智能農場：觸及問題的核心

在蔬菜、漿果和中草藥的生産中，勞動力占到了50%的生産成本。但是，正如拖拉機改變了農業一樣，随着科技的發展，大大地降低了對人工、熟練工人和專業工人的需求。如今，隻需要一個機器人，傳感器，人工智能和一個高技術的專家團隊，就可以在同一時間用專門的軟件來管理數以百計的農場。所以，未來10年我們将再目睹一次 IT界的“收獲之戰”。

垂直農場就像一個生物系統，它的設備可以比作人體器官系統。它的傳感器和發送器是神經系統，空調和除濕機是呼吸系統，而溶液供應管道則是循環系統。可以将營養混合單元與内分泌系統、托盤輸送機和肌肉升降機進行比較。自然地，這個有機體有一個“大腦” ——Growtune IT 平台。

大腦能夠準确而自信地“控制”的程度決定了各種系統、節點和技術在沒有人為幹預的情況下運行的準備情況。下面，我們将描述垂直農場内的所有技術。自動化如何、在何處以及在哪些生産階段工作？為此，我們将利用有點被遺忘的“分解圖”樣式。這樣，我們将能夠展示農場用來照料植物的所有設備。

1.呼吸：通風空調

植物利用光合作用将光、水和二氧化碳轉化為氧氣和能量。通過這樣做，它們可以消耗比空氣中通常存在的更多的二氧化碳。由于農場就像一個空間站，使用閉環空氣交換系統，沒有空氣從街道流入，為植物創造最佳環境和氣候純粹是一項工程挑戰。這包括淨化、調節和向房間添加一些二氧化碳，讓植物自由呼吸并密集生長。

第一次走進垂直農場的人會注意到空氣是多麼的幹淨。這并不奇怪，因為它不含任何灰塵——農場的閉環回路中沒有任何地方會出現灰塵。

iFarm 自動化主管 Alexey Novokreshchenko

農場有多個空調機組。這不僅僅是保持一定的溫度和濕度的問題。需要确保整個區域的氣候盡可能均勻，包括在不同的高度。因此，需要安裝幾台中型設備，而不是一台超級強大的設備。這提供了正确的空氣循環并創建了一個防故障系統。

工業除濕機

水培技術往往會産生大量水分，通常需要對農場空氣進行除濕（iFarm 已開發出一種除濕系統并獲得專利，該系統可讓您重複使用這些水來喂養植物）。但是，有時您需要做相反的事情：例如，您可能需要加濕空氣，尤其是在您沒有很多植物的農場的初始階段。

2. 能源：生長燈

光合作用，即光能轉化為化學能，隻有在有光時才會發生。農學家将植物的人工照明稱為“補充照明”。根據不同的作物和不同的種植時期，不同的地區會有所不同。光控制單元為植物創造“白天”和“夜晚”的條件。最常見的設置類似于一個美好的夏日：14-16 小時的光照和 8-10 小時的黑暗。黑暗是至關重要的：夜晚是細胞呼吸發生和其他重要過程發生的時候。

該工廠取決于日夜計劃。其結構和成熟階段因光周期而異。将綠豆芽在黑暗中保持一段時間，它們會伸展，但會變得更粗糙。通過改變燈光，您可以嘗試品嘗。例如，如果您将向日葵等微型蔬菜在黑暗中放置 10 天，然後将它們暴露在陽光下一整天，您将獲得又長又甜的芽。

Nikolai Podvigin，iFarm 農業實驗室負責人

試點農場的農藝師改進種植流程圖。例如，他們目前正在試驗用可變亮度來種植松草莓：燈配備了調光器，因此您可以逐漸增加亮度。似乎農學家的假設是正确的——漿果顯然“享受”了漫長的黎明。通過平穩、漸進的光照變化，莖和葉中的滲透壓逐漸增加，而土壤暴露在光線下的滲透壓會産生組織損傷作用。

有時，您不僅要關注工廠的需求，還要關注組織或純粹的經濟因素。例如，電費。誠然，我們制造并安裝在機架中的燈具有很高的能效：它們将每瓦特電能轉化為 0.6 瓦特的光合作用有效輻射 ( FAR )。盡管如此，能源成本仍占室内種植草藥成本的很大一部分。可以（并且應該）利用自動化來确保最佳負載分配。如果農場可以使用夜間費率，我們将“天”改為“夜”，并重新安排夜間的補充照明，以最大限度地降低運營成本。

