智慧農業產業發展

生物機電工程學系暨智慧農業研究中心主任　洪敏勝教授

　　隨著世界人口不斷的成長，全球均致力於提升農作物產量，以減少人口增加所帶來糧食不足的壓力。近年來氣候變遷所帶來的環境變動，包含極端天候的影響，以及農業作業現場人口老化與生產人力減少，種種因素迫使農業產量減少，同時引發糧食危機問題。為維持農作物產量及提升農作物品質，伴隨著科技的進步，各主要工業先進國家也逐漸投入人力與資金發展智慧農業生產技術。

　　我國農業在歷經密集人力、機械自動化生產等階段，雖然農作物的產能與品質均有所提升，但依據行政院農業委員會資料顯示，農地耕作面積並未相對提升，糧食自給率低於40%。其原因除農場規模小，多屬於小農家庭農場經營型態，耕作效率不易提升外，農民平均年齡偏高（約62歲），加上從事農業人數減少，農業人力需求不足。此外，環境氣候變遷劇烈，增加農業經營的風險，農作物產銷資訊不透明等因素，也讓有心投入農業就業市場的青農裹足不前。若可以將大數據、物聯網與AI技術整合自然資源、農機具效能、農地歷年狀況、農作物生產特性、農產品產銷等資訊，讓農民獲得農作物在種植、收穫到銷售等資訊，幫助農民更有效率地生產高品質及符合食安的農產品，如此不僅能發展出臺灣農產品的特色，也能推動臺灣農業往智慧農業邁進。

　　農業生產智慧化的發展範疇涵蓋農、林、漁、牧相關農產品生產過程，農業設施因其環境與空間已有一定的管理與控制，因此容易推動智慧農業技術。今年6月艾群校長帶領本校同仁及農委會、業界公司相關人員前往日本考察智慧農業技術，期許以日本產學技術作為借鏡，作為本校發展智慧農業技術的契機。

　　日本Tomato Park公司（誠和(Tomato Park)株式會社）溫室番茄農場於105年引進荷蘭專業生產溫室設備及技術生產番茄，該農場設施共5棟（150坪1棟，300坪4棟），各間溫室採用不同生長條件與技術，藉以進行研究並改進栽培技術。溫室中栽種的番茄平均產量1分地約50噸，其產量是傳統溫室的3倍多。溫室番茄農場所使用的番茄栽培方式採用可多年生之雙幹式栽培，並在每一株番茄介質插入肥水供應管線，在栽培支架下方導入CO2氣體。溫室中也安裝環境監測感測器，即時監控溫室的溫、濕度等參數，同時在溫室中裝置熱泵，用以提供溫室中不同位置的溫度差而產生熱對流（氣流）效應，配合夏季高溫期與冬季低溫期的氣候條件差異，利用溫室的氣流置換裝置達到溫室環境參數控制最佳化。

　　日本Hiro Farm公司溫室草莓觀光農場利用溫室栽培設施與智慧感測監控，建構草莓生產管理系統，除生產草莓外，同時也作為觀光農場，提供參觀與實作，培育設施智慧農業人才。日本夏季高溫不利草莓生產，為延長草莓產季，讓夏季時繼續生產草莓，草莓觀光農場採用溫室環境控制系統，於溫室中導入冷空氣，讓草莓生產期比一般傳統生產方式更加延長產季。為提供更佳的草莓生產品質，草莓生長所需的水養液導電率與pH值均以監控系統維持穩定值，栽種介質下方架設的管線導入，達到最佳化的生產條件。同時於草莓植株根部直接進行冷卻（或加溫）等溫度控制，促進花芽的分化與成長。溫室中架設波長440–450 nm以及630–660 nm不同波段的LED燈以增進植株進行光合作用，同時架設紫外光燈，夜間無人進出溫室時照射草莓植株，增強植株免疫力，避免病害發生。

