垂直農場被越來越多的人視為解決全球食品生產係統所麵臨問題的方法之一。在接下來這篇文章中，來自維薩拉的 Antti Viitanen 將解釋在這個快速發展的行業中，測量和控製技術為何會成為成功與否的關鍵。
農業的可持續發展挑戰
戶外農業（牧場和農田）占zhan據ju了le地di球qiu上shang大da約yue一yi半ban的de可ke居ju住zhu土tu地di。人ren們men常chang說shuo的de現xian代dai農nong業ye方fang法fa提ti高gao了le糧liang食shi產chan量liang，降jiang低di了le糧liang食shi生sheng產chan價jia格ge。據ju世shi界jie銀yin行xing調tiao查zha，農nong業ye發fa展zhan是shi消xiao除chu極ji端duan貧pin困kun、促進共同富裕的有力手段之一。預計到 2050 年，將有 97 億人口需要養活。但據估計，2021 年約有 7.68 億人處在饑餓中。此外，農業、林業和土地用途的變化產生了約 25% 導致全球變暖的溫室氣體排放量，而且農業還消耗了約 70% 的淡水供應量。氣候變化無疑加劇了這些挑戰。
近幾十年來，農業生產的增長也讓人類付出了巨大的代價；duihuanjingheshengwuduoyangxingzaochenglesunhai，pohuailekechixufazhan。jiyuehuachumuyejiazhonglewuranchengdu，zengjialejibingchuanbodefengxian，erbuduankuodadedanyizuowunongtianjiangdileshengwuduoyangxing，bingqiejingchangshiyongfeiliaohenongyonghuaxuepin，congerzaochengjinyibudehuanjingpohuai。renmenyeyuelaiyueguanzhunongyeduiturangjiankangdeyingxiang，qiyouhaiyingxiangbaokuoqinshi、汙染（營養物和殺蟲劑）、壓實、荒漠化和鹽堿化。
戶外農業活動具有季節性，這意味著大多數農作物每年隻能收獲一次。全球各地的人口每年每天 24 小時都有糧食需求，因此對糧食儲存和洲際運輸的需求很大，這嚴重增加了農作物的碳足跡。
農業對氣候變化的影響極為敏感，氣溫升高、幹旱、洪hong水shui和he極ji端duan天tian氣qi都dou給gei農nong民min帶dai來lai了le更geng大da的de風feng險xian。因yin此ci，食shi品pin和he飲yin料liao行xing業ye正zheng在zai積ji極ji降jiang低di供gong應ying鏈lian中zhong的de氣qi候hou風feng險xian。他ta們men采cai取qu的de措cuo施shi包bao括kuo分fen析xi產chan品pin的de碳tan足zu跡ji，提ti出chu減jian少shao“食物裏程”的(de)要(yao)求(qiu)，並(bing)鼓(gu)勵(li)食(shi)用(yong)當(dang)地(di)采(cai)購(gou)的(de)食(shi)物(wu)。水(shui)資(zi)源(yuan)的(de)減(jian)少(shao)也(ye)促(cu)進(jin)了(le)對(dui)水(shui)足(zu)跡(ji)評(ping)估(gu)的(de)需(xu)求(qiu)，進(jin)一(yi)步(bu)促(cu)使(shi)人(ren)們(men)降(jiang)低(di)供(gong)應(ying)鏈(lian)中(zhong)的(de)氣(qi)候(hou)風(feng)險(xian)。同(tong)時(shi)，世(shi)界(jie)上(shang)一(yi)半(ban)以(yi)上(shang)的(de)人(ren)口(kou)居(ju)住(zhu)在(zai)城(cheng)市(shi)，城(cheng)市(shi)化(hua)進(jin)程(cheng)仍(reng)在(zai)繼(ji)續(xu)推(tui)進(jin)。
垂直農場
jiangnongyeshengchanzhuanyidaoshineijiejueleqianmiantidaodexuduotiaozhan。liru，zairenhejijiedoukeyiweizuowutigonglixiangdeshengchangtiaojian，tongshibaohuzuowubushoutianqibianhuadeyingxiang。keyixunhuanliyongshui，jihubuxuyaopensanongyao。meiyouturanghuoshachongjiwuran，yinciwuxuqingxinongchanpin，congerjinyibutigaoleshuideshiyongxiaolv。
傳統的溫室和水培法曾經解決過許多農業問題，但隨著城市化的推進，以及由於城市地區土地成本高、利用率低的原因，很難解決食物裏程挑戰。
垂chui直zhi農nong場chang大da大da減jian少shao了le糧liang食shi生sheng產chan的de物wu理li足zu跡ji，但dan由you於yu能neng源yuan成cheng本ben高gao，盡jin可ke能neng高gao效xiao地di運yun營ying是shi確que保bao垂chui直zhi農nong場chang財cai務wu可ke持chi續xu性xing的de重zhong要yao手shou段duan。如ru此ci一yi來lai，傳chuan感gan器qi便bian發fa揮hui著zhe重zhong要yao作zuo用yong。因yin此ci，Jones Food Company (JFC) 在英國現有的垂直農場以及利德尼的大型新設施 (JFC2) 中布置了維薩拉傳感器，這將有可能成為全球最大的垂直農場之一。
Jones Food Company (JFC) vertical farms.
