Teddy Bekele Land O'Lakes公司WinField部門IT副總裁

用更少做更多,這幾乎是IT主管經常得面對的考驗,可是,對農夫而言,農作物生長有其固定成熟周期,想要打破植物先天侷限,用更少的地,收成更多的穀物,是一個非常困難,甚至幾乎是不可能的挑戰。但這卻是美國百年農業公司Land O'Lakes旗下WinField事業群IT副總裁Teddy Bekele心中念念不忘的課題。

2015年全美5百大營收排名203的Land O'Lakes(藍多湖)公司,是一家以合作社聯盟形式經營的百年老牌穀物和酪農業公司,是全美最大黃油和乳製品供應商之一,也擁有多項飼料品牌(如Purina貓食),並在2007年成立了一個從事農作保護和精緻農業的WinField事業部門,利用各種科技來協助聯盟會員或合作社提高農產收穫。

早在2013年,Land O'Lakes砸下重金併購了衛星影像公司Geosys,讓WinField部門來開發出一套Web版農業決策系統,要協助農民透過地圖監控農地。WinField事業群旗下IT團隊多達300人,Teddy Bekele就是率領這個團隊的資訊長。

難題:如何在50年後餵飽全球100億人?

Teddy Bekele最想解決的一個難題就是,如何在50年後餵飽100億人?他解釋,根據估算,2050年時全球將有102億人,全球食物需求,比現在還要多70%才夠吃,但是,現在還能用來開墾的土地,只剩下12%,甚至有些土地水源不足,或得投資灌溉系統或大量基礎建置,實際還能運用的農地只剩下5%。「想要多開墾5%的土地,卻能提高70%的糧食產量,還要減少對環境的衝擊,這幾乎是不可能的挑戰。」

儘管,在1950年代出現了生化技術來提高農作物的產量,但是這樣的技術應用並不普及。

Teddy Bekele以玉米生產為例,全美平均一英畝可生產170蒲式耳(約6,182公升)的玉米,但是產量最高的玉米田卻可以達到每英畝530蒲式耳,甚至在高度控制的溫室或實驗室中,產量可以達到1,000蒲式耳。

為何落差這麼大?Teddy Bekele解釋:「因為美國農業仍然是大量依靠農夫的直覺。」為了解決這個問題,WinField發展出了一個輔助農夫種植作物的決策工具稱為R7 Tool。

因為美國玉米田採大規模種植,動輒是以100英畝為單位來計算種植面積,想要監控這麼大規模的玉米田不是一件容易的事。R7 Tool可以利用衛星所拍攝的農地照片,計算玉米田不同區域的光線反射率來判斷作物健康狀態。

Teddy Bekele解釋,健康玉米因為站得直,來自植物葉片的光反射率比較低,玉米越不健康,枝幹越彎曲,反射率就越高。他們會將玉米田上每塊區域的反射率分級,例如1到10分,不同分數的區域用不同深淺的綠色來呈現,顏色越深代表越不健康,若是沒有種植的空地則用紅色呈現。

將農夫直覺和經驗判斷,轉換成科學

如此一來,農夫就可以在R7 Tool上看到自己田地的玉米健康情況分布,再搭配最後收成量的資訊,就可以作為明年種植密度的決策參考,Teddy Bekele表示,這就是參數化的種植方法,可以針對不同區域來進行不同的種植策略,例如健康又收成高的區域,明年可以灑下更多的種子來提高收成。「可以將農夫單靠直覺和經驗判斷的種植藝術,轉換成科學。」他說。

R7 Tool不是市面上唯一的農業決策工具,而且想要有效幫助種植決策,還得匯入來自其他2、3種工具軟體的資料輔助。

過去美國農夫的作法就是帶著隨身碟,到處取得可用的參考資料,例如大型地理圖資或是抽樣實驗種植的報告,再帶回家匯入家中的軟體來進行分析,使用門檻相當高,導致普及率不高。

「想要人人都能使用,就得提供一套集中式的解決方案,串接各種工具提供的數據,而且非上雲端不可,因為美國有30萬名農夫,未來才不用煩惱越來越大的使用者規模。」Teddy Bekele表示。

所以,在2015年初時,Teddy Bekele找來SI公司協助開發,使用Google雲端服務平臺,來打造一套整合式的農業決策系統。

 

Land O'Lakes公司IT副總裁Teddy Bekele說,IT開始改變農業,不只可用更少產出更多,還能將農業變成資料驅動的新產業。

 

60人團隊用4階段打造整合式農業決策系統

WinField派出10名內部IT人員和50名SI公司的人員組成開發團隊。花了近1年時間,分4個階段完成了這套名為資料穀倉(Data Silo)系統。

去年2月,WinField展開第一階段的探索,還找來總部人員、零售合作社成員、第一線農夫和組成一個20人的腦力激盪小組,盡可能想像各種功能,甚至還在白板上畫出了想像的UI介面。

列出想要的功能後,WinField先從設計資料模式開始,他們決定建立一個標準化的資料模式,一方面有助於長期累積資料,也能用來建立一個標準化的API和標準工作流程。

不過,一開始,WinField團隊仍沿用傳統農夫處理資料的模式來設計新系統,也就是「檔案導向式(File approach)」的思維,以檔案為單位來設計新系統的資料模式。

接著,WinField選擇先從一個關鍵功能開始做起:「農田邊界視覺化」。技術門檻不高,因為使用Google雲端平臺時,已有現成的Google Map函式庫可套用,也不用擔心網路建置或伺服器等基礎架構的建置,WinField還使用真實的農地資料來建立雛形系統,在第一個衝刺(Sprint)階段的第二周末時,他們就做出雛形系統了。

