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中國式與台灣式的智慧農業

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

與智慧汽車比較,智慧農業在整體產業並不引入注目。以英文〝Intelligent Agriculture〞或是〝Smart Agriculture〞在Google也搜尋不到一致定義。在維基百科也無此名辭。在此以中國〝科普中國〞百科科學詞條編號之內容,對智慧農業之說明整理如下:

1.  智慧農業或稱工廠式農業。在可控制下的農業環境,採用工業式生產。實現集約高效率,可持續發展的生產方式,具有高度技術規範與集約化規範生產。

2.   集合科研,生產加工與銷售為一體,進行週年性,全天候性,反季節性的企業化生產,集合生物技術,農業工程,農業新材料等學門。

3.   即時收集溫室內微氣候與葉面溫度,自動開閉環控設備。溫室內微氣候訊號經由無線收發與傳輸,對於溫室內溫溼度進行遠端控制。

除了上述三個定義,中國農業與工業產業對於智慧農業還有多種定義:

4.   智慧農業係以物聯網運用於傳統產業。使用感測器、移動平台與軟體,對於農業生產進行控制。農業的智慧包括精準感測、控制與決策管理。

5.  廣義的智慧農業除了生產,還有包括農業電子商務、食品履歷防偽、農業休閒旅遊、農業信息服務。

6.  智慧農業就是充分應用現代知識技術,包括電腦與網路技術、物聯網、影像與音頻、無線通訊、專家知識等,因此農業可以遠端診斷、遠端控制、災變預警。

7.   智慧農業結合互聯網,雲端計算與物聯網,將農業生產現代各感測因子與無線通訊網路,達到農業生產環境的智慧感知,智慧預警,智慧分析等。因此農業生產可精準栽培,可視訊化管理與智慧決策。

歐美並未有智慧農業此名詞,也未出現農業4.0之怪異名詞。比較類似的內容有精準農業,智慧決策的環境控制與農業生產自動化。中國則將生產、商務、農村旅遊、農業資訊等都列入智慧農業之內涵。這種包涵方式其根本理由與智慧汽車相同。歐美是由此產業之相關資材商自行開發,中國是由國家補助。只要經費來自公家,那麼智慧汽車,智慧農業之項目一定是包山包海,無所不包。

以農業的產業獨特性,以定義界定智慧農業。以下技術都不應該列入智慧農業:

1.   電子商務平台:在商務平台行銷農產品,與其他貨品並無特殊性。

2.    農業休閒服務:提供農村旅遊與觀光產業同性質。

3.    農業信息服務:氣象資訊來自氣象服務,農民健保來自衛生單位,其他資訊都有相關單位提供。

4.    食品加工履歷與安全:食品加工廠為商業工廠之一環。

因此智慧農業之特殊性,可以以下述發展中的產業為代表:

一.  農業田間機械之精準化與自動化

在農機具裝載各種感測器,即時偵測土地情況與作物狀況,依作業目的配合自動控制機構,精準調整給肥量與肥料配方。依土壤物性調整耕地整地速率。依作物穀粒密度調整收穫機具之進料速率等。

二.  加工機械之精準化與智慧化

例如依據穀物現有水分含量與最終品質要求,調整輸送器具與熱風溫度、濕度。在倉儲作業中,量測穀物水分,依據大氣溫濕度,決定通風速率與作業時間。

三.  果園田區管理作業

即時量測果園之氣體環境、根部環境與作物本體資料,進行給水、給肥與病蟲害防治作業。

四.  溫室、畜舍、魚池等設施生產管理

由於使用設施生產,一方面隔離了自然環境的直接傷害,一方面設施已具有各種環控系統與管理作業機具,因此可進行最完整之智慧生產。

 然而,智慧農業與其他智慧產業相比較,有其共同性與特殊性

一.  共同性:智慧產業必須有三大系統

(一)感測系統

(二)訊號處理與傳輸系統

(三)智慧決策系統

二.  特殊性:

在感測系統方面,農用感測器其準確性、精密性、反應時間等性能要求與工業不同。尤其適用農業環境之感測器,其環境忍受程度要勝過其他產業。感測作業之取樣位置,取樣數目,取樣時間間隔等都是專門技術。影像處理只能觀測作物上方,對於葉背、下方與根部則無法觀察。因此需要三維複雜技術。農業環境空曠,訊號傳輸距離遙遠不便,設施環境內部多是金屬結構,作業機具密集,影響訊號傳輸。因此農業環境之訊號傳輸與雜訊處理,又是特殊技術。

智慧決策因對象而有不同的複雜程度。有生理模式,有經驗公式,有專家系統,有邏輯判斷,更有依作物特性的程序動作。由農業與其他產業相比較,可以知道為何歐美國家之智慧農業生產主要為農機具、加工設備、果園與設施生產。其背景為:1.規範化,2.規格化,3.作業體系完備,4.高經濟性。

