当番茄撞上人工智能，究竟会发生什么奇妙的化学反应？

文 | 张展

编 | 石灿

或许在每一个人的青年时代，有个问题总会时不时地冒出来：自己到底要成为一个什么样的人？

2014年，24岁的祝清震想清楚了这个问题：他决定离开车辆工程行业，转而投身农业科技领域。

2013年，刚从车辆工程专业毕业的他入职了一家拖拉机制造公司的研究院。在这份工作中，祝清震第一次接触到拖拉机及农业机具的研发工作，也了解到了我国农业装备发展落后的现状。从小在农村长大、见惯了传统农业种植的他猛然意识到：原来农业还可以这样干？

一种责任感油然而生。“我虽然走出了那个生我养我的小乡村，但是想努力去改变家乡的那种落后的农业生产方式。”祝清震说。

2014年，决定以农为业的祝清震考取了西北农林科技大学的博士，开始从事精准农业相关的科研工作。如今8年过去，祝清震已从一名农业研究新手走上了教学岗位，目前他正在江苏大学从事农业工程相关的教学和科研工作。

光阴辗转，身份更迭，但祝清震自走上农业之路后，心中的一个核心困扰始终未变——如何用前沿科技赋能传统农业产业。正因此，当看到拼多多举办的“多多农研科技大赛”时，他立马激动起来，因为这正是他想要探索和深耕的领域。

2021年8月，第二届“多多农研科技大赛”正式启动，祝清震依托原先在北京的科研项目合作关联，组建起了一支名叫“农圣大脑Horti-AI”的队伍（以下简称为“农圣大脑队”）并报名参赛；现在这个团队正作为四支决赛队伍之一，在云南昆明进行最后的角逐。

位于云南昆明的"多多农研科技大赛"赛事基地 | 莫斯提摄

蓝天白云下，鲜红欲滴的番茄正在温室大棚中纵情生长，它们正见证着一个故事——一群年轻人如何通过努力让农业同样拥有未来。这个故事并不仅关乎昆明大棚里的那些番茄，还关乎一个产业的荣辱兴衰，以及所有中国人的日常生活。

事实上，祝清震从第一届“多多农研科技大赛”举办时就开始关注这一赛事。2020年，拼多多举办了第一届农研大赛，全球顶尖的青年数字农业科研团队都参与其中。但可惜的是，第一届大赛的命题是用人工智能技术进行草莓种植，祝清震团队中并没有草莓种植方面的相关专家，无奈只好作罢。

第二届“多多农研科技大赛”的命题是“利用多元化人工智能相关技术，用绿色可持续的方式挑战种出高品质、高产量的番茄，并且验证商业化可行性”，这与祝清震团队拥有丰富番茄种植的优势相匹配。因此，祝清震召开了紧急项目组会议，组队参与了这场比赛。

“农圣大脑队”一共有9名成员，其中有3名博士和6名硕士。他们均具备丰富的农业科技相关经验：

祝清震博士和徐丹博士主要从事最优控制系统开发的工作，长期致力于温室智慧化建设；孔建磊博士主要从事农业环境信息监测、人工智能复杂系统建模与仿真等研究；肖丽娟长期从事番茄种植及示范工作，熟悉设施环境中番茄的栽培技术及连栋温室等主流温室控制平台；牛曼丽主要从事农业物联网、农业模型及信息处理方面的研究……

“农圣大脑队”成员结构（不完全列表） | 图源赛事方

祝清震表示，番茄智慧化种植是一个复杂系统的工程，涉及较多学科交叉，所以团队不仅需要包含种植管理专家，而且需要人工智能技术、智慧化温室管控系统开发相关的人员。最终团队的架构符合预期的能力组合：按照专长和分工，“农圣大脑队”分为三个小组，包括控制系统组、人工智能组和番茄种植组，分别由祝清震、孔建磊和肖丽娟担任小组牵头人。

祝清震师从中国工程院院士、农业信息化专家赵春江。为了培养更多的农业工程方面的人才，博士毕业后，他毅然选择暂时离开导师前往江苏大学任教。除了在江苏大学讲授《农业装备智能化技术》、《精准农业》等课程外，祝清震目前还承担了多项国家级科研项目。

