张弓佳格数据创始人兼CEO。前美国国家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心科学家。

卫星照我去种地

2016-08-21上海
我们的口号是耕耘天地间,人与环境能够和谐相处
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卫星照我去种地

张弓 2016-08-21


我是佳格的张弓,非常高兴到这里来跟大家讲一点我自己和我们公司的故事。

 

有人知道这个东西吗?Tang菓珍,这个东西当时是鲜品,很贵,当时在中央电视台有一个广告,说是美国国家航空航天局认证饮品。


我当时是求着我妈去买这个东西。我们那个年代好像大家都是科学迷,至少我周围的小男孩很多都是。当时有旅行者号,有航天飞机的发射,我是心神往之,但又不能至,所以只好就先买个菓珍。用现在的话来说,我那个时候也是一个中二少年。

 

我记得上高中的时候,别人给我拿来一本1981年的《国家地理》杂志,上面有挑战者号刚升空的介绍。我视如珍宝,每天都在翻,终于有一天给老师发现了,没收了。不过我的老师非常好,他在暑假去英国交流的时候,给我带回来一本新版的National Geographic。我很幸运,我的父母、老师他们珍重我这份理想,珍重我少年的航天梦。

 

但是很可惜,我并没有去当航天员。不过当时我的志愿基本报的都是跟天有关的,后来我去学了大气气象。这个过程中我还是不满足,我其实非常想干一些能够跟宇航跟空间扯上关系的事情。后来我突然发现卫星还可以用来干别的,除了发到外太空的这些探测器,它还可以看地球。

 

我当时发现有一件事特别好玩,能够把我对自然的爱好和对天文的爱好结合起来,就是用卫星看地表上的这些作物长得如何,所以我研究生的时候就去北大读自然地理。

 

这个就是我当年在呼伦贝尔拿着采样器采样。


我们做的事情是什么呢,就是通过卫星和地面的数据结合去看牧草什么时候返青。当然这个不是为了大家踏青准备的,是要知道它什么时候返青,可以让畜牧去吃草,因为太早吃草就会把草地都破坏掉。


但是这个东西我地面上踩了点,并不知道整个的情况,我们要做出整个的情况就需要卫星。当时最有效的卫星平台就在美国,NASA的一个叫modis的卫星。当时我就贸然地去它网站上看了一下,上面写着这里面的资料可以下载,也可以给你寄光盘,那个时候只有CD还没有DVD。

 

过了大概两个月,我们实验室传达室的老大爷突然叫我,说你们实验室买冰箱了吗——大概就像一席的牌子这么大的一个箱子寄过来,里面全都是光盘。我当时傻了,回到网站上去查,发现全都是free的。后来我就把所有的盘都拿出来,把数据读进去以后,我把所有的盘盒都留下来了。因为盘盒质量非常好,我都装了自己的CD了。

 

我就觉得这个地方太好了,我一定要去这种地方看看,也许我也能到它制造卫星的地方去看看。我就申请去了美国,在那里跟老师开始了我的学术研究,开始用卫星看地表的这些植被。

 

一年之后,我的老师给我发了一封信说自己要去干些更有意思的事情,他去《自然》杂志当审稿人了,他觉得天天看别人的新主意比自己想新主意快乐多了。当时在硅谷有一个美国国家航空航天局的研究中心叫AMES,它里面有一个实习的计划。


当时是第一届,所以就广泛地给所有的学校发邀请,有没有人愿意去做点研究,我当时很高兴就申请了。进去以后发现我是到现在为止第一个也是唯一一个中国人参加这个项目。因为当时它是第一届,不知道外国人进来要这么麻烦,而且不知道中国人其实不适合进入这个地方。

 

我实际上在NASA待了八年,在这里面做了很多用卫星去看地面的工作。你们看到这是当年我们用卫星看美国全国的树到底长得如何:它都长在哪儿,长得怎么样。我们可以看到东海岸相对来说树会矮一些,西海岸树相对会高一些。


我们也会通过卫星去看亚利桑那州发生森林大火以后到底是涉及什么范围,对哪些地方产生了影响。这张照片非常好看,像一个玫瑰花,但是其实底下红色的全都是被烧过的土地。


我们还干过一些当时看起来也是很先进的事情。你们知道卫星上面除了可以装相机,还可以装激光器、装雷达。我们把一个激光器放到卫星上,让激光器往地上打、全世界地打。这些竖的线全都是激光器在地面打的轨迹,它的范围挺大,大概几十米。我相信按照概率来说,咱们这些人里面肯定有被打到过的。但是没问题,这个不会对大家的健康产生影响。


我们实际是想通过激光器看地表的树有多高,把世界上每一棵树的高度量出来。这个想法当然很宏伟了,最后这个激光器因为能量太大,在卫星上炸了,所以我们没完成这事儿。但是现在新一代装激光器的卫星已经发射上去了。

