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智慧農作管理上路 智慧農夫farm輕鬆

智慧農作管理上路 智慧農夫farm輕鬆

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長榮大學資訊管理學系助理教授 陳建勳

夏天的南台灣,氣溫動輒飆破攝氏三十五度,溫室園區因為包覆防蟲紗網、空氣不流動,更是超過四十度高溫,正在巡視果園的賴育萍早已揮汗如雨。

為對抗天災,溫室已成現代農民的基本配備,但溫室耕作環境仍存在許多待改善的問題。長榮大學資訊管理學系助理教授陳建勳觀察到,經濟效益和勞動成本不成比例的現象,是造成務農人口青黃不接的原因,如果傳統農業可以注入科技,改變操作模式,應該會有相當正向的發展。

陳建勳則提到市面上現有的溫室控制系統價格不斐,通常收集到的資料不會進行儲存;也就是說它是一個封閉的系統,系統難以更動;這樣一來,就不易調整來適應不同農作的需求。事實上,農產品不像科技資訊產品一樣具有規格化及一致性的特質,不同的作物會因為季節、氣溫、溼度、環境、風力、土壤等因素變異,而有著不一樣的成長需求,因此,都會影響溫室控制系統設定的內容。這對師生來說,是一項全新的挑戰。

陳建勳說,以這次合作的溫室為例,總共分成三個區塊,分別種植小黃瓜、甜椒和美濃瓜,三種作物的照顧方式不盡相同,例如在相同的溼度值中,小黃瓜和甜椒需要的灌溉水量就有多寡之別,程式的啟動值就得修改;或者是溫室到達什麼悶熱程度,會適時打開通風設施、使空氣得以流動……。系統設定的主要依據就在於這些「門檻值」的確認,而這些都得靠師生和溫室主人在場勘及施作過程中,不斷討論、修正,並透過時間、經驗來累積。

針對不同作物,設計客製化的程式系統

經由社區理事長的引薦,陳建勳和台南大潭區的溫室主人賴育萍透過「校園共創計畫」展開合作,將建置雲端智慧農作管理系統。賴育萍表示,溫室除了夏天溫度太高,讓人無法久留外,自己平日要兼顧多項工作,在結束上午時段農務後就沒有空檔再回到溫室看顧作物,所以如果可以透過網路啟動灌溉系統之類的耕作作業,以及能遠端監控,讓自己即時處理溫室突發狀況,對生活、工作效能等各方面來說,都會有莫大的助益。

陳建勳則提到市面上現有的溫室控制系統價格不斐,通常收集到的資料不會進行儲存;也就是說它是一個封閉的系統,系統難以更動;這樣一來,就不易調整來適應不同農作的需求。事實上,農產品不像科技資訊產品一樣具有規格化及一致性的特質,不同的作物會因為季節、氣溫、溼度、環境、風力、土壤等因素變異,而有著不一樣的成長需求,因此,都會影響溫室控制系統設定的內容。這對師生來說,是一項全新的挑戰。

陳建勳說,以這次合作的溫室為例,總共分成三個區塊,分別種植小黃瓜、甜椒和美濃瓜,三種作物的照顧方式不盡相同,例如在相同的溼度值中,小黃瓜和甜椒需要的灌溉水量就有多寡之別,程式的啟動值就得修改;或者是溫室到達什麼悶熱程度,會適時打開通風設施、使空氣得以流動……。系統設定的主要依據就在於這些「門檻值」的確認,而這些都得靠師生和溫室主人在場勘及施作過程中,不斷討論、修正,並透過時間、經驗來累積。

在場勘和施作過程中,不斷修正設計

陳建勳回憶起同學們首次進到溫室的第一個反應是:「好熱啊」、「怎麼這麼熱」、「蚊子好多喔」,待不到一會時間大家就揮汗如雨,手邊可以招來涼意的東西都被拿來搧風了,然後急著想要出去透透氣。陳建勳提到:「年輕人普遍不熟悉農務環境,可能連園藝都沒接觸過,做一點除草、整理環境的工作就開始喊累,甚至會失去熱情,這是很正常的事情。但我覺得這反而是最重要的,學生們如果真的感同身受到了產業的辛苦之處,那麼在後續智慧管理系統的建置、程式碼的編寫等方面,就能做出更貼近使用者需求的設備。

