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日本的智慧型農業

 

中興大學 生物系統工程研究室 陳加忠

 
 

日本自2014年開始推行智慧型農用,其中一個主要課題是ICTInformation and Communication Technology)與自動化裝置應用於智慧型農業。在日本農林水產委員會,天野先生有篇完整之論述。台灣農業科技決策資訊平台對此有完善之中譯本:        

http://agritech-foresight.atri.org.tw/archive/file/2015-17.pdf

 

此篇文章之內容包括:

1.    前言

2.    日本農業現況

3.    智慧型農業的定位與現況

(1)    AI農業-土地利用型農業,園藝,畜產,IT開拓之新農業

(2)    精緻農業

(3)    網際網路

(4)    資訊末端

(5)    雲端計算

(6)    遙感探測

(7)    自動化裝置

4.    農業相關計畫與預算

5.    推動智慧型農業面臨問題

(1)    成本問題

(2)    機械系統的導入,修理及維護作業

(3)    強化農業支援體制

(4)    ICT安全情報之維護

(5)    確保自動化機械之安全性

(6)    數據標準化

主要內容附錄如下,參考文獻與附屬圖片請見原來全文。http://agritech-foresight.atri.org.tw/archive/file/2015-17.pdf

Google搜尋“智慧農業"(繁體字網站),可以看到政府單位如科技部,農委會,農試所等與各專家之論述。哪些人是真才實學,哪些人是搬弄名詞而內容不知所云,就以日本此篇文章為標準答案,加以比對,這些人能力之告下即可分判。可惜直到201810月,尚未看到台灣官方網頁文章,其內容水準能超越此篇日本2014年之文章。

 

推動智慧型農業

ICT與自動化裝置之應用

日本農林水產委員會調查室 天野英二郎

1.前言

本篇介紹ICT Information and Communication Technology)與自動化裝置如何應用於「智慧型農業」。首先必須先闡明我國農業現況之上來探討智慧型農業的意義與議次是明智慧型農業關產與預並列獨立政法人農食品產業技術綜合研究機構(以下略稱「農研機構」)之研究與開發案例,以及彙整智慧型農業在政策上之課題。

 

2.我國農業現況

智慧型農業是取自農林水產省『實現智慧型農業研討會』之「中期報告」

20143月發表,以下略稱「中期報告」)定義而來,即是「應用自動裝置技術與 ICT等先端技術,創造超省力化與高品質生產之新型農業」。近年來智慧型農業不僅 受到農民期待,其他產業與消費者也高度注目。在此背景之下,列舉我國農業現況 與技術發展現況。

(1)農民減少與高齡化

我國農業因從農民的減少與高齡化面臨農業生產基礎的維持相當困難,其中休耕地的擴大為主因之一。另外一項危機則是將面臨經驗熟練農民之農業生產技術的喪失。

我國基礎農民約有174萬人(2013),相較於1960年達到高峰1,175 萬人持續減 少當中。另外相較於65歲以上的農民占了107萬人(61%)40歲以下只占了18萬人 (10%),高齡者占有比例十分顯著。此外,新加入農民雖有56千人(2012),其中 39歲以下和前年相比雖增長了6%但也僅有15千人,因經濟因素等原因造成這數年 來退出農業的案例是逐漸增多。

隨著高齡農民的退休,以及持有土地的非農家逐年增長,造成農地無法順利繼承導致休耕地持續增加。實際上,雖然近幾年有減緩的趨勢,但休耕地面積已相當於整個滋賀縣39.6萬公頃,休耕地面積比例已增加至10.6% (截至2010)

然而以地區產業發展來說農業用的灌溉渠道、專用道路、池塘等農業生產基礎,維護是相當重要,同時亦可發揮多面向機能。從事於基礎農業的農民數量在逐漸減少,導致農業環境維護困難且農村活力也逐漸消失。 另外,我國擁有多變氣候與多種類土壤,根據其特性擁有不同的農業面貌。經驗技術純熟的農民在性質不同的各區占了絕對重要角色。即使依照指導手冊教導一般農民與熟練農民所種植出來的採收量與品質仍舊有相當大的差異。但令人堪憂的是這 些熟練農民的「隱性知識」倘若無法傳承於未來想從事農業的年輕人,其技術將會失去。

 

(2)推動農政改革

   為克服我國從事農林水產業與農山漁村的農民減少與高齡化社會等接擁而來 的課題,並且要建立「強盛的農林水產業」與「美有活力農山漁村」,政府於2013 12月制定「農林水產業地域活力創造計畫」,依據此計畫著手改善中間管理機構(為促進農地集中利用及減少休耕地,在各都道府縣設立之機構)以及經營所得安定 對策等一連串的農政改革。另外政府訂定長期戰略「日本再興戰略」成為未來10 農業的目標,

①核心農家的農地所利用面積為全農地的80%(現狀50%) ②核心農家稻米的生產成本 較現況減少40%③法人經營體數增加到5萬間法人單位(現狀12,500 法人)。

因此促進農大區塊之整備、新從事農業的農民加入、法人經營體的增加都能使農業 生產力提高、作業效率提高、降低成本、作業標準化、以及導入最先進技術。

 