案例研究 - 英國的大型商業垂直農場：JFC2
JFC 成立於 2016 年，旨在利用垂直農場的優勢，全年提供新鮮的本地農產品。該公司的首個商業垂直農場 (JFC1) 於 2018 年開始生產，種植麵積為 5,000 平方米，每年可生產 150 噸新鮮農產品。JFC2 將大幅擴大規模，達到 15,000 平方米種植麵積和 1,000 噸年種植產量。為支持商業可持續發展，該公司實施的重要策略包括：
規模 – 大型設施提供規模化經濟以及滿足大訂單的能力。
技術 – 為了創造和維持理想的生長條件，需要實施高效的監測和控製係統。
改造利用的設施 – JFC 沒有修建新建築，而是積極重新利用大型冗餘建築，避免了高昂的環境和經濟成本。例如，JFC2 以前是一家鑄造廠。
創新 – 成立研究機構來試驗新作物和不同的生長條件。同樣，準確的監測和控製至關重要。
JFC 在布裏斯托爾設立的創新中心有能力在不同條件下同時試驗十種不同的作物。“這是企業成功的重要保障，”Justin Au 表示。“當(dang)客(ke)戶(hu)要(yao)求(qiu)我(wo)們(men)提(ti)供(gong)特(te)定(ding)作(zuo)物(wu)時(shi)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)開(kai)展(zhan)試(shi)驗(yan)，以(yi)確(que)定(ding)該(gai)作(zuo)物(wu)生(sheng)長(chang)的(de)各(ge)個(ge)階(jie)段(duan)所(suo)需(xu)的(de)良(liang)好(hao)生(sheng)長(chang)條(tiao)件(jian)。通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian) LED 照明強度和光譜、灌溉水中的養分，以及種植房中的溫度、濕度和二氧化碳水平。”
“為(wei)特(te)定(ding)作(zuo)物(wu)確(que)定(ding)良(liang)好(hao)的(de)生(sheng)長(chang)條(tiao)件(jian)後(hou)，我(wo)們(men)有(you)信(xin)心(xin)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)大(da)規(gui)模(mo)種(zhong)植(zhi)，滿(man)足(zu)客(ke)戶(hu)的(de)要(yao)求(qiu)。我(wo)們(men)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)，與(yu)現(xian)成(cheng)產(chan)品(pin)有(you)力(li)競(jing)爭(zheng)，同(tong)時(shi)利(li)用(yong)垂(chui)直(zhi)農(nong)場(chang)帶(dai)來(lai)的(de)巨(ju)大(da)可(ke)持(chi)續(xu)性(xing)優(you)勢(shi)。”
“目前，我們種植的作物有羅勒、蒔蘿、歐芹、香菜、薄荷和細香蔥等香草類蔬菜；生菜、芝麻菜、小白菜、菠菜、甜菜、羽衣甘藍和西洋菜等沙拉類蔬菜，以及草莓等其他作物。毋庸置疑，我們通過垂直農場實現商業化種植的作物種類將會繼續增加。”
JFC 的所有設施不斷循環利用水，並連續測量 pH 值和電導率，確保通過溶解肥料調節植物養分。維薩拉傳感器測量溫度、濕度和二氧化碳；所有這些條件都對植物的生長有重大影響。“我們選擇維薩拉傳感器是為了確保長期的準確性和可靠性，而控製係統隻有達到與傳感器同樣出色的性能水平，才能充分發揮作用。”賈斯汀解釋道。
The Vaisala sensors measure temperature, humidity and carbon dioxide.
