垂直農場向世人描繪了一副誘人的愿景：沒有使用殺蟲劑的新鮮食物、產量的增加、用水量的減少、城市內空置城區的合理利用等。要實現這一美好的愿景，需要對光照、溫度、用水和營養輸送進行精確地控制，這就涉及到大量的物聯網技術，包括傳感器、機器人和數據分析。

垂直農場的技術

金色的麥田在微風中搖曳生姿，這是傳統農場所展示的田園風光，而垂直農場則更像一個工廠（圖1）。這項技術正在迅速發生改變：商業垂直農場是資金密集型產業，在啟動之初便需要投入數百萬美元，當然，它還要面對來自溫室農場及其他室內農場的激烈競爭。

圖1：垂直農場在工廠式的環境中使用技術來保證產品的質量

從苗圃播種到收割，垂直農場在農業生產的每一個環節都使用了技術，如圖2所：

圖2：技術可以協助改善室內農業生產的每個環節

從自動播種機到存放作物盆的苗圃機器人，大型室內種植戶使用了各種各樣的自動化設備。由于室內農業仍是小市場，目前鮮有專門的相關設備，所以，垂直農場主通常采用來自其他行業的先進技術。

氣候控制

加熱、通風和空調(HVAC)系統通過控制溫度、濕度、二氧化碳(CO2)水平、空氣流動和過濾等，可以為作物生長創造最佳的環境。當大氣中二氧化碳的濃度超過百萬分之四百（400ppm）時，作物的生長速度會更快：垂直農場中，二氧化碳的濃度接近1000ppm。

氣候控制系統的控制范圍十分廣泛，從基本的風扇和加熱器，到多功能控制系統，均有覆蓋。多功能控制系統還集成了最新的冷卻裝置、紅外線和紫外線殺菌技術。對于任何農場，系統是否處于最佳狀態取決于以下幾個因素：當地的法規、農場的規模、類型和位置、作物類型，當然，還有預算。在篩選系統時，通常需要在資本支出(CapEx)和運營支出(OpEx)之間進行一個權衡：造價高的系統往往更高效，運營成本也更低。

光照

傳統的農場可以獲取充足的陽光，相比之下，垂直農場則使用人工照明來促進作物更快地生長，且其能源成本是預算中最大的項目之一。

通常，許多垂直農場使用熒光燈照明，因為熒光燈照明相對便宜，但是LED燈效率更高，即使是同樣的能量輸出，功耗也不過其60%。LED在技術上占有優勢：其光亮可以進行精確控制，且不會發射大量的紅外輻射(熱量)，還可以靠近作物放置以保持光吸收的最佳效果。LED是光譜和強度的最佳組合，使每一種作物能享有最節能的光合作用。

例如，日本的Mirai使用了17500個LED燈，為各種作物提供了生長所需的精確波長。據Mirai所述，新系統使功耗降低了40%，且產量提高了50%。

從長遠來看，由于有機LED(OLED)使用了有機化合物來生成光照，研究人員預測，其最終將成為一種更經濟、更有效的選擇。

監測和控制

由于垂直農場是一個封閉的環境，農場主采取了嚴格的措施來消滅害蟲、花粉或病毒。這一預防措施同樣適用于人類：在進入Mirai的“綠色房間”前，工人們必須先沐浴清洗，并換上已消毒的工作服。

垂直農場并不將土壤作為將營養物質傳輸至植物根部的媒介，而是使用：

水培法：作物生長在營養豐富的水盆里，或
霧培法：對作物的根部定期噴灑含有水分和養分的薄霧。

對于這兩種方法，操作人員都將對作物所有的宏觀和微量營養元素進行監控(圖3)。與常規操作不同的是，作物蒸發到大氣中的水分并沒有流失。垂直農場的空調系統可以恢復98%蒸發的水分。

圖3：垂直農場控制著生長過程的方方面面，從燈光的布置，到根系的營養等均有覆蓋（來源：Aerofarms）

嚴格的監測和控制可以收獲良好的效果：垂直農場不必再使用殺蟲劑、除草劑或殺真菌劑；且在18天內便可以完成豐收，相比傳統的農場，時間周期縮短了一半。而相比傳統的農產品，垂直種植的作物含有更多的維生素和礦物質：Mirai聲稱，他們所種植生菜的貝塔胡蘿卜素含量是傳統生菜的10倍多，維生素C、鈣、鎂的含量是傳統生菜的2倍。此外，生菜不需要進行清洗便可以直接烹飪，且在烹飪時可以鎖住95%的營養成分，而普通的生菜通常只能保持60%的營養成分。

機器人

垂直農場的下一個階段便是大幅削減成本，甚至減少人力投入，因此，機器人和無人機的投入量正與日俱增。在日本京都，SPREAD公司的“科技農場”剛剛破土動工。這個預計每天將生產3萬棵生菜的工廠造價17500萬美元，預計在2018年完工。

據TechInsider所述，該農場將使用機器人進行播種、灑水、修剪及收割，這些機器人類似于“全副武裝的傳送帶”。與其現有的Kameoka工廠相比，Techno農場將使勞動力成本削減50%，能源成本降低30%。

無人機可以替代大部分的人力，以進行大面積區域的監控。該行業的供應商正在引進一種輕型無人機，將適合監測大型室內農場的作物生長條件：如英特爾的AeroDrone，即一款無人機開發平臺，涵括無線控制器和英特爾的RealSense攝像頭。

大數據的作用

在傳統農業中，數據分析主要為農民提供有關作物生長的現有數據和歷史數據。這些信息通過儀器和設備直接獲取，或通過衛星和GPS跟蹤系統間接獲取。數據指標包括土壤質量和濕度、降雨量、化肥和殺蟲劑使用量及作物產量。

最先進的垂直農場則將數據收集和分析視作商業模式中的關鍵元素，并雇傭了許多數據科學家和工程師，其就如農學家和植物生物學扮演的重要角色一樣。例如，Aerofarms在一個生長周期中，對收集的數據進行了1萬多次的測量。該公司利用這些數據來提高產量和質量，同時也降低了成本，使垂直農場相比傳統農場更具競爭優勢。

總結

垂直農場在類似工廠的環境中，大量地使用技術來種植作物。就像傳統的生產線，工人和管理者監控和控制作物生長的各個方面，以最大限度地提高產量，并確保產品質量的始終如一。數據的收集將在改善未來幾代“產品”的質量方面發揮重要作用。

更多有關垂直農場的資訊，請訪問：Mouser塑造智慧城市的網站。