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边缘计算下，沙漠里的西瓜熟了，番茄红了

晰数塔互联网快讯
2020-11-24 11:00

内蒙之外，新疆塔克拉玛干沙漠，川西若尔盖沙化草地以及非洲撒哈拉沙漠上，沙改土项目都在开展。本文来自微信公众号：经济观察报（ID：eeo-com-cn），作者：任晓宁，头图来自：视觉中国

导读

一：当一开始的数据采集出现困难，研究也陷入了瓶颈。

二：刘灵丰和20余同事组成的团队用了一年时间，研发了一套边缘计算系统。通过这个白色柜子，提高了2000倍效率，传统需要4个月时间分析的数据，用这个柜子，1小时就能运算出来。

三：当云计算变为边缘计算，并不是简单的把大型数据中心拆分成十分之一或百分之一，而是需要从架构层面做调整。

四：在阿拉善，边缘计算下的沙改地普及后，更大的价值出现，改造后的土地，可以种植价值更高的经济作物了。

内蒙古阿拉善沙改土实验基地四周被沙丘包围，放眼望去，黄沙漫漫。基地所在的乌兰布和沙漠是中国第八大沙漠，每年往附近的黄河排1亿吨沙子，沙丘过境，寸草不生。

2020年11月，经济观察网记者来到了这片不毛之地。秋日萧瑟，占地6000亩的基地里还保留着丰收后的残余，霜打过的西瓜，发蔫的红番茄，长在沙子里一只手就能轻松拔起来的胖萝卜，沙丘包围下，这是一块人工造出来的绿洲。

重庆交通大学副校长易志坚在这里改造了5年，把沙丘改造成为植物生长的良田。他57岁，常年在沙漠里待着，不是在内蒙，就是在新疆，或是在其他试验基地里。他精神极好的向记者展示沙变土的实验：从沙丘上堆一个沙包，混入白色粉末状物质，几分钟后奇迹发生，往沙包顶上浇水，水不会渗透。可以对比的是，旁边另一堆没有加入白色粉末的沙包，水几秒钟内就不见踪影了。

“今天加的约束材料有点多，正常按比例改造完后，水会按照土壤里的速度往下渗，”易志坚的团队人员一边倒水一边解释说。沙变土的原理是，往沙粒之间加入约束材料，引入一种特例的约束力“万向结合约束”，让沙子获得土壤力学特性。这种改造方法保水保肥，用水量比土地少，产量比自然土壤还要高，“今天变成土，明天就能种植”。

改造一亩沙子的费用在2000元到5000元，包括变土环节的所有成本。改造完成后，即使不再种植，撂荒后也能自然生长沙漠植被。阿拉善项目规划1.4万亩，其中一期实验6000亩已于2017、2018年完成，投资5000万元，种植了100多种作物。

去年，根据阿拉善盟农牧局的测产，沙地种植的高粱最高亩产932公斤，平均亩产789公斤，高于全国平均亩产324公斤（2017年）。内蒙之外，新疆塔克拉玛干沙漠，川西若尔盖沙化草地以及非洲撒哈拉沙漠上，沙改土项目都在开展。

实验扩大的同时，痛点也出现。随着沙漠面积的扩大，团队人手不够了，更重要的是，作物的增多带来大量新数据，数据无法处理，就无法精确统计科研成果，这成为团队成员蒋学皎的最大难题。

一

蒋学皎原本是法国里昂国立应用科学学院的微生物博士，现在，她是重庆交通大学沙漠土壤化团队成员，负责微生物观测并开展智慧农业研究。她发现，即使购买了最顶配的游戏本电脑，也无法再处理“坦克”传回来的数据。

“坦克”是蒋学皎自制的自动巡视机器人，是一套田间表型采集系统，外形简陋，因为底座看起来像坦克的传输带，他们把它称作“坦克”。这台外表看起来很粗糙的机器耗资20多万元，都是团队的人自掏腰包。

易志坚团队的6000多亩实验田里，“坦克”会自动巡视，它能近距离监测叶子上的虫洞，及时发现庄稼蔬果的问题，如果发现问题，还能请农学专家远程会诊，缩短来回交通时间。