正在办公的祝清震博士 | 图源“江苏大学农业工程学院”官方公众号

人工智能组的组长孔建磊2016年从北京林业大学工学院博士毕业。结合学院的学术优势以及个人兴趣，孔建磊的博士论文选题为“人工林环境采育目标数据处理及分类方法研究”——这个传统农业与现代人工智能技术交叉的前沿议题，似乎为几年后他参加第二届“多多农研科技大赛”埋下了伏笔。

草莓种植组组长肖丽娟的本职工作是一家农业公司果蔬生产基地的负责人。在新冠疫情发生的第一个春节，她主动承担起基地大部分生产种植管理任务。肖丽娟每天天刚亮就到达果蔬生产现场对82个大棚巡查一次，每天放完最后一个保温被后才回家，以致她3岁的儿子问她：“妈妈，为什么别的小朋友都有妈妈陪着过年，而我的妈妈却总是这么忙？”

肖丽娟正在给生产基地员工测体温 | 图源“天津农垦渤海农业集团有限公司”官方公众号

就是这样一支团队，他们因共同怀抱对农业科技的热忱而走到一起。受疫情影响，“农圣大脑队”的所有成员定期在每周五晚上开展线上视频会议，并形成相关会议纪要，另外每个小组都建了微信群，有问题及时沟通，以解决各种突发问题。

稳扎稳打、通力合作，“农圣大脑队”顺利通过选拔和预赛，成功跻身决赛。

除了规定的农作物品种发生改变，相较第一届农研大赛，第二届农研大赛还有一个关键的变化——从求“多”，转向既求“多”、也求“好”。首届比赛中，青年科学家们利用作物生长模型、卷积算法等AI技术提升产量。而在第二届比赛中，选手们则需要利用传感器、光谱、算法模型等，探索种植出更高产量、更高品质的农作物。

大赛为进入决赛的4支队伍分别提供一个独立温室及对应的环境控制应用接口，队伍可以远程调节温室内的水肥、光照、二氧化碳等生长环境要素实现无人种植，最终成果由专家团队和第三方实验室进行测定、评出获奖队伍。本届大赛总奖金池超过100万元人民币，将全部用于支持优胜参赛团队。

为了利用人工智能技术实现“又多又好”的目标，通过讨论，“农圣大脑队”确定了解决方法：采用知识谱图技术，将种植者经验、历史数据和草莓图像识别数据标准化，建立标准化的番茄种植知识结构，然后结合番茄种植水肥模型和温室气候模型建立番茄智慧种植决策方法。

“农圣大脑队”综合解决方案 | 图源赛事方

为了让这个系统能环环相扣、高效运作，“农圣大脑队”需要夯实各个环节的能力：

利用知识图谱将种植经验知识化，即用图的方式直观表现番茄种植知识之间的关联；

用机器视觉识别为精准决策提供依据，即借助相机进行神经网络监测，实时监控作物的生育期、需水情况、果实和花朵情况，从而进行精准的温室控制；

采用可视化温室集群智慧管控云服务系统，实时远程获取温室大棚内部的空气温湿度、光照强度及视频图像，自动控制相关设备，实现番茄种植托管的理念，从而保证温室大棚环境最适宜作物生长……

“农圣大脑队”可视化温室集群智慧管控云服务系统 | 图源赛事方

之所以祝清震想要参加大赛，除了在能力和兴趣上的匹配外，他还有一个愿望：目前，院校和研究机构有着很多的资源，但没有将它们商业化的渠道，他想借助这次大赛了解他们技术方案的可行性，看能否为中国的农业发展提供帮助。

中国信息通信研究院和中国人民大学联合发布的《中国智慧农业发展研究报告》指出，当前中国智慧农业在发展过程中遇到的一个重要约束是“产学研”转化机制的不健全。该《报告》指出，目前一些智慧农业研究脱离了实际生产的需要，没有充分考虑农业经营主体的可接受性和现实需求，研究成果仅停留在实验室中，既没有完成理论与应用的衔接，也缺乏应有的市场化推广。

“农圣大脑队”试图尽可能摆脱这一问题——在“量大质优”的追求之外，他们正探索方案商业化的可能性。

“农圣大脑队”所设计的商业模式中主要涉及四大经济利益主体：零部件厂商、技术依托机构、技术转化团队和目标客户群体。简单来说，即依托相关机构的技术支持和上游零部件厂商的硬件支持，由技术转化团队完成方案对下游客户的赋能。

