中荷合璧“农科天团”:跨学科加持的荷兰农业炫技

荷兰在线中文网编辑部

七月初,7位来自荷兰瓦赫宁根大学、荷兰屯特大学、荷兰阿姆斯特丹大学的硕士、博士组成了一只名为AiCU的“农科天团”,在中国农业大学主办、联合国粮食及农业组织作为技术指导的“多多农研科技大赛”中以团体总分第一的名次进军决赛。

AiCU团队的成员分别负责作物模型、植物生理、电子工程、AI及机器学习等不同比赛模块,该团队还曾在第二届国际智慧温室种植挑战赛中获得亚军。

荷兰在线中文网对“农科天团”AiCU的队员进行了专访,结合团队在第二届国际智慧温室种植挑战赛的经验和心得体会,对荷兰在农业方面的产业优势,对AI提高农业种植效率、荷兰的农业教育和产学研结合进行了深度探讨。

农业与人工智能

第二届国际智慧温室种植挑战赛是由腾讯 AI Lab 与世界著名农业学府荷兰瓦赫宁根大学(WUR)联办,在全球疫情肆虐之时,复赛的五支队伍挑战在六个月内用 AI 和 IoT 物联网等前沿技术优化种植决策,并远程自动化控制温室种植小番茄(第一届为黄瓜),并不断向五个目标靠近:品质好、产量高、能耗少、自动化、技术可迁移。今年6月9日,主办方正式宣布比赛结果,复赛队的五个 AI 收成均超过有20年经验的农业种植专家组,充分展现了农业智能决策与温室自动控制的技术价值,以及为农业从业者减负的未来潜力。

AiCU团队将农业和人工智能的结合描述为一个输入与输出的过程,把植物当作一个系统,输入就是为植物浇水施肥、调整温度光照二氧化碳,输出便是植物的开花结果、产生利润;换作我们更为熟悉的例子——AI围棋阿尔法狗,输入的就是其落子的位置,输出的是棋赛输赢的结果。

人工智能对农业的益处在于,人工智能算法的效用范围更广,一个专家可以借助算法同时负责更大范围的区域,提高决策层面的效率和效益。

但是算法不是全部,涉及到一些具体情况还是需要依照相关的知识经验去解决,参考AiCU团队参加比赛时遇到的一个情况,植物生长初期,为了快速建立植物的叶面积,AiCU团队采用了每天18小时补光的措施;但到后期,考虑到补光的成本,便需要设计算法去调整补光时间,还要将荷兰白天夜晚不同的电价放进考虑的因素里面,算法会侧重在电价便宜时开灯补光,灵活地实现效益最大化。

人工智能在提高作物产量的同时,还能节约资源,增加利润,这离不开全面、完善的农业知识经验背景,荷兰作为“能够喂饱世界的弹丸小国”,以悠久的农业种植历史作为依托,大量农科人才集聚,不断发展前沿科技,荷兰拥有世界级食品创新研究所、大学,以及诸多官产学公私合作机构,其在农产品领域的私人研发投资在欧洲排名第二,人工智能农业,荷兰走在前面。

荷兰农业劳动力

AiCU团队在介绍自己的参赛工作分工时,曾讲到整个人工智能的运用都是在决策层面的,除了控制温室的温度、光照、通风、浇水和施肥等能通过算法决策和系统控制直接完成,在农业生产中的一些具体操作还是需要依靠人工,主办方为了保证公平,为五个团队统一配备了同一个专业的种植团队去完成例如绕蔓、落蔓和打叶(番茄种植的特殊需要)等动作,种植团队的种植工人出色地完成了各个团队所需要的种植工作。

在荷兰,农业和园艺的产业链内从育种、种苗繁育、种植、销售等环节都有专门的公司,各环节分工明确,却又紧密协作;每个环节的种植工人专注将负责领域做好,并做到极致。同时,荷兰农业合作社实行多重会员制,即一个种植工人可以同时成为几个合作社的社员;为了保护合作社的利益,全部农业合作社都被组织于全国农业合作局,据荷兰统计局(CBS)4月的报告,在2019年荷兰农业合作局部署的全职农业从业者达3万名,分布在各个农业部门,如园艺业、畜牧业等,还有更多的季节性工人在忙时支援农业生产,闲时从事其他职业,其中包括大量各农科大学的学生。

合作社在农业技术交流、农产品加工和销售等方面发挥着重要作用,通过合作社的加工、销售活动,使农户与合作社之间形成了紧密联系,既分摊了各环节的风险,又有效发展了农业一体化经营,促进行业生态良性进步。