没有“坦克”之前，科学家早期的数据收集都看肉眼看，尺子量。现在，“坦克”可以实时回传数据，解决了这个团队人手不足的问题。

蒋学皎向记者展示了坦克拍摄的照片，每张图都在几百兆以上，图片越清晰，电脑传输越难。她简单计算了一下，一张图350兆，每天收集到的各种数据很多，至少1T的图片数据。根据她的尝试，如果用深度学习框架做目标检测，数据规模在800多兆的时候，程序运行了三天仍无结果。如果处理1T的图片，以之前的计算能力，需要数月乃至一年。

实验地如果要部署数千个传感器，一年会产生150万个数据以及50P以上的数据存储量。除了采集，后续还有海量数据的采集、存储、清洗和分析，以及最后的处理使用……作为团队技术人员，蒋学皎感到很吃力。

现在，6000多亩试验田只有一个“坦克”。如果有更多的“坦克”在新疆、在撒哈拉沙漠采集、传输数据，应该怎么办？

易志坚团队想要解决的，是通过一系列实体数据，总结出，如何能使沙漠农业在最少的资源（水肥）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？一年几季？在沙漠地区大面积生态恢复或发展农业后，对沙漠地区的气候，温湿度指标、生态、环境、人类活动等方面又会产生怎样的影响？当一开始的数据采集出现困难，研究也陷入了瓶颈。

2019年来到乌兰布和沙漠上的刘灵丰想帮助蒋学皎们解决这个痛点。

二

去年7月，刘灵丰来到乌兰布和沙漠，在基地部署了一些摄像头和传感器，她是腾讯云数据中心高级架构师，当时，她想通过技术做一些智慧农业的尝试。

今年10月，腾讯边缘计算技术在基地落地。落地的载体是一个不起眼的白色柜子，就放在易志坚团队居住小院的院内。边缘计算是听起来很深奥的一个技术名词，最近两年，边缘计算在技术圈很火，很多人把它视为云计算的下一步。

解决蒋学皎的难题，一个理想的办法是通过云服务和大数据，当算力提高，就能轻松解决。但在乌兰布和沙漠，很多传统环境适用的方法，在这里不灵了。

这里是内蒙古环境最恶劣的地方，不仅是因为沙漠。记者所在两天，这里只有中国移动有手机信号，联通、电信通话网络经常断。这里还有断电的风险，记者采访当天，基地就停电了，中午吃饭，基地人在一个黑漆漆房间内，发电机发的电要留着给做饭的阿姨使用。

如果使用传统的云服务，很有可能发生的现象是，数据刚刚采集完，还没来得及上传，就掉线了。或者是，千辛万苦把数据传到位于呼和浩特或北京、贵州的某个大数据中心，云大脑分析完了，却无法再顺利传输回基地。

传统数据中心对环境要求非常苛刻。记者曾经走访过一些大型数据中心，一般设置在一排排保护严密的房间里，室内噪音震耳欲聋，空调风从脚下和脑袋吹过，全天24小时不能断电，还需要专人守候维持，房间对温度、湿度都有严格要求。

这些要求，在沙漠上，无一能够实现。

刘灵丰和20余同事组成的团队用了一年时间，研发了一套边缘计算系统。通过这个白色柜子，提高了2000倍效率，传统需要4个月时间分析的数据，用这个柜子，1小时就能运算出来。

柜子名字叫Nano T-block，看起来很不起眼，1.2米宽，1.2米长，2.2米高，像一个普通的大冰柜，却是是全国首台带自然冷却的单柜数据中心，拥有自己的专利。打开柜门后，内有乾坤，柜内把配电、空调、安防、消防、IT设备全部囊括进去，以往需要一个巨大数据中心容纳的事情，现在，这个小柜子解决了。

研发技术的厂商工程师对刘灵丰说，“做你这个项目，是我职业生涯里面遇到最难的一个项目，也是我成长最大的一个项目，但是特别有幸的是我把它啃下来了。”蒋学皎告诉记者，有了边缘计算的科学统计，沙漠里的农作物味道会更好。

