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智能灌溉,未來農村大趨勢

智能灌溉,未來農村大趨勢

107年
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活化新智能╳轉動社區力量

臺灣農民普遍高齡,農村青年大量外移,繁雜粗重的農務活,對年邁農夫在體力上是一大負擔。逢甲大學通訊工程學系林維崙老師,推展「物聯網於智慧農場監測系統之應用」計畫,帶領學生運用物聯網無線感測的方式,即時監控判別土壤相關資訊,解決農民每日有迫切需求的農地灌溉問題,以科技智慧活絡農村機能。

隨著感測網路與感測器應用的普及,未來農夫可透過科技傳輸設備,輕鬆以手機或平板電腦連上雲端,隨時掌握農地栽種環境與作物生長狀態,一指就能輕鬆完成「巡田」任務。這不是科幻片劇情,而是即將到來的「連接農業」時代

「連接農業」的時代來臨

何謂「連接農業」?林維崙老師簡單概述表示,以往農夫種田,大多憑藉自身的務農經驗,去判斷何時要灑水、施肥、播種、採收、銷售等流程。未來在田間架設物聯網感測器平台,可透過無線串聯傳輸的方式,將農作物生長與環境監測等資料,上傳至雲端進行分析判斷,這種「感應器到雲端」(Sensor-to-Cloud)」的物聯網系統應用,將會徹底改變農夫與作物、作物與環境的關係。

目前物聯網監測系統,運用在農地管理的業者或學術研究計畫,大多針對溫室栽種環境的固定式監控為主,而商業化開發的設備系統費用更是驚人,對一般小農來說,落實科技農業是遙不可及的夢想。林老師透過系上學生組成的專題討論課程,以實作教學型態引領學生開發輕便簡易、價格便宜、移動性強的物聯網監測系統,希望可輔助小農或老農進行智慧農地管理。

發展自動化灌溉系統

本計畫實驗場域位於彰化縣大村鄉,為團隊學生吳奕達阿公與叔公家的菜田中進行。因學生大多沒有實際耕種的經驗,林老師邀請農村相關人員,參與課程座談,交流他們的農事經驗與農地可能存在的問題後,為了評估實際作物生長環境與智慧感測功能的可行性,學生團隊特地動手挖土,在學校實驗室內搭建一座模擬農地的模型。

在壓克力板組成的一小塊模擬農地中,土壤裡放入植物種子,於上方使用木條來架高灑水裝置及LED燈條,模擬未來感測站運作之功能。感測站如同中控中心,透過不同感應器探頭,可偵測土壤溫度與濕度、空氣濕度、LED光源亮度、PM 2.5空氣品質、紫外線與氣壓,雲端平台將蒐集到的相關數據經演算過後,即可自動判斷是否要啟動感測器上方的灑水器進行給水。

       

       


利用單晶片系統與感測器製作而成的複合型感測站,
提供農民對天氣與環境各種參考數據。

       

       


運用感測器監控土壞濕度,若未達預設濕度標準,給水器便會開啟,給予適當水分。

       

       


林維崙老師帶領學生進入農村,體驗務農點滴。

 因地制宜,學習解決問題 

進行實地測試作業時,因實驗室模擬測試與農地現場還是有落差,如:土質鬆軟度、十字花科菜田作物的間距、不同系統組裝串聯等問題,師生都在全新領域中不斷摸索與學習。因農田腹地廣大、經費預算有限,無法密集布建多個固定式無線感應器,故採行動式感測器模式,每間隔五十公分,感應器就會插入土壤中進行探測;原本蕈菇狀造型的感測站,在實地測試後發現,行走過程中易壓傷農作物,團隊同學決定打掉重練,測量十字花科菜田的栽種間距後,將感測站改為「ㄇ字型」設計,輪子沿著蔬菜兩旁行走,解決了器材造成農損的問題。

學生團隊中,技術擔當的張潤淋同學說,「別小看這個物聯網監測系統,要運用三種以上的程式語言去建構。遇到不懂的就要自己上網學、和老師討論,快速找出解決辦法。」研發近六個月的過程中,林老師看見學生團隊積極面對各式挑戰,「這就是實作操練的好處,之前學生都是上理論課程,但進入真實場域後,看見他們快速學習與應變的能力,這就是逢甲學生在實作能量上的展現。」

智慧新農業的挑戰與衝擊

當老農民看見學生團隊製作出來的感測站,自信地說:「這個無效(臺語)啦!我用看的就知道要不要灑水了。」傳統農民擁有自己的耕作流程與經驗智慧,面對新科技導入時,難免會有所反彈及質疑,無論是內心衝擊、知識鴻溝或是資金門檻。但現代科技進步速度,一日千里。林老師相信,面對未來極端氣候帶來各物種在生存上的嚴峻挑戰,發展科技農業已是全球大趨勢。每一項新科技的發明,都是漸進累積而來;在與傳統農民溝通說服上,也要發揮滴水穿石的力量。他希望透過本計畫拋磚引玉,激發更多相關科系師生團隊可持續深入研究,蒐集更多大數據,進一步分析作物生長曲線,該施多少肥料、灌溉多少水、最佳收成期在何時?透過感測、智能裝置、物聯網、大數據分析等新興科技,讓臺灣農夫不再看天吃飯,真正朝向「智慧農業 4.0 」之路邁進。

enlightened計畫主持人:林維崙 / 逢甲大學通訊工程系 副教授
專長:調變系統、通訊信號統計分析、物聯網系統、深度學習。
想分享的話:
建議未來通訊工程相關系所老師欲參與本計畫時,可朝嵌入式系統與物聯網感測器的結合進行後續研究,協助農民建立智慧農場系統,開發採購農藥、倉儲控管或產銷系統等APP軟體功能,都是很不錯的方向。
enlightened學生回饋:吳奕達 / 通訊工程系碩士班 一年級
對農村想法的轉變:
傳統農夫在耕作流程上已有習慣步驟與經驗智慧,對新科技導入農業的相關技術溝通上,明顯有數位落差及提出質疑,因此在說服並教導農村長者使用新科技的問題上,未來需要慢慢克服。
enlightened教學亮點
  1. 透過專題討論課程,帶領理工生走出實驗室,親身踏入農村場域。
  2. 在實驗室進行模擬農地可行性評估,可提高實地測試的效率。
  3. 開放式教學,訓練學生觸類旁通的自學能力。

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