荷兰农业科技优势

智能农业的核心是依靠算法进行远程控制,这意味着参加比赛的五支队伍在整个赛程是不能进入温室的,而唯一一次能够进入温室的机会,是在决赛正式开始前,每支队伍都可以到温室的隔间里面加装一些自己所需的传感器。

AiCU在2018年也参加了第一届的比赛,因为当时没有相应的资源,而温室中常用的传感器要求的精度非常高,因此传感器的体积普遍较大,能耗较高,便无法使用电池供电,但AiCU团队为了能够满足比赛的需要,自主开发了一款无线传感器,能够较为精准地测量温室内的温度、光照、湿度和气压,为设计算法提供了大量数据;2019年的比赛,由于AiCU第一年的参赛在业内积攒下了一定的口碑,第二年得以和一些传感器厂商建立可合作关系,使用其成熟的传感器产品完成比赛。

农科企业与赛事、活动甚至是大学课程的合作并不少见,荷兰在农业领域拥有优质的产学研环境,为农科的发展提供了一种良好的氛围,主管农业的荷兰农业、自然及食品质量部拥有一个强大的研究-教育-推广系统,农科与教育从各种资助中受益,不断更新和完善其计划。咨询机构通过冬季课程和农业团体将农业研究中的新知识教授给种植工人,种植工人可以直接致电瓦赫宁根大学咨询有关农业的事务;瓦赫宁根大学也十分注重将理论知识运用在具体实践当中,在其一门名叫学术顾问培训课程(Academic Consultancy Training course)的硕士课程中,学校会邀请校外的农业组织、企业为学生布置一些实操的作业,锻炼学生理论与实际的结合能力。

中国乳制品巨头伊利便看中了荷兰在乳业领域的产学研优势,在2014年2月底,伊利集团宣布与荷兰瓦赫宁根大学合作成立其欧洲研发中心,并于2018年将研发中心升级为伊利欧洲创新中心,通过与瓦赫宁根等大学和科研院所的交流、参加相关的学术会议,进一步掌握了欧洲和世界乳业和食品技术发展趋势,促进企业针对国内和泛欧市场的产品研发。事实上,在全球最大的农产品公司中,有12家企业的生产或研发基地设在荷兰,其中包括嘉吉、亨氏、孟山都、联合利华、美赞臣、康尼格拉、玛氏等。

农业发展、教育先行

AiCU团队里的唯一一位与农业毫不沾边的成员李梁,是一家半导体公司的软件工程师,他在采访中说自己参赛感触最深的地方就在于比赛让他获得了非常好的农业教育,对食物有了一种更加真切的感受,不一定要面朝黄土背朝天地去耕种,但至少知道了,自己餐桌上的丰盛的美食,是从哪里来的,是怎么被种出来的。

其次,农业教育的益处在于打破对工业化生产的农业的刻板印象,李梁认为国人对这方面存在着很大的误区,荷兰在农业及食品标准上都位居世界前列,包括在农药残留的标准上亦是,荷兰农业的工业化水平高,其品质也非常高,这是一种科学的方法的运用,比如在参赛时,温室里是不会使用农药的,包括植物的授粉和防虫害都是通过生物方式去进行的。因此,倘若更多人能知晓食物的来源,对农业有一些基本的了解,这对一些更加高科技和智能的农业生产有所助益,因为能获得普通民众的理解和支持。

实际上,荷兰十分注重培养普通民众(尤其是孩子)对食物的认知,据荷兰农业协会(LTO),在过去的五年中,荷兰的农场教育得到了极大的发展,在23个地区中,已有325位种植工人加入了荷兰农场教育平台,与学校合作为中小学(以及特殊教育)学生提供实践教育,让学生将农场的生产和盘子中的食物联系起来,让孩子们提高对食物的认知;政府层面也十分认可发展青少年的食品教育的前景,2020年2月6日,众议院农业、气候和粮食总磋商会将青少年食品教育计划提上日程。

在国家地理杂志的一篇专栏文章中,作者Frank Viviano写道:”似乎是一面面巨大的镜子遍布乡村,当阳光普照时闪闪发亮,当夜幕降临时则发出奇异的室内光线——荷兰非凡的温室建筑群。"

在大约20年前,荷兰发起“一半资源,双倍的粮食”承诺,开始大力发展农业;今年,全球危机的背景下,荷兰阿姆斯特丹的温室里,以人工智能远程操控的方式进行种植比赛,正好顺应了新的时代潮流——“远程”,这一次,荷兰又一次顺流而上,以荷兰为根基,将劳动的果实带到欧洲腹地,甚至世界各地。

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