直到本科毕业，祝清震从来没有考虑过从事农业技术研究工作。和很多农村孩子一样，他从小就被教育要好好学习、走出这个祖祖辈辈生活的小乡村，而这正是他一直好好学习的动力。

但被土地哺育的孩子对泥土总是抱有某种亲近感，这种亲近感总会在某些时刻浮现，并随着长大逐渐蜕变成一份责任感，或者说一种试图改变落后现状的持久热情。

可是并不是所有人都能理解这种热情。祝清震表示，当他的家人和朋友知道他在从事农业专业相关的工作时，他们是完全不理解的。“他们会说，小祝这个孩子，经过这么多年的努力和学习，好不容易离开了农村，为啥还要务农。”祝清震说。他认为，农业在很多人心中还是落后的代名词，甚至有人觉得没有必要研究农业，这是绝对的误解。

《中国智慧农业发展研究报告》指出，发展智慧农业的一大贡献是以数字化方式促进农业绿色生产。祝清震介绍，我国在“十三五”期间公布了一批重点研发科技专项，以鼓励和引导科研工作者去从事农业生产管理环节的化肥农药过量施用问题，从而达到减少化肥和农药使用量、以及增加农业生产效益的目的。

化肥农药过量施用的问题对于中国是严峻的。农业农村部在《到2020年化肥使用量零增长行动方案》中显示，中国农作物化肥施用量偏高，亩均化肥用量达21.9公斤，远高于世界平均水平的每亩8公斤，是美国亩均化肥用量的2.6倍、欧盟亩均化肥用量的2.5倍。这不仅造成了生产资料的浪费，也引致了大量氮氧化物温室气体排放，不利于实现“碳中和”的目标。

除此之外，农业技术的发展还有利于缓解农村劳动力老龄化的困境，以及进一步保障国家粮食安全。国务院新闻办公室发布的《中国的粮食安全》白皮书指出，为了进一步确保国家粮食安全，中国需要进一步提高粮食生产能力，增强农业科技创新能力，依靠科技手段和农艺农技应用，增加粮食供给，提升粮食品质，而这正与“多多农研科技大赛”提出的“又多又好”的目标相匹配。

首届“多多农研科技大赛”已经充分验证了农业科技的力量：AI组的草莓产量均值高于传统农人组均值196%，平均投入产出比也比传统农人团队高出75.5%。

尽管这些数据是农业科技最有力的证明，但是普通农民可能难以理解这些数字背后的含义。祝清震坦言，虽然他希望能够消除周围人对农业技术的偏见，但这可能需要很长时间。

“我相信终有一天，我们身边的每个人都能以平常心看待年轻人从事农业科技这件事。我也相信，终有一天，我们中国的农业技术能够领先于世界。”祝清震说。

像祝清震这样投身农业科技的年轻人其实有很多。据赛事方介绍，“多多农研科技大赛”开办至今，八成参赛者为90后。

祝清震表示：“我认为像我们这样的年轻人，非常有必要去从事农业相关工作，因为农业技术和相关工作是维护我国粮食安全、真正解决我们国家人民吃得上饭和吃好饭的重要保证。”

“多多农研科技大赛”参赛者 | 图源赛事方

回到开头提出的那个问题，或许每个人都会经历一段迷茫的时光，我们会不断反问自己：到底要成为一个什么样的人。一代“新农人”刺透迷茫，给出了自己的答案——投身农业科技。

祝清震说，当看到自己辛苦开发的智能化控制系统得到农民朋友的认可、真切解决农民实际问题的时候，他都会感到莫大的价值感。孔建磊也曾说，不管遇到什么焦虑的问题，都需要充满自信地继续说出梦想，不怕嘲讽和失败，用积极的行动去挑战梦想。

面对这群年轻人的赤诚愿望，“多多农研科技大赛”给了他们一个检验成果和展示自我的机会。赛事的持续举办，不仅助推了技术上的落地生根，还能带动更多年轻人关注和投身其中。

如今，云南大棚里的番茄还在生长。有朝一日，等团队的研究成果与种子一同播撒在中华大地之时，农民会笑，他们也会笑。