　　以往農業生產與產出過程資訊互不流通（例如：生產區域、栽培管理系統、土壤地理資訊及水資源資訊等），整合農業生產相關資訊等軟體的建置，對於智慧農業技術的推動具有關鍵因素。日本農林水產省規劃並透過農研機構建置的農業資訊整合平台（WAGRI）於108年4月正式啟用，此平台是利用資通訊技術以及大數據的分析，將日本國內農業作業現場的環境參數、農作物資訊、農作物生產規劃所需的農機具數量與技術、管理方法等統計資料，全部匯集於WAGRI，提供全國農業從業人員作為農作物生產管理之參考依據。WAGRI收集的資料來源除來自於政府單位的資訊（例如：地理、氣候等），還包括農業從業人員提供給農業經營者（含IC技術相關公司）與農業作業者（含農業機械公司）的相關生產資料、使用的機具資料等，透過資料統計與大數據分析結果，整理出農業生產與產出過程中的環境資訊（包含地域性的土壤、氣候等）、作物生產資訊（包含地域性的種類與產量等）、產地與市場價格資訊（包含不同時期市場價格等），並針對產量不足或品質不佳的農作物生產提出解決方案。對於農產品生產者而言，加入WAGRI不僅可以獲得作物生產管理資訊，得知栽種時間、如何栽種才能有最佳產量與品質，獲得農產品銷售價格與銷售通路，取得最佳獲利。
　　日本大學在智慧農業發展與推動方面，以千葉大學與筑波大學為例。千葉大學的植物工廠技術開發已經達到商業化推廣等級，同時也與日本各大企業進行植物工廠相關技術產學合作。目前有5棟太陽光利用型溫室進行蕃茄栽種，為進行環境溫度與光照控制，溫室材料則採用保溫遮光材料，並施用二氧化碳以促進作物光合作用，另外設施外面建構雨水回收利用系統，更可以增加水資源再利用，同時應用雙效熱泵系統，達到節能的功效。此外，千葉大學建立密閉型人工光源型植物工廠進行萵苣多層架式水耕栽培，植物工廠以立體化多層架水耕栽培方式，並利用T5螢光燈為人工光源，進行萵苣植物工廠化生產。

　　筑波大學多年前已建立智慧農業團隊，研究的領域包括：（1）自動化駕駛的農用自走車—採用的技術是用光學及視覺感測系統，與傳統的GPS定位不同，此項技術也是該團隊首創研發。（2）空中農業無人機的應用技術—結合AI技術，對於農作物進行影像辨識及田間作物問題判斷，該團隊於農用AI上的技術研發種類相當多。（3）作物生長土壤IoT系統—主要是藉由物聯網的方式，配合感測器即時進行土壤水份監控，適時補充澆灌水量。
　　本校農學院多年來在臺灣農業生產體系耕耘，不僅孕育許多農業人才，在農業生產技術的提升也貢獻許多心力。本校去年整合農學院、理工學院、生命科學院與管理學院在農作物生產管理、資通訊與影像辨識、感測器技術、農機具開發、食品安全與生化檢測，以及IoT、雲端與大數據、產銷管理等相關專長的教師群，成立「智慧農業研究中心」，目前已建立無人機團隊–包含2台植保機、4台具有可見光、多光譜與熱影像攝影功能的無人機，52台教學用小型無人機。108學年度將建置無人飛行器模擬與實機飛行訓練系統，同時已向經濟部水利署第五河川局申請場地規劃，作為無人機考照用地，後續將申請由本校進行農用植保機訓練與考照之業務。另外，成立影像辨識團隊，利用影像分析進行水稻、蔬菜、水產養殖、禽畜等生產管理，以及土壤調查分析、水土保持等領域研究。目前研究團隊已獲得科技部智慧農業科技研究計畫之補助，執行「甜椒栽培植保機器人之研製」、「智能化鳳梨生產田間作業機械研發與應用」等整合型研究計畫，奠定本校在智慧農業技術的研發動能。