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智慧監測,雲端下的土壤好活力

智慧監測,雲端下的土壤好活力

107年
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活化新智能╳轉動社區力量

農村人口老化、人力短缺已是普遍性問題,如何達到農業4.0,將農村智慧化、農業自動化,朝向精緻農業發展,是目前農業科技刻不容緩的議題,尤其是需要高度人力、物力的有機農業,更急需導入各種智慧耕作系統,提昇產值、降低成本。劉仁俊老師指導的學生團隊,透過場域的監測器和實驗室的雲端資料庫,建立起一套即時監測的智慧土耕環境分析系統,讓從事有機農業的農友們,可透過肥力調整,用最健康的土壤種植出最健康的作物。

一群學生在田間嘰嘰喳喳討論如何找個最好位置,將裝在桃紅外殼的樹莓派模組固定在枝椏間,架設好了還得測試WiFi訊號強度,確認土壤及周圍環境的即時數據,能否順利傳回屏東大學劉仁俊老師「數位信號處理實驗室」的伺服器中,這套「智慧土耕種植環境之研究」結合了物聯網、大數據和人工智慧等三大技術核心,不但提供參與計畫學生一套完整的實務訓練,也為農場解決未知環境變數的問題。

監測耕地養分,好土結好果

「七年前就規劃好回來務農,為了改善孩子的過敏體質,將農法改為有機,土壤分析對我們這種小農來說格外重要。」從屏東大學退伍的教官陳芸楷,三年前回到車城埔墘社區老家,全心放在有機耕作上:「我從完全不懂,到處去上課、學習,慢慢嘗試,種了70棵果樹,最慘的一年只有兩箱共18顆芒果可以賣。」

不只是賣相不佳的問題,土壤酸度過高或缺少硼素,導致「缺硼症」裂果,也讓收成減少:「這套數位監測系統能充分了解土壤養分改變的狀況,讓我們適時添加各種維生素或酵素液肥,避免病蟲害產生。」雖是相鄰土地,因採用的農法、土壤質地、種植作物等環境變數,肥力就不同,陳教官非常需要這套系統了解目前耕地的狀況,好做出肥力調整。

獨立開發,學生大挑戰

由於屏東大學要求每一位大學生畢業前,都必須提出論文或專題研究,於是劉老師將選修實務專題的學生分為兩組,各選定一個主題進行實驗,由於智慧土耕研究獲得共創計畫的經費支應,讓學生得以從感測器、網頁及APP、影像監控、大數據資料庫開發、3D列印外殼等,透過驗證實際組裝、做出成品,有別於一般鍵盤模擬的程式設計,因此學生們競相加入。

一向對微電腦組裝有興趣的吳聲玄,非常樂於接受這個計畫的高挑戰性:「這個專題最難就是軟硬體結合,要利用軟體驅動硬體裝置,有時候明明用自己覺得可行的邏輯寫出程式,卻沒辦法跑出自己要的結果,就得向老師求救。」同組的楊智傑也有類似經驗:「那時候連結二氧化碳感測器的驅動程式怎麼樣都寫不出來,半夜都睡不著,大清早以為找到解決方案,就衝進實驗室,一待就到半夜還是失敗。」

       


智慧監測系統架構圖。

       


團隊成功將感測器平台架設於果樹上。

雲端大數據,智慧分析

除了主力開發之外,劉老師還指派了另一組同學負責解決空曠地區WiFi訊號過弱的問題:「這可以說是很完整的職前訓練,跟業界工程師的訓練類似,依據客戶需求,不斷測試找出解決方案。」現在學生的整合能力普遍不足,以資訊類的科系來說,學生畢業前必須熟悉電路和軟硬體的基礎知識,但往往不知如何交互運用,藉由這次共創計畫,和老師、教官來回討論、自己開發程式及購買材料,獨立完成一項產品的開發,是整合性訓練的絕佳機會。

目前學生雖然將系統和感測器順利開發出來,陳教官利用手機APP和網頁就可以獲得每15秒更新一次的現場照片,當然包括照度、溫度、空氣濕度、土壤濕度、二氧化碳、土壤酸鹼值等數據,但這些數據存入系統後,還需要陳教官協助,加入收成、植物成長狀況等資料進行大數據以分析,才獲得更有用的結果。「市面上有類似的技術和產品,但是費用太高了,一般小農真的用不起。」劉仁俊老師希望透過本計劃,將每套基礎監測設備的成本控制在5000元以內,讓每個有心朝精緻農業發展的小農都負擔得起,等到大數據資料庫累積足夠後,進一步請農業專家針對各種類型的土耕環境進行分析,做出專業的種植建議,讓小農也可以變身智慧農夫,有效提昇耕作效率。

enlightened 計畫主持人:劉仁俊 /國立屏東大學電腦與通訊學系 副教授
專長:智慧系統、影像處理、數位訊號處理、通訊系統。
想分享的話:透過場域的需求訪談和學校實驗室的設備,我們團隊順利開發出一套成本更親民的智慧系統,未來場域也將持續使用這套設備,建立資料庫來做大數據分析。未來希望能夠普遍推廣,讓更多農民能夠採用,並強化農業與資訊的跨領域結合,改進耕種技術,讓農民能真正受惠。
enlightened學生回饋:吳聲玄 / 電腦與通訊學系
對農村想法的轉變:沒想過自己所學也可以用在農村,從無到有的產品開發過程很具挑戰性,常常會需要睡在實驗室,真的很像提前進入職場,是很棒的實務經驗。
enlightened 教學亮點
  1. 實務專題模擬業界工作模式,為進入職場做準備。
  2. 獨立開發產品及系統,深具挑戰性。
  3. 跨領域合作,用科技解決土耕環境控制問題。

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