智能农场：触及问题的核心
在蔬菜、浆果和中草药的生产中，劳动力占到了50%的生产成本。但是，正如拖拉机改变了农业一样，随着科技的发展，大大地降低了对人工、熟练工人和专业工人的需求。如今，只需要一个机器人，传感器，人工智能和一个高技术的专家团队，就可以在同一时间用专门的软件来管理数以百计的农场。所以，未来10年我们将再目睹一次 IT界的“收获之战”。
垂直农场就像一个生物系统，它的设备可以比作人体器官系统。它的传感器和发送器是神经系统，空调和除湿机是呼吸系统，而溶液供应管道则是循环系统。可以将营养混合单元与内分泌系统、托盘输送机和肌肉升降机进行比较。自然地，这个有机体有一个“大脑” ——Growtune IT 平台。
大脑能够准确而自信地“控制”的程度决定了各种系统、节点和技术在没有人为干预的情况下运行的准备情况。下面，我们将描述垂直农场内的所有技术。自动化如何、在何处以及在哪些生产阶段工作？为此，我们将利用有点被遗忘的“分解图”样式。这样，我们将能够展示农场用来照料植物的所有设备。
1.呼吸：通风空调
植物利用光合作用将光、水和二氧化碳转化为氧气和能量。通过这样做，它们可以消耗比空气中通常存在的更多的二氧化碳。由于农场就像一个空间站，使用闭环空气交换系统，没有空气从街道流入，为植物创造最佳环境和气候纯粹是一项工程挑战。这包括净化、调节和向房间添加一些二氧化碳，让植物自由呼吸并密集生长。
第一次走进垂直农场的人会注意到空气是多么的干净。这并不奇怪，因为它不含任何灰尘——农场的闭环回路中没有任何地方会出现灰尘。
iFarm 自动化主管 Alexey Novokreshchenko
农场有多个空调机组。这不仅仅是保持一定的温度和湿度的问题。需要确保整个区域的气候尽可能均匀，包括在不同的高度。因此，需要安装几台中型设备，而不是一台超级强大的设备。这提供了正确的空气循环并创建了一个防故障系统。
工业除湿机
水培技术往往会产生大量水分，通常需要对农场空气进行除湿（iFarm 已开发出一种除湿系统并获得专利，该系统可让您重复使用这些水来喂养植物）。但是，有时您需要做相反的事情：例如，您可能需要加湿空气，尤其是在您没有很多植物的农场的初始阶段。
2. 能源：生长灯
光合作用，即光能转化为化学能，只有在有光时才会发生。农学家将植物的人工照明称为“补充照明”。根据不同的作物和不同的种植时期，不同的地区会有所不同。光控制单元为植物创造“白天”和“夜晚”的条件。最常见的设置类似于一个美好的夏日：14-16 小时的光照和 8-10 小时的黑暗。黑暗是至关重要的：夜晚是细胞呼吸发生和其他重要过程发生的时候。
该工厂取决于日夜计划。其结构和成熟阶段因光周期而异。将绿豆芽在黑暗中保持一段时间，它们会伸展，但会变得更粗糙。通过改变灯光，您可以尝试品尝。例如，如果您将向日葵等微型蔬菜在黑暗中放置 10 天，然后将它们暴露在阳光下一整天，您将获得又长又甜的芽。
Nikolai Podvigin，iFarm 农业实验室负责人
试点农场的农艺师改进种植流程图。例如，他们目前正在试验用可变亮度来种植松草莓：灯配备了调光器，因此您可以逐渐增加亮度。似乎农学家的假设是正确的——浆果显然“享受”了漫长的黎明。通过平稳、渐进的光照变化，茎和叶中的渗透压逐渐增加，而土壤暴露在光线下的渗透压会产生组织损伤作用。
有时，您不仅要关注工厂的需求，还要关注组织或纯粹的经济因素。例如，电费。诚然，我们制造并安装在机架中的灯具有很高的能效：它们将每瓦特电能转化为 0.6 瓦特的光合作用有效辐射 ( FAR )。尽管如此，能源成本仍占室内种植草药成本的很大一部分。可以（并且应该）利用自动化来确保最佳负载分配。如果农场可以使用夜间费率，我们将“天”改为“夜”，并重新安排夜间的补充照明，以最大限度地降低运营成本。
3. 营养：灌溉和营养液供应
营养液由多种成分制成，储存在单独的容器中，可以轻松更换。溶液在混合单元中制备，这是一个复杂的自动化系统，能够以正确的比例高精度混合数十升原液。
