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智能感測,用大數據照看芭樂

智能感測,用大數據照看芭樂

108年
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創生行銷 X 智能培力

以物聯網為基礎的網路科技,如何應用在農村,並成為農民的最佳幫手?長榮大學資訊管理系陳建勳老師透過「智慧物聯網農場」共創計畫,在果園內布建完整的感測系統,並將收集到的資訊加以分析,為種植農作物的方式增添科學數據,不僅可提升耕作效率,更為科技與農業的結合走出重要的一步。


陳建勳老師帶領學生來到果園,了解如何布建感測系統。

不少農民在照顧農作物時,往往都是「憑經驗」,或依照前輩的指導「照著做」,但這些習以為常的種植方式,真的最有效率嗎?若想提升農穫,又該更改哪些流程或方式呢?答案或許不是憑經驗就能回答的。

有鑑於農民在耕作過程中,不時也有這樣的疑惑,讓擁有互聯網、資料庫管理等專長的長榮大學陳建勳老師心想,植物的生長條件不外乎是陽光、空氣、水,「若能透過物聯網的概念,在果園內布建感測系統,收集相關資訊並加以分析,是否就能尋找出答案呢?」

戶外布建感測器,現場狀況多

臺南市歸仁區大潭里是個以務農為主的寧靜農村,面臨人口老化且需要提升競爭力的問題。陳老師在拜訪大潭社區發展協會後,與陳姓果農合作,帶領著學生在占地800多坪的芭樂園布建安裝感測系統。

感測系統需先在現場布建感測器,才能將收集到的資訊如空氣品質、溫度、濕度、土壤濕度、陽光照度等,傳輸至雲端儲存,之後再進行數據分析。陳老師結合嵌入式系統與物聯網來執行計畫,過往,課程往往都在室內進行,此次走向戶外,對師生來說也是一項有趣的嘗試與挑戰。

學期初,陳老師先在課堂上講解基本原理,接著便安排學生到芭樂園,實際了解現場狀況。「光是感測器的布建就是一大問題。」陳老師表示,芭樂園的面積較室內大上許多,布建的感測器數量不少,其中還有位置與定位等問題,需要不斷嘗試才能找到最適當的布建方式。另外,長期使用的感測器還有電源供給的問題,而專做農田的水電師傅不僅較少,收費也高,這些都是要克服的難題。

戶外變動的環境,更有許多意外狀況要面對,像是靠壓力來進行感測的感測器,就曾在果園積水後,因表面沾黏泥巴而失準或故障,除了安裝位置要注意外,更要隨時注意現場狀況。至於資料傳輸,同樣需在戶外建立好有效的無線傳輸環境,才能將資訊順利上傳、儲存在雲端資料庫,等待進一步分析。


以人工智慧辨識芭樂果實數量,預測產量。

體會果農辛苦,設計作品更有感

學期末,學生必須繳交可實際應用的感測系統,其中包括如何焊接線路、如何有效保護感應器、如何將資料完整上傳雲端等,課程實作程度相當高。「學生必須系統化了解整個流程,而非只了解單一物件而已,所以會鼓勵學生多去嘗試,了解每個步驟如何實際應用。」

另一方面,學生到現場後,由果農講解芭樂生長特性、有哪些果蟲、果袋的包裝、現場如何澆水等實際狀況,讓學生不僅對農事更了解,也更能深刻體會經年累月守在田地的辛苦,在設計作品時就更有感。

耕作行銷,皆有科學依據

收集到的資訊,可以了解芭樂園的最高氣溫、濕度為何,以及陽光照射的方位等。「有了數據後,農民就可以更了解田地的狀況。」陳老師笑說,這就像吃飯一樣,如果耕作都能做到適當適時,沒有理由芭樂種不好。

感測系統需長期收集資料,因此在不斷布建的同時,陳老師還規劃安裝攝影系統,讓資訊內容更豐富。他表示,果農反映會有病蟲害等問題,若布建更高端的攝影鏡頭,就能隨時觀察芭樂樹生長狀況,以及有無病蟲害,進而做到防制。另一方面,這些果樹生長過程的影像資料,還可用來製作生產履歷,甚至依照生長狀況判讀收成量等,對農民來說更有幫助。

「過去以人工方式記載生產履歷,耗時又耗費人力,應用人工智慧,就能適時補足這方面的人力問題。」陳建勳老師表示,儘管目前只是建立雛形,且資料也需要有更專業的判讀才能有效應用,但有了更科學的判斷依據,就是個不錯的開始,也達到他一開始想以資訊科技來協助小農的初衷。


智慧控制箱根據土壤濕度自動給水。


戶外感測器的布建需針對現場環境做配置,同時還有水電、
網路連線等問題需要解決。

 


學生學習如何建立感測系統,其中包括硬體
的處理與上傳雲端等軟體方面的配合。

 

enlightened計畫主持人: 陳建勳 長榮大學資訊管理系  助理教授 

專長:物聯網、資料庫管理、程式設計開發。

想分享的話:我認為「智慧生活,幸福未來」。智慧農業還有很大的發展空間,特別在少子化、老年化的農村中,資訊科技的確可以幫助農民減少工作量,或讓收成變得更好,如此才能吸引更多年輕人共同參與,為農村注入新血。

enlightened合作場域:

臺南市歸仁區大潭社區

enlightened學生回饋:

智慧生活應用學程三年級朱峻毅

對農村想法的轉變:農村感覺相當空曠,加上夏天太陽很大、蚊蟲不少,在果園安裝感測器其實還挺辛苦的,不如以往上課在教室輕鬆。由於當初修課就是想學習如何將嵌入式系統應用在生活中,有過這次的經驗,以後也會更願意協助農村或從事相關工作。

enlightened教學亮點:

①   ​ 讓學生系統化了解整個流程運作,而非學習單一物件或內容。

②    實作性高,學生需親自完成感測系統規劃。 

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