寒，無須專業人士值守。

“以前我們在現場採集數據後，需要用硬盤拷貝回重慶再進行研究。”蔣學皎說，現在數據採集後能直接在櫃子裡進行處理，將核心數據上傳到雲，他們在重慶就能掌握各種實時數據。

當然，發展沙漠農業遠沒有達到沙漠治理的“終點”。“烏蘭布和每年有一億噸的沙子會落入黃河。烏蘭布和的沙漠治理，一是要阻止沙漠向東面侵蝕，進入黃河；二是要對附近礦山荒漠化進行修復。”阿拉善盟發改委主任羅志鐵說，對於易志堅團隊的研究他們很認可，已經考慮在烏海湖治理中引用。

易志堅說，他們現在是在和荒漠化賽跑，全球荒漠化每年以5萬到7萬平方公里的速度瘋狂擴張，相當於每年消失兩個海南島。我國有173萬平方公里沙化土地，“科學治沙”能有效解決我國西北地區沙漠化嚴重、土地利用率低等問題。對此，易志堅始終保持着科研人的嚴謹，他表示團隊會進一步的研究和積累數據，爲未來規模化的技術推廣打下牢固的基礎。