 

在NASA待的过程中我们服务过了很多部门,包括美国农业部、美国资源调查局等等。这个是我们当时给美国的农户服务。因为我们中心就在硅谷,硅谷北边就是纳帕酒庄,是最有名的产酒的地方。我们实际上通过无人机、卫星相整合,去看每一棵葡萄长的情况,亮色的地方是相对来说长势特别好的地方。


在最近的十年,大家可能听说过Space X、Musk,还包括一些新的创新公司,我们现在有能力发越来越多的卫星到空间当中。这张图可能有些密集恐惧症的人不太舒服,但是实际上现在的数量还在急速地增长。


那个时候我们在想是不是还有一些其他的应用可以做,更直接地服务大众,更直接地跟商业相关。在硅谷就出现了很多新的创新研究。

 

这是被Google收购的Skybox Imaging,他们想的一个idea是什么呢,是我想要通过卫星知道全球原油(存量)有多少,就从这些照片推出来。


有人知道这照片是什么吗?这个照片是中国青岛对面的黄岛上面的储油罐。那怎么通过这个照片就知道全球的原油储量呢?首先我们要知道世界上绝大多数的原油要么在海上,要么就储存在这些巨大的储油罐里,这都是几十米上百米直径的储油罐。其次是这些储油罐非常非常大,它的盖非常非常重,以至于桶壁是不能把盖支撑起来的,实际上这些盖是通过里面油的浮力给撑起来。所以我们看到照片里有些有阴影有些没阴影,没阴影的就是里面油库是满的,有阴影的就是油库不满。那我们通过一个很简单的计算就会知道这个原油是多少。


我们可以看到,从2013年以后各种各样卫星相关的创业机构都出现了,比较荣幸的是这里面凡是做得比较好,估值最高的都是从我们中心(AMES)出来的。

 

这时候美国有一家公司叫Climate Corporation。他们通过卫星去看地表,看哪些地方长得好、哪些地方长得不好,我应该采取什么样的策略、应该怎么做。这个给我蛮大启发,因为我觉得这件事我也可以做啊,那时候就蛮想加入他们的。


2013年9月,Climate Corporation被孟山都公司花了接近十亿美元收购了。我听到这消息也很吃惊,就决定不加入他们。然后我就在想是不是这样的东西也能在其他的地方有用?在中国我们是不是能够做一些事情?

 

当时我就找了一些小伙伴,包括我原来NASA的同事、孟山都里面的中国人,也包括美国能源部国家实验室里面做气象的,我们四个人决定回到中国做一些事情。


这个其实是美国农田一个常见的地貌,里面有很多圆的东西,跟麦田圈似的。其实它不是人为画的,它是灌溉用的。


它中间是一个井,把水抽上来以后沿着一个灌溉的臂去给底下洒水,同时也把肥料放在里面。这个臂在转,所以它就是一个圆的。这个非常高效,因为基本上你不用在地下铺设管道,整个也是全程自动化。轮子上都有小的电机自动地来转,收割的过程也是全程自动化的。

 

这个地方在内蒙古东部,我们现在也有跟美国一样的大规模集约化的农业。


上面这片地就属于我们服务的一个客户。燕麦和紫花苜蓿是当地种植量最大的人工,大家吃的各种牛羊肉,其他的奶制品都很依赖于这些东西。


这些喷灌圈的造价非常高,一个喷灌圈加上设备都是上百万的投入。但是实际上我们看到美国那些圆里面都特别规整,绿油油的;在中国不是那么规则,有的是明显有一些问题。把它稍微放大一点大家能看到它似乎不像美国那么好看。


后来客户才知道原来这些东西不仅仅有硬件还要有软件相结合,我们要知道哪块地方种得好哪块地方种得不好,我去调节它的喷嘴、调节施肥方案,这样才能得到一个最优化的结果。

 

很巧合,他遇到了我们,我们就开始给他提供整个的一套解决方案,告诉他哪个地方需要种得多,哪个地方要种得少,包括明天下不下雨,要不要灌溉,后天收割等等情况。


但是一开始的时候他自己也蛮怀疑的:你们又没到地里来,怎么去做这件事情呢?比如说他非常想知道什么时候下雨,因为下大雨的时候机器是进不到地里面去的,下小雨的时候是可以的。这个时候他就非常需要知道是大雨还是小雨,明天下或者后天下。

 

我们一开始就是告诉他后天几点下雨几点停——因为我们都是习惯于城市的这种预报方式,这样的话大家都好接受,好安排出行。但他觉得这很不准,因为你告诉我六点下结果晚上九点才下,我说这并不影响你的操作呀,因为你关心的只是下不下雨或者下多大的雨。后来我们跟他不断地交流,最后才发现他整个的收割是有周期的,他不关心几点下雨,关心的是什么时候绝对不能下大雨。后来我们就把方案跟他的一些实际情况相结合,告诉他在未来的十四天里面哪些天绝对不会下大雨,然后他就去收割。