三

边缘计算，一个容易理解的比喻是章鱼。章鱼有60%的神经元分布在章鱼的八条腿（腕足）上，用腿来就地思考解决问题，不用传输信息到大脑。云计算就像章鱼的大脑，边缘计算就类似于那些爪子，章鱼的一个爪子就是一个小型的机房，可以自主决定并处理信息。

当云计算变为边缘计算，并不是简单的把大型数据中心拆分成十分之一或百分之一，而是需要从架构层面做调整。作为数据中心架构师，刘灵丰坦言，特别难，在受限空间里，需要设计所有的功能系统，还要考虑在外界条件不可靠的环境下保持设备安全稳定运行，如何进行布局、结构，安全可靠性设计……都成为横梗在前进路上的绊脚石。

与传统云计算相比，边缘计算最大的好处是，能就近处理数据，减少往大型数据中心来回传输过程中算力的消耗。尤其在未来，当物联网及工业互联网兴起后，收集数据的终端不再仅仅是手机、电脑，而是扫地机器人、音箱，甚至一个井盖。多终端收集到更多数据，对算力要求更大，就更需要在本地场景下提供就近处理能力，不再统统上云。

大厂们，都将边缘计算视为未来的趋势。

思科发布报告称，物联网的规模每年都在成倍增长，到2030年，将有5000亿个对象连接到互联网，届时多达40％的物联网数据将需要在边缘处理。亚马逊，思科，谷歌，英特尔，微软均在边缘计算布局。谷歌提供了一系列用于边缘计算的联网家居产品，并且还提供用于管理边缘数据的云计算服务，最著名的是其Cloud IoT Core服务。

爱立信边缘云业务单元执行董事马克蒂勒说: “边缘计算就像1994年的互联网，或许再过4年，就会成长为一头巨兽。"

不过，在当下云服务都还没有全面普及的时刻，边缘计算仍是一个前沿技术，目前市场份额也并不大。据Grand View Research，到2027年，全球边缘计算市场的规模将达到434亿美元（约合人民币3071.3亿元）。

四

站在基地试验田看向四周，宛若身处两个世界。乌兰布和沙漠坐落阿拉善盟，遍地黄沙。在这片寸草不生的地方，基地里物种齐全，有100种以上农作物，还有狐狸、夜猫、青蛙、鸟类和昆虫，是唯一的绿洲。

在今年国庆电影《我和我的家乡》中，闫妮扮演的主播家乡黄沙遍地吹的景象令人绝望，当地人植树造林后，环境好转。在阿拉善，边缘计算下的沙改地普及后，更大的价值出现，改造后的土地，可以种植价值更高的经济作物了。

易志坚告诉记者，基地所在的地方，原本都是良田。只不过，现在被沙漠吞噬了。

2018年，易志坚把改造过的一部分土地专门撂荒，停止浇水。2020年11月，这片土地上已经长满了当地特色的野蒿等耐旱植被，尽管枯黄，与隔壁几十米之外的沙丘对比，仍是生机。

乌兰布和沙漠西边，是腾格里和巴丹吉林沙漠，这些沙漠都属于阿拉善盟。作为内蒙古最大的盟，却只有25万人，因为93%的面积都是黄沙。

“乌海在狼山和贺兰山中间，形成一个风口，这些沙一旦被吹起来，颗粒粗的进入黄河，颗粒细的会一直随风吹到京津冀。”阿拉善盟发改委主任罗志铁对记者说，沙漠向东侵蚀速度，包括进入黄河的问题，都有望通过这个技术避免。

目前，全球荒漠化正以每年五万到七万平方公里的速度扩张。沙漠化的治理也由此成为世界级难题。我国沙漠化土地面积达173万平方公里，每年造成的经济损失上千亿元，近4亿人直接或者间接受到沙漠化的影响。

基地所在，就像一块天然屏障，当风沙吹过，土地不再受到侵袭。

“现在一共改造了1.7万亩，有条件可以改善的沙漠还很多。”易志坚头戴草帽，看着脚下的沙子这样说。