1.  規範化:無論農機具或是加工機具,或是溫室、畜舍或魚池,在歐美都已建立技術規範,自安全性與使用最佳化一一訂出規範。因此在研發智慧系統時,有基礎可以依循。所研發之系統,可以與現有生產方式連接。

2.   規格化:適合農機具之稻作或雜糧,其品種已選育馴化,因此生長特性一致。果園之果樹都經過修剪整齊,依其生產達到高度,株距等一致。這種基本作業為自動化,機械化與智慧化完成了基本工作。

3.   作業體系完備:農機具除了規格化,而且十分完備。自整地播種、中耕、管理、收穫、至加工,均有適用之機具。溫室、畜舍等作業機具與環控設備也都完整。換言之,自機械化與自動化都已完成。智慧農業只是由自動化體系再加以延伸。

4.   高經濟作物:機械化,自動化,智慧化等都是昂貴投資。因此生產對象必須為高經濟作物,才有利潤可言。

由於生產對象之不同,生產區域之不同,智慧作業也有不同。以溫室生產為例,由於具有環控系統與作業機具,智慧生產可以掌控生產環境,也可進行管理作業。果園為開放田區,智慧生產只能進行灌溉、給肥與病蟲害防治施藥,無法控制果園之溫度、濕度與光量。農機具只是於田間作業,對於大氣環境無法調節。

由歐美與中國對於智慧農業之定義與發展內涵,可以看到一個事實。發展智慧農業的目的是喊喊口號或是真正要促使產業升級?

歐美的智慧農業是由資材公司推動,而不是來自政府輔助。因此智慧農業與智慧汽車之發展有其相同之處。其作業對象(汽車、農機具、田區)都已規範化,而且自感測系統,通訊系統與智慧系統都加以發展與結合。其作業對象,係自機械化,自動化然後智慧化,這與智慧汽車的5層次界定也是相同。在智慧系統開發方面,以溫室及畜舍為例。溫室環控系統之智慧化在於以光合作用與蒸散作用等為基本原理,因此使得溫室的控制參數溫度、相對濕度與光量最佳化。在歐洲溫帶國家更加上二氧化碳。在畜舍環控中,由建立動物舒適度指標(Temperature Humidity Index, THI Black Globe-Humidity Index, BGHI)之驗證開始,結合空氣圖之基本原理,配合畜舍現有環控設備,再以此作為調節動物生長最佳環境之依據。在田間農機之智慧控制中,在收穫作業時計算出田區各不同位置之作物產量,做為下次施肥作業之肥份調整依據。

中國之智慧農業則是包羅萬象。以一份官方文件為例,其智慧內涵如下:

1. 農業信息智慧化,資源利用數字化,

2. 農業信息網路全球化,

3. 農產品電子商務分工化,

4. 農業信息多媒體化,

5. 農業信息應用全程化,

6. 農業生產管理智慧化。

以這種內涵無明定之作業對象(農,漁,牧,林)或是作業目標(田間機械,或是溫室,魚池等設施),或是作業程序(機械化,自動化,智慧化)。因此可以包山包海,無所不為。方便取得輔助。無所不為結局即其技術無一可用。

台灣智慧農業"之口號也喊著巨響。然而下述問題並未有所具體考量:

1. 何謂智慧?定義是什麼?

2. 何謂智慧農業?定義是什麼?

3. 台灣農業的現況是什麼?發展的目標產業是什麼?

4. 可以進行智慧農業的目標產業是什麼?

5. 與智慧汽車相比較,智慧產業之發展程序是什麼?

6. 有哪些產業已是完全機械化,已是自動化?

7. 有哪些產業有部份作業已機械化,部份作業已自動化?

8. 有哪些產業適合使用設施生產?

9. 適用的溫室與設施其結構是什麼?

10. 溫室、畜舍、漁池等是否已有技術規範?

這些問題沒有明確的解答。因為在成立智慧農業此計劃,ㄧ開始本來就不想要有明確解答。中國古老的諺語水清則無法混水摸魚"。

南海路的科技處大官虎的名言,農業無論是0.11.02.03.0,只要對農業有幫助就是農業4.0"。同樣的思維農業現況不論是純人力,或是機械化,或是自動化,只要對農業有幫助,就叫智慧農業"。因此現有的農業施政計劃,不論是行政性、教育性或是技術性,都可稱之智慧農業,大家皆大歡喜。

也因如此,海峽兩岸農業官員的思維如此接近,這也是中國式智慧農業"之特色。先進國家的農業技術是由私人公司所支持。台灣的農業也因此只能寄望於私人企業。然而那些私人企業願意獻身此回收緩慢,風險高的產業?