 

前一个月他都在骂我们说不准、没什么用:你说下雨我这边不收,人家那边都收了,我跟傻子似的在这看。我们自己也很焦虑,我理解他的需求,但他总觉得他的想法跟我们不一样。直到有一天我们说未来的一段时间里可能有一次特别大的降水,你现在草虽然还没熟但不如先把它收了。他靠着仅存的一点信任去把草收了,三天之后下冰雹了。周围所有的这些喷灌圈全都被砸掉了,他那边虽然早收了相对来说收得少一点,但是挽回了好多的损失。


我自己心里非常高兴:我第一次感觉到做了这么多年的学问,做了这么多年的数据,终于能够让我们一个个农民、一个个人来获益。

 

后来我们就想中国其实不仅有这种跟美国一样的大规模的农场,我们还有很多像这样的土地。这个土地在美国可能是一块,但在中国可能是上百块上千块,我们的土地因为联产承包责任制的原因都分下去了。能不能让每一块土地都能用上我们的服务、我们的信息,核心的一个问题就是如何把地块一个个分出来。


可以说,我们是第一家也是到现在为止唯一一家做这个的。为什么?因为美国没有这样的需求,中国之前可能没有做,或者技术上没有那么完善。我们是第一个通过深度学习把它应用到卫星图像里面,把每一块地都分割出来,把它们一一标定出来。这个时候我们就可以把数据提供给每一块土地:这块地上之前种的是什么,产量如何,你应该去怎么样地操作。


到现在为止大家对这套系统还是非常满意的。你们要是想去农村种地不妨用用,还是蛮好玩的。

 

其实我们还做了一些其他有趣的事情。比如我们知道很多的时候农产品价格其实是波动非常大的,如何去得到这种波动,如何减少双方信息不对称产生的这种巨额波动导致的损失。你看农民每年都是今年种西瓜种得少挣了,然后大家都种西瓜,结果明年大家都种得多卖不出去又赔了。这个在中国损耗是非常严重的,我们能不能知道整个中国范围内有多少种西瓜,多少种大蒜,多少种葱,避免这些“蒜你狠”“豆你玩”的事情发生?

 

举个例子。北京75%的蔬菜都来源于国内某个县,这个图片就是我们通过卫星把它拼接下来的。你们可以看到下边那一片亮的全都是大棚,都改变了地表的形态了。


那么如何把这些大棚一个个数出来,这样我就知道有多少相应的蔬菜对应北京的市场,下面的视频就是我们通过机器学习,自动地把这些大棚一个一个数出来。一共有多少呢,231764个大棚,你们要不信可以去数一数。


其实卫星还有很多其他的应用,我讲一点例子。

 

这个可能有些人看到过,是全世界的夜光图,显示每个地方夜里面发出多少光。其实都是人造的光,所以你看世界上最繁荣的地区,包括我们国家的东部,全都是最亮的地方。


那这还可以干一件什么事?我们白天可以拍建筑,晚上可以看灯光。我们知道中国有一些“鬼城”,我怎么知道那些鬼城在哪?很简单,我就看它夜里有没有光,没光的肯定是鬼城嘛。

 

我们知道每年都有雾霾,雾霾长什么样你们见过吗?我们给大家提供一个视角,就是从卫星上看雾霾在哪。白色的是云,底下那些脏乎乎的灰色的东西是雾霾。上面那个是北京,它覆盖了整个中国的华北地区。


它还能干些什么事情?这个是原来NASA也是我们一个华人科学家做的。通过激光去扫描这些漂浮在空中的沙粒,看沙子从哪边吹向哪边。我们当时做的是从撒哈拉向亚马逊平原的这种流动,未来我们其实也可以做中国的沙尘暴相应的研究。


很多人都看过这种大片,比如像James Bond Call CIA,或者军情五处给我一个卫星,我要看到地面怎么样的情况。遗憾地告诉大家那些都是假的。刚才看到的这个视频是人类第一次从卫星能拍摄地面的高清视频。这就是北京机场,一架飞机正在降落,这就是我刚才说的那家公司Skybox Imaging做的。这是2013年的事情。


我也荣幸告诉大家,现在在中国我们也有这样的卫星,长光卫星公司发射的“吉林一号”也可以拍视频。但是我觉得有一个问题想跟他们诚恳地说一句,就是把视频做得再好看一点。

 

这是我们做的,看全世界哪里在着火。左上角是中国,中间是澳大利亚。你看中国是不是蛮多的,那其实不是我们真的在发大火,很多时候是在燃烧秸秆。


我们的口号是耕耘天地间,人与环境能够和谐相处。我的分享就到这里,谢谢大家。