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1月號 2019 Jan
資訊補給站-無人機掌握大數據 台糖智慧農業迎浪潮
文/資訊處 楊舜翔
 
前言
  近年來各國在農業皆面臨極端氣候、農業人口老化、食品安全等挑戰,必須要有新技術來協助農業發展,透過物聯網(IoT)、大數據(Big Data)分析、深度學習、人工智慧等技術,能準確掌握數據,再輔以專家系統進行判識,期能更有效維護糧食、食品安全及生態安全。在智慧農業發展過程中,無人機是不可或缺的工具,只要將載具與相關遙測技術結合,就可為農業管控上及專業知識判斷的延伸,配合後端分析,讓管理者更有效率監控農場。 
臺灣也有許多應用無人機來輔助農事研究,像清大電機黃能富教授,利用無人機來協助火龍果果農測定田間植生指數、土壤溫濕度與光照度來追蹤作物生育狀態,藉此擬定施肥、噴藥、灌溉等作業。可建立精準肥培管理模式,協助農民調節劑噴量與時機,或建立病、蟲、草害預警模式。隨著無人機的進步,更有可能取代人力,完成其他更複雜的田間作業,朝智慧化邁進。

 
 
無人機的類型

類型

多旋翼

直升機

固定翼(跑道型

固定翼(手拋型)

優點

平衡佳、易操作、動態影像品質較佳

載重大、機動性強、可定點即時起降

穩定性高、續航力佳

穩定性高、續航力佳

缺點

續航力差、酬載低、抗風力差

技術門檻高、航速較慢

起降作業麻煩、機動性不佳

起降作業麻煩、機動性不佳

根據需求選擇適合的無人機,例如:大面積的農業調查,會選擇固定翼的機種;農藥噴灑作業,會選擇直升機來執行,但仍須考量現場環境作業來選擇。
 
無人機應用
無人機大致分為無人機農業調查及無人機農業噴藥,分別以下說明:
 
無人機農業調查:根據調查項目無人機需搭載不同的感測器來蒐集植物生長的相關資訊,大致整理如下:
 
1. 透過NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,標準化植被指數)值來監控作物生長健康情形,利用多光譜感測器,偵測植物表面葉綠素的量。葉綠素越多,訊號反射越強,也代表植物越健康。 
 
2. 透過高解析度相機,將拍攝照片透過AI人工智慧進行品種識別、產量推估、雜草分布、災損調查...等運算,產製相關主題圖。
 
3. 搭載光譜儀器監控植物葉表面的肥份是否足夠,以作為是否追肥之依據。
 
4. 根據學者研究農業用水多達四成回流於地下水,造成資源過度的浪費,因此透過搭載可見光及紅外線攝影鏡頭來計算用水需求,根據計算結果產生水壓圖,藉此評估哪塊土地需要灌溉以及水量。
 
無人機農業噴藥:目前農業局處開始推廣無人機施肥作業,主要為了解決農業人口老化及缺工等問題,無人機農業噴藥有以下特色:
 
1. 自動化:搭配APP將土地框選後,並設定相關屬性,如:飛行高度、飛行間距...等,就會自動創建飛行計畫,將其飛行路徑上傳到機中,無人機就可依路徑進行作業。
 
2. 高效率:無人機噴藥效率佳,比傳統人工快好幾倍,尤其是水田,人工進水田噴藥實在不便,有了無人機可解決這樣困擾。
 
3. 農藥霧化,友善環境:經由噴嘴將農藥霧化,結合無人機飛行的下降氣流擾動作物的葉面,使葉面及葉背能夠均勻受藥,不但省水省藥,在病蟲害的防治上也非常不錯,更重要透過霧化設計可以減少農藥隨著水流入土壤破壞環境。
 
4. 改善健康:傳統的人工噴藥作業,因悶熱無法作好防護措施,噴藥對於身體健康是一大威脅,無人機噴藥可以讓第一線的農民免除接觸農藥風險。 

結論
  無人機在整個智慧農業扮演著關鍵的角色,無論在調查或噴藥,都是不可或缺的,藉由資訊科技的輔助,推動農業快速的發展。這兩年在政府、業界及學界的推廣下,其應用慢慢的被重視,也因為衍生一些問題,例如:無人機噴灑農藥時,因風吹造成農藥飄散進而影響鄰田有機作物爭議發生,因此無人機農噴時仍須制定相關的法令去限制,如飛行高度、速度、作業環境風速及什麼樣的噴嘴都該明確規範,以確保自身及他人的權益。
  台糖公司在這波無人機於智慧農業應用浪潮沒有缺席,積極邀請外界專家、學者來公司介紹及展示相關應用給業務單位參考,未來待法令完整制定及無人機續航、載重等能力更加純熟後,結合在農業部分的領域知識,相信推動智慧農業一定非常有助益。 

 
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