3. 營養：灌溉和營養液供應

營養液由多種成分制成，儲存在單獨的容器中，可以輕松更換。溶液在混合單元中制備，這是一個複雜的自動化系統，能夠以正确的比例高精度混合數十升原液。

營養液通過管道系統輸送到植物的根部。由于具體的配方取決于植物的類型及其栽培階段，系統會持續監測（有時會調整）溶液的成分。

植物吃，植物喝，用水和營養液來給他們提供營養。這些水不斷流過機架。為了為每種植物類型創建單獨的“菜單”，我們将農場劃分為不同的澆水區域，并在每個區域安裝一個額外的儲水箱。每個區域都配備了一組額外的傳感器，可以動态監控解決方案的變化。事實上，這些傳感器控制着植物今天是否“吃得好”，以及它們是否擁有所需的一切。

iFarm 自動化主管 Alexey Novokreshchenko

用于制備溶液的水在用反滲透過濾器适當處理後添加到系統中。這可以去除礦物質、重金屬、細菌和病毒等污染物，使水幾乎純淨。

4. 福祉：物聯網傳感器

源水的純度、溶液中營養成分的比例、酸度、光線的亮度、空氣中的二氧化碳含量、溫度和濕度——您需要精确控制所有這些因素。一個大型農場可以有數百個傳感器。

農場的中央處理單元根據傳感器測量結果實時控制設備和硬件，始終将氣候和生化參數保持在栽培流程圖設定的範圍内。

如果超出這些限制，則會觸發警報并提醒遠程技術人員。該算法有助于識别潛在的人為錯誤等。例如，如果技術人員錯誤地用解決方案的原材料更換了罐子，它會立即提醒您。

植物可能非常敏感，有些植物甚至可能“不喜歡”與通常溫度相差 1 度的溫度。我們用傳感器和攝像頭覆蓋了貨架，這樣我們就可以了解作物在種植過程中對什麼敏感。現在，我們通過定義最佳設備數量來穩定流程，以确保準确的環境控制。

Nikolai Podvigin，iFarm 農業實驗室負責人

控制機架上的攝像機

5. 分析：大數據的計算機處理

系統的“頭部”是雲服務器。它從收集的實際測量值數組中間接整理和計算數據。例如，它根據來自所有氣候傳感器的數據計算整個農場的空氣循環效率。什麼是更重要的是能力Growtune，農場管理軟件平台來處理所有的大數據的收集農場。

我們用來制備營養液的算法是基于配方和收集數據的處理。以前循環中的植物養分對以後的混合有一定的影響。控制器監控植物對前一天“晚餐”的反應，并相應地調整解決方案。并且，在審查了來自不同農場的組合數據後，我們逐漸優化了流程圖。

iFarm 自動化主管 Alexey Novokreshchenko

農場越來越多地在其“神經系統”中使用機器視覺。來自安裝在機架上的攝像頭的圖像由經過訓練的神經網絡 進行分析，以确定植物是否健康。技術人員還可以通過聊天機器人上傳植物圖片來使用該神經網絡，以獲取有關其健康狀況的關鍵信息。另一個神經網絡使用相同的固定攝像機或無人機攝像機計算牧草質量積累的動态。

6.運動：托盤運動的自動化

通常由稀有且昂貴的專家、農藝師、生物化學家和植物病理學家處理的問題可以使用人工智能、特殊設備或遠程顧問來解決。但是，直到最近，還沒有一個全自動農場，其中電子設備還可以處理日常手動工作，例如移動托盤。

2021 年 2 月，iFarm 工程師實施并測試了全自動垂直農場的設計原型。它具有傳送帶，可将裝有花盆的托盤穿過種植、發芽、生長、成熟和切割區域。農場還可以配備單獨的機器人模塊，用于包裝産品和為下一個周期準備托盤。

7. 人類的幫助之手

與任何先進的現代設備一樣，自動化農場具有特殊的服務消息協議。自然，這些協議适用于個人，例如經過認證的服務提供商的員工。有關錯誤、磨損節點或需要更換耗材的自動警告轉化為用于補貨或故障排除的分配。

有關草藥生長偏差的報告由 iFarm 農藝師處理。該專家所做的第一件事是仔細檢查實際情況是否與流程圖中的情況相符。然後，他們會完成與本文各節幾乎相同的任務列表。那麼，農場植物的空氣、氣候、能源和營養發生了什麼變化？傳感器是否提供正确的數據？當懷疑出現技術故障時，農藝師一鍵将服務人員連接到診斷界面。如果員工已經在現場，他們還可以連接到技術人員的相機或AR 眼鏡。

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