此外,團隊來到實地勘查、了解耕作環境的現實條件後,也碰到兩個待解決的難題。首先,溫室使用的是地下水灌溉、供給的情況並不穩定,因此很有可能會出現馬達空轉、過熱的情形。對此,陳建勳、賴育萍和學生們討論出了一個可行的方式:架設水塔。如此一來,灌溉水的來源不僅充足無虞,經費負擔上也不會過於沉重。

其次,耕作過程當中所取得的各項數據要回傳到雲端,但是溫室環境根本沒有網絡。在師生共同討論過後,決定採用4G路由器加手機預付卡連上網際網絡的方法,成了經費考量與數據儲存兼善的最佳方法。

                                                                    
                                                                                 同學踏進溫室除草、整理環境,感受到產業的辛苦。                                                                                     

高端技術接上地氣,彌補產學落差

這門課程是第一次和產業界合作,和以往不同的是,在學生著手設計程式的過程中,陳建勳會不斷提醒同學去思考在課堂上學到的知識要怎樣應用到實際的生活當中:資訊科技、雲端運算等高端技術在接上地氣之前,兩者原本存在的落差如何彌補?在和農民接洽之前,老師在課堂就先要求學生透過網路蒐尋、文獻蒐集探討等方式,研讀農業相關資料建立知識基礎,並經常和溫室主人互動請益,以針對不同類別作物的耕作方式,進行差別化的設定。

                                                                                                      
                                                              透過手機的智慧溫室管理系統,能隨時掌握溫度、溼度等,也能自動啟動灑水。                                        

一位參與課程計畫的學生李政宏則說:「在課堂上學到的東西轉移到農村時,常常會有水土不服或是不符預期的情況出現,這時候就要當場把問題排除。」

陳建勳特別強調,這些智慧耕作、管理系統的所有零件都是市面上買得到的,程式碼以及數據資料庫也都可以分享給有意願、想要了解這種新式耕作方式的農民。換言之,這套系統是完全對外開放的,目的在於降低人力、支出成本,且提高競爭力,幫助傳統農業開創新的可能。

►計畫主持人說: 從事農業工作的人口年齡層逐年攀高,對他們來說,務農所要耗費的大量精神、體力,無疑是相當沉重的負擔。正因為如此,年輕一輩的人對這項被稱為「夕陽產業」的工作很難抱有熱忱,或有意願投入。所以,假使能透過科技、資訊工程的引入,讓這項工作變得更有「智慧」、讓農民的生活有更多的餘裕,可能是一個難得的轉型契機。

►農村代表說:溫室耕作雖然可以減少大自然造成的影響,但在夏季時期室內的溫度往往可能高達四十度以上,根本無法待在裡面做事。所以這套智慧管理系統帶來的幫助是很大的,除了可以避免掉高溫帶來傷害,也可以更有效的利用時間。就像是陳老師提到的「精準農業」這個說法,讓產業有機會擁有嶄新的面貌。~溫室農場主人 賴育萍

►學生代表說:這門課程是一個全新的東西,在克服種種困難以後,終於架設了第一個感測器在農村裡面,並且可以成功運作,真的很開心。雖然感測器小小一個,但是充滿了許多心血,看著機器順利運作,一切都值得了。雖然離全部完成還有一段距離,但是我會竭盡所能把一切做到最好。這門課程也可以體驗到農夫的辛苦。~長榮大學資訊管理學系學生 李政宏

 

enlightened重要活動歷程enlightened

  • 4月 農地現場勘查,了解農民需求
  • 5月 規劃智慧控制系統架設位置與灑水動線;系統需求分析
  • 6月 學生協助場地整理;設備採購建置;系統軟體開發
  • 7月 智慧控制系統硬體開發與測試;工程施工
  • 8月 雲端資料庫建置與生長環境資料收集;工程施工
  • 9月 系統整合測試;工程施工
  • 10月 系統整合測試調整;工程施工
  • 11月 舉辦長榮大學農村實踐聯合成果展

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