JFC 的控製係統由工程主管 Christoph Grundmann 設計。Christoph Grundmann 擁有豐富的經驗，包括在 BBC 和 Arqiva 從事衛星通信工作，以及發電站控製係統的設計和實施。JFC 所有設施的監視和控製係統都運行良好，沒有出現重大停機時間。
JFC 的創新中心控製係統由 Luke Grundmann 編程和調試。他對維薩拉工程師讚不絕口，誇讚他們及時和主動提供支持，使用通用 USB 到 RS485 轉換器和免費軟件連接和配置其 modbus RTU 傳感器。“專業的編程負責人還沒到場，但即便如此，維薩拉工程師還是熟練地指導我利用現有工具完成了整個過程，”Luke 說到。
根據之前使用穀物幹燥機控製係統的經驗，Christoph 將維薩拉傳感器作為標準配置使用。他說：“在 JFC，我(wo)們(men)設(she)法(fa)提(ti)高(gao)農(nong)作(zuo)物(wu)種(zhong)植(zhi)的(de)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)，但(dan)購(gou)買(mai)低(di)成(cheng)本(ben)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)得(de)不(bu)償(chang)失(shi)的(de)節(jie)省(sheng)行(xing)為(wei)，會(hui)帶(dai)來(lai)高(gao)昂(ang)的(de)故(gu)障(zhang)成(cheng)本(ben)，而(er)維(wei)薩(sa)拉(la)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)意(yi)味(wei)著(zhe)持(chi)有(you)成(cheng)本(ben)很(hen)低(di)。”
“傳感器的 MODBUS 通信功能也很重要，這節省了大量的安裝時間和成本，而且意味著將來可以快速簡單地實施任何更改。”
JFC 設施的溫度和濕度由單獨的 HVAC 係統控製，但 Christoph 說道：“JFC1 的 HVAC 自帶傳感器，我們把它換成了維薩拉傳感器。在 JFC2，我們將使用維薩拉傳感器來檢查和驗證 HVAC 係統的測量結果，並在必要時進行幹預。”
Monitoring conditions with Vaisala sensors.
JFC2 將於 2023 年夏季迎來首次收獲。它采用 15 層設計，因此每英畝的產量會提高 15 倍。新設施的屋頂全部覆蓋太陽能電池板，100% 采用可再生能源。該設施將收集和過濾雨水，並且水的回收利用率將達到近 95%。
為了充分提高 JFC2 生長條件的效率，整個設施將由維薩拉傳感器網絡進行監測。該網絡中包括：46 個濕度/溫度傳感器；12 個二氧化碳傳感器；10 個溫度/濕度/二氧化碳傳感器；2 個大氣壓力傳感器和 1 個維薩拉 WXT 530 係列多參數氣象站。
維薩拉的 Antti Viitanen 對該監測係統評價道：“這些傳感器的準確性和可靠性對於高效和持續地按需管理植物生長條件至關重要，因為準確的測量有助於充分提高作物產量、避免浪費並最大限度地降低成本。”
總結
垂直農場相對於傳統方法的主要優勢幾乎都與可持續發展有關。土壤和生物多樣性不受損害；溫室氣體排放量大大降低；用水效率顯著提高，避免不必要的蒸發蒸騰、zuankongkujiehuojinchu。kongjiandedaoyouxiaoliyong，yibiyaodishiyingchengshihuanjing，bingjianshaoshiwulicheng。zhongyaodeshi，wuluntianqihuojijieruhe，meitiandounenggongyingxinxiannongchanpin。jinguanruci，buduanshangshengdeliangshishengchanchengbenyiweizhexinchuizhinongchangnengfouchenggongyunying，jiangqujueyunengfouyouxiaojiancehekongzhitouru，yinciyigegaopinzhidechuanganqizhiguanzhongyao。
Christoph 計劃未來通過各種舉措進一步提升 JFC 的de可ke持chi續xu發fa展zhan水shui平ping，例li如ru利li用yong厭yan氧yang發fa酵jiao產chan生sheng的de二er氧yang化hua碳tan，使shi用yong可ke厭yan氧yang發fa酵jiao的de可ke堆dui肥fei生sheng長chang介jie質zhi等deng。他ta還hai在zai評ping估gu維wei薩sa拉la傳chuan感gan器qi計ji算suan得de出chu的de露lu點dian輸shu出chu，以yi確que定ding這zhe能neng否fou成cheng為wei更geng智zhi能neng的de方fang式shi控kong製zhi HVAC 係統。此外，在維薩拉專家的幫助下，他還在研究內部和外部環境的焓值測量，以確定有效的 HVAC 再循環（新鮮空氣比）。
在溫室中種植西紅柿
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垂直農場
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室(shi)內(nei)和(he)垂(chui)直(zhi)農(nong)場(chang)運(yun)營(ying)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)投(tou)資(zi)才(cai)能(neng)擴(kuo)大(da)經(jing)營(ying)規(gui)模(mo)並(bing)保(bao)持(chi)盈(ying)利(li)。為(wei)您(nin)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)的(de)業(ye)務(wu)選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)技(ji)術(shu)，可(ke)以(yi)深(shen)遠(yuan)地(di)影(ying)響(xiang)氣(qi)候(hou)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)以(yi)及(ji)為(wei)保(bao)持(chi)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)而(er)需(xu)要(yao)承(cheng)擔(dan)的(de)工(gong)作(zuo)量(liang)。這(zhe)種(zhong)簡(jian)單(dan)的(de)投(tou)資(zi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)高(gao)效(xiao)的(de)資(zi)源(yuan)管(guan)理(li)來(lai)影(ying)響(xiang)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)。
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