為了加快部署,也直接使用App Engine來打造應用,讓開發人員專注於撰寫業務邏輯的程式碼。

另外,還找來總公司Land O'lakes資安團隊幫忙設計權限架構,進行資安評估,確保資料架構和系統架構可以提供足夠的安全保護和權限控管。

WinField實際找來合作社零售商和農場主人實測,也提出功能優先順序的建議,尤其是哪些原本以為想要,但實測後才發現不需要的功能。雛形系統頗受好評,但是,開發團隊接著開始打造正式系統時,卻發現出了大問題。

以檔案為單位來處理資料的方式,尤其不同工具或用途的檔案還得符合不同的產業標準,導致資料不易從檔案中抽取,不只影響了資料品質,還拖慢了程式效率。後來,WinField團隊退一步思考,農夫真的需要「檔案」嗎?其實農民需要的是農作資訊、種植情報而非「檔案」的形式。

所以,在第二階段,WinField重新設計資料模式,以GIS空間資訊為主要參考,來串接不同類型的資訊。將農夫資料、農地資料、農作資料都串接在地圖圖資上。如此一來,反而還簡化了第一階段設計的資料庫架構複雜性。

另外,WinField從農夫回饋中得知,其實農夫在農地現場大多使用手機或平板,回到家中後才會使用PC,而不像零售商以PC操作為主。因此,第二階段時UI設計也改以行動優先策略,先完成手機App的設計。

建立API來實現大規模自動化資料整合

去年5月開始進入第三階段,也就是發展API架構。這是最關鍵的一步,因為完成API之後,來自其他農業決策工具的資料,就可以自動匯入大量資料到Data Silo系統中,第三方的外部系統也能夠透過API來存取這些資料。

為了善用更多GIS功能,WinField決定改將應用系統部署到Google Compute Engine上,利用VM來執行應用系統和API引擎,取代了App Engine上的部署,另一方面也更容易藉助Google雲端平臺來擴充架構。

Data Silo系統的功能架構分成前端展現層、存取層和資料層共3層。前端展現層功能如展示資料、上傳下載資料、稽核報表、空間檢視、登入、首頁、安全控管、使用者模擬功能、搜尋等。

尤其是使用者模擬功能,可以立即呈現出使用者正在看的畫面。這麼做的好處是,若有農夫尋求協助時,後臺客服人可以同時看到這位農夫正在看的畫面,來提供更準確的協助。存取層則包括了資料轉換API、資料交換引擎,也特別重視法規的遵循,例如OADA。資料層則可支援美國常見3大農業決策工具等不同類型的資料。

這套Data Silo系統的前端介面使用了PHP和HTML,API層和商務邏輯後端同樣也使用PHP和Zend開發框架來開發,另外還使用了Python來處理檔案的拆解和資料擷取,再將資料儲存到Postgres SQL資料庫中。

例如要處理某一畝田過去種植了哪些農作物,因為農地上的每一個GIS點都要處理,多達上百萬筆資料,因此另外使用了Python來處理檔案,將圖資檔案中的資料轉換成可寫入資料庫的形式。

透過這套整合式的資料穀倉,可以將農夫需要的資料都集中到他手機或平板上,也因穀倉就是農夫儲放所有收成的地方。

Teddy Bekele表示,這套系統才以Data Silo為名,讓使用者一看就知道這是所有農業情報資料的集中之處。

「IoT、軟體開發、雲端技術這類資訊科技已經開始改變農業,不只可以幫助我們用更少資源產出更多,還可以將農業變成資料驅動的新產業。」Teddy Bekele表示,「小時候,我有個夢想是解決全球飢荒,因為雲端,我現在正在實現它。」

 

 CIO小檔案 

Teddy Bekele

Land O'Lakes公司WinField部門IT副總裁

學經歷:2000年取得北卡羅來納州立大學機械工程學位,2010年再回到學校在印第安納大學布魯明頓校區進修取得MBA學位。曾在空壓機設備商任職多年,於2013年進入Land O'Lakes公司旗下WinField事業部門擔任資深IT主管,2015年升任IT副總裁負責WinField事業部門所有IT業務。

 

 公司檔案 

Land O'Lakes公司

●      成立時間:Land O'Lakes創立於1921年,WinField事業部門則成立於2007年

●      業務介紹:以合作社聯盟形式經營的百年老牌穀物公司Land O'Lakes旗下有三大事業群,包括了飼料事業群、酪農業事業群以及從事農作保護和精緻農業的WinField事業部門。

●      總部:美國明尼蘇達州

●      組成成員:4,331名會員如1,273名生產者和799家合作社會員等

●      員工人數:1萬人

●      年營收:130億美元,其中WinField事業群年營收48億美元。

●      總公司網址:www.landolakesinc.com

●      WinField資訊部門主管職稱:IT副總裁

●      WinField資訊部門主管姓名:Teddy Bekele

●      資訊部門人數:300人

IT部門大事紀:

●      2007年:種子事業加入農作保護聯盟,成立WinField事業部門,提供農作保護業務。

●      2013年:Land O'Lakes併購衛星影像公司Geosys,供WinField開發Web版農業決策系統,協助農民透過地圖監控農地。

●      2015年:利用Google Cloud Platform服務平臺,打造資料穀倉系統(Data Silo),可統整多種農業情報和資料報表,來提供跨平臺的整合式農業決策系統,讓農民或管理者透過手機、平版或PC來查詢各類農作種植參考資訊和自家農地產能。


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