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本期(104,離嘉築夢 花綻崢嶸)索引:
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* 智慧農業 戰情中心
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戰情中心

    本校在農業的發展及研究具有長遠穩固之基礎,為解決現今臺灣農業從業人員老化導致人力短缺的問題,在智慧農業方面,本校致力於培養具備「機電整合」、「物聯網開發」與「智慧科技應用」素養之新農業人才。為展現本校在農業領域上研究成果,規劃建置智慧農業戰情中心,搭配新興物聯網(IoT)技術,結合可視化之監控系統,呈現本校智慧農業特色。

    農業施作環境區分為室內栽培與戶外栽培,其中室內栽培大多數在溫室環境中進行,因此,農作物生長過程中的溫度、濕度、土壤狀態及其他條件因子,較容易受到控制。自動化控制技術往往使用在該場域之中,目的為使農作物可以有較好的品質與產量。然而,許多的監測與控制技術及決策判別規則,會因各場域不同,有不同的設定,更有許多判定的規則,例如水果成熟度或蔬菜黃化程度等,則是仰賴人工經驗判定,缺乏客觀檢視條件。由於更改設定會影響作物之產量與品質,導致農民傾向不隨意改變參數,避免影響該期農產品收穫。

    在自動化技術管理及物聯網(IoT)技術相繼成熟,許多作物生長監測數據已可透過物聯網(IoT)技術將資料蒐集至雲端,這些數據的採集,搭配專家學者專業領域知識進行分析,可由其中分析農作物生長環境與各項產出之關係,進而提供更優化之設定參數。

圖1.戰情中心內呈現各場域資料於數位儀表板
    圖1.戰情中心內呈現各場域資料於數位儀表板

    戰情中心建置初期,結合物聯網(IoT)技術與感測器網絡,搭配廣積科技伺服器與農用感測裝置,蒐集溫室作物或場域生物生長資訊,作為大數據分析資料庫,相關資訊可提供給專家進行診斷與服務應用。透過大數據資料探勘、整合及分析,將數據轉換為經營有用資訊,提供管理者進行產銷規劃及生產管理判斷參考,並協助生產過程的智慧監控,降低勞動力需求,建立有效率的經營管理模式,生產符合消費者需求之農產品。

    目前本校蘭潭校區設置多處資料蒐集場域,針對場域特性,選擇適合之環境監測與生產作業監控所需之感測器,搭配網路服務,透過邊緣運算設備(Edge Computing Equipment)進行資料蒐集,再傳送到智慧農業戰情中心伺服器之資料庫系統。戰情中心內則配置數位儀表板,多螢幕顯示下,可切換顯示場域,並對場域進行監控(如圖1),透過即時資訊之蒐集,可在戰情中心內了解各個場域即時環境狀態。

    拜資訊科技發達所賜,栽培作業過程中,生長數據資料的蒐集越來越便利,搭配物聯網(IoT)技術的普及化,資料可快速傳遞與匯集。如何有效並快速地呈現生長數據,進而相互比較分析,日益重要。本校與研華科技攜手合作,結合農業上專業領域知識,搭配研華科技提供之WISE-PaaS學術平臺,可方便快速建立儀表板,進行資料視覺化(如圖2),讓學者或專家可快速掌握數據資料變化。

圖2.藉由資料視覺化,可快速掌握數據資料變化 圖3.試驗研究資料圖形化監測儀表板
圖2.藉由資料視覺化,可快速掌握數據資料變化 圖3.試驗研究資料圖形化監測儀表板

    此外,WISE-PaaS學術平臺也提供敏捷開發之建模工具及豐富的儀表樣板,協助學生或研究人員,快速視覺化呈現資料及場域之現況(如圖3、4、5)。

圖4.萵苣栽培管理之可視化儀表板 圖5.溫室光照累積智慧澆灌儀表板
圖4.萵苣栽培管理之可視化儀表板 圖5.溫室光照累積智慧澆灌儀表板

    本校蘭潭後山植物園附近設置草莓溫室(如圖6),以草莓溫室為例,採用無毒栽培,符合政府推廣安全食農概念。園藝學系師生於該場域搭建滴灌系統,進行草莓滴灌作業,並結合廣積科技之機電整合與自動化技術,設計智能環境參數感測裝置,對草莓溫室之栽培作業環境參數,利用物聯網(IoT)技術將資料串接回傳至戰情中心伺服器,呈現該場域之監控數據(如圖7)。

圖6.蘭潭校區後山草莓溫室之實際場域 圖7.利用物聯網(IoT)技術將資料串接回戰情中心之畫面
圖6.蘭潭校區後山草莓溫室之實際場域 圖7.利用物聯網(IoT)技術將資料串接回戰情中心之畫面
圖8.植物工廠內水耕栽培監測儀表板
          圖8.植物工廠內水耕栽培監測儀表板

    此外,在植物工廠內之水耕栽培狀態,亦可透過物聯網(IoT)技術,將栽培環境資訊與營養液狀態,快速便捷地呈現在儀表板上(如圖8),讓管理者可以即時掌控。

    在農業方面,智慧製造較少有實際應用案例,109年度以廣積科技開發之茶葉包裝機械為雛型機(如圖9),進行物聯網(IoT)裝置配置。廣積科技所提供的雛型機可進行茶葉包裝作業,包裝過程中的作業資訊,則須仰賴機器內部設置的人機系統,本校專業團隊設計規劃以支援物聯網(IoT)傳輸之感測設備,搭建於包裝機械內,讓包裝過程的資訊,透過物聯網(IoT)傳輸至戰情中心伺服器,顯示包裝作業流程,包括茶葉包裝作業之重量設定、機臺狀態、執行模式及材質設定等機組運作狀態(如圖10)。

圖9.廣積科技提供的雛型機可進行茶葉包裝作業 圖10.茶業包裝作業數據視覺化呈現於戰情中心面板上
圖9.廣積科技提供的雛型機可進行茶葉包裝作業 圖10.茶業包裝作業數據視覺化呈現於戰情中心面板上

    未來智慧農業戰情中心將持續蒐集校內各種應用場域研究數據,並搭配儀表板方式呈現,使管理者或研究人員可即時掌握場域內各項資訊。

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