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“智慧”力量加盟内蒙古沙漠里瓜果飘香

来源:科技日报2020-12-04 09:59

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  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,一边带着科技日报记者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。(雍 黎)

[ 责编:蔡琳 ]
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