营养液通过管道系统输送到植物的根部。由于具体的配方取决于植物的类型及其栽培阶段，系统会持续监测（有时会调整）溶液的成分。
植物吃，植物喝，用水和营养液来给他们提供营养。这些水不断流过机架。为了为每种植物类型创建单独的“菜单”，我们将农场划分为不同的浇水区域，并在每个区域安装一个额外的储水箱。每个区域都配备了一组额外的传感器，可以动态监控解决方案的变化。事实上，这些传感器控制着植物今天是否“吃得好”，以及它们是否拥有所需的一切。
iFarm 自动化主管 Alexey Novokreshchenko
用于制备溶液的水在用反渗透过滤器适当处理后添加到系统中。这可以去除矿物质、重金属、细菌和病毒等污染物，使水几乎纯净。
4. 福祉：物联网传感器
源水的纯度、溶液中营养成分的比例、酸度、光线的亮度、空气中的二氧化碳含量、温度和湿度——您需要精确控制所有这些因素。一个大型农场可以有数百个传感器。
农场的中央处理单元根据传感器测量结果实时控制设备和硬件，始终将气候和生化参数保持在栽培流程图设定的范围内。
如果超出这些限制，则会触发警报并提醒远程技术人员。该算法有助于识别潜在的人为错误等。例如，如果技术人员错误地用解决方案的原材料更换了罐子，它会立即提醒您。
植物可能非常敏感，有些植物甚至可能“不喜欢”与通常温度相差 1 度的温度。我们用传感器和摄像头覆盖了货架，这样我们就可以了解作物在种植过程中对什么敏感。现在，我们通过定义最佳设备数量来稳定流程，以确保准确的环境控制。
Nikolai Podvigin，iFarm 农业实验室负责人
控制机架上的摄像机
5. 分析：大数据的计算机处理
系统的“头部”是云服务器。它从收集的实际测量值数组中间接整理和计算数据。例如，它根据来自所有气候传感器的数据计算整个农场的空气循环效率。什么是更重要的是能力Growtune，农场管理软件平台来处理所有的大数据的收集农场。
我们用来制备营养液的算法是基于配方和收集数据的处理。以前循环中的植物养分对以后的混合有一定的影响。控制器监控植物对前一天“晚餐”的反应，并相应地调整解决方案。并且，在审查了来自不同农场的组合数据后，我们逐渐优化了流程图。
iFarm 自动化主管 Alexey Novokreshchenko
农场越来越多地在其“神经系统”中使用机器视觉。来自安装在机架上的摄像头的图像由经过训练的神经网络 进行分析，以确定植物是否健康。技术人员还可以通过聊天机器人上传植物图片来使用该神经网络，以获取有关其健康状况的关键信息。另一个神经网络使用相同的固定摄像机或无人机摄像机计算牧草质量积累的动态。
6.运动：托盘运动的自动化
通常由稀有且昂贵的专家、农艺师、生物化学家和植物病理学家处理的问题可以使用人工智能、特殊设备或远程顾问来解决。但是，直到最近，还没有一个全自动农场，其中电子设备还可以处理日常手动工作，例如移动托盘。
2021 年 2 月，iFarm 工程师实施并测试了全自动垂直农场的设计原型。它具有传送带，可将装有花盆的托盘穿过种植、发芽、生长、成熟和切割区域。农场还可以配备单独的机器人模块，用于包装产品和为下一个周期准备托盘。
7. 人类的帮助之手
与任何先进的现代设备一样，自动化农场具有特殊的服务消息协议。自然，这些协议适用于个人，例如经过认证的服务提供商的员工。有关错误、磨损节点或需要更换耗材的自动警告转化为用于补货或故障排除的分配。
有关草药生长偏差的报告由 iFarm 农艺师处理。该专家所做的第一件事是仔细检查实际情况是否与流程图中的情况相符。然后，他们会完成与本文各节几乎相同的任务列表。那么，农场植物的空气、气候、能源和营养发生了什么变化？传感器是否提供正确的数据？当怀疑出现技术故障时，农艺师一键将服务人员连接到诊断界面。如果员工已经在现场，他们还可以连接到技术人员的相机或AR 眼镜。
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