3.智慧型農業的定位與現狀

  智慧農業以改善當前的農業狀況,連結過去農業技術模式,以進一步提高生產效率 與生產高附價值的農產品為目標。「農林水產業地域活力創造計畫」與不同產業合作, 活用其他產業累積之技術與知識,以及推動農業自動化技術與ICT之應用,新品種與技術的開發與推廣,智慧財產權的整合應用,提升生產流通體系,以促進農業創新。 例如:智慧型農業能依據土壤與作物狀況,斟酌化學肥料的量與水所噴灑多寡。利GPS操控拖拉機之裝置,以實現大規模生產。再者分析感測器所獲得大數據,熟嫻 於此技術的農民可運用此數據分析結果可以預測新型病蟲害的發生。

 

智慧型農業意旨AI農業(Agri-Informatics)與精密農業之新型農業技術。即應 用網際網路、情報資訊、雲端運算(cloud computing)、遠端操控、自動化裝置等 一般軟硬體技術。

智慧型農業目的在於解決下列目標①實現節省勞力且大規模生產②發揮作物最 大極限③安全且方便作業環境④使有意加入農業的人能快速上手 ⑤提供消費者與實 際需求者之食品安全的信賴感。。

 

(1)AI農業

AI農業意旨為避免專業農業生產者的「技術秘訣」(隱性知識)日後失傳,而應用IT技術將其「顯示化」,讓其他人與新加入從事農業能承接此新型農業技術。具體來說則是分析實地佈建感測器與從專業農業生產者穿戴式終端技術wearable terminal)的監測器獲得大量數據,並其系統化以實現專業農家高度生 產與經營模式。糧食農業農村基本計劃中則是將專業農家所擁有的「技術know-how (隱性知識)轉換為可作為農業生產者應用,研發最先進AI系統(Agri-Informatics) 提供最完善的設備。藉時並作為「智慧財產權管理法之研究」。

以「成為世界最先進的IT國家戰略宣言」作為國家IT發展戰略,以及集結基本 農業資訊與操作指導彙整而成的「農業資訊情報與流通戰略」作為農業資訊的建立 與促進流通,致力於下列目標:

①提高農業產業競爭力②提升相關產業化成長③強化市場開闊與銷售力,並善用 AI農業致力於①與②之組織發展。

 

圖表1      新智慧型農業圖模擬圖

                        

(出處農林水產省實現慧農業研討期報告研究成果』附件資料,部分為筆者編制

 

(2)精農業

所謂精緻業則是仔細觀察農地與農作物狀態,並在細微的控制下,將其成果 作為制定下一年度的農業管理技術之依據,以提升農作物產量與品質為目標之農業 系統。而支援精緻農業循環則是善用ICT與自動化裝置。

 

(3)網網路

目前網際網路除了光纖固定線路,3GLTE等規格的行動通信網與無線LAN也相當 普及,寬頻的接續已經是極為普遍。因此即使在戶外的農地,皆可透過智慧型手機 與平板連接網路瀏覽氣象情報與生育狀況等畫面,並可將數據順利登錄於系統。

除此,應用附有攝像頭功能的田間伺服器(field server)、無人偵測機(UAV 以及環境監控系統,可大量傳送圖檔與動畫檔。

(4)資訊末

所謂資訊末端指即使安裝在戶外田地備有防震、防水功能,並能透過智慧型手 機與平板即可輕鬆畫面操作,大幅提高便利性。最近有新的穿戴式末端設備推出, 預計將會受到高度關注。

 

( 5 )雲端

所謂雲端運算(以下稱雲端」)是通過網際網路所應用的資源,如雲端伺服器、 存儲與應用程式。運用雲端優勢是不需要透過末端軟體與修正適用版本等管理作業,關於使用時間與使用數目的變動都可以靈活處理。以缺點來說則必須承擔資料外洩等風險,以及使用者要自行變更軟體規格也較困難。

農業相關的應用程式和其他領域相同的是逐漸移轉到雲端空間,近年從事與農 業相關的雲端空間的民間企業也逐漸增加當中。

( 6 )遙感探測

所謂的遙感(remote sensing)即利用感測器間接的手段來獲取目標狀態信息之 計測方法。在農業方面已有利用田間伺服器從地面上偵測,利用無人偵測機(UAV)從 空中探測,以及利用人工衛星從宇宙探測等手法。

期待未來透過「物聯網」(IOT;Internet Of Things)的實現,即可達到利用網 際網路擷取相關資訊,並透過通訊功能的感測器(M2M;Machine to Machine)所獲得 大數據(big data)之分析結果活用在農業上。

(7)自動化

產業用的自動化裝置(robot),目前除了應用於製造業的生產線,由於農業領域必須改善農民的減少與高齡化趨勢以及降輕過度勞動而增加重要性。應用於農業領域的自動化裝置除了擁有GPS功能,並能透過感測器可探測出高精準位置與動作且可避開各種障礙物,同時因感測功能的通用技術可多重使用於其他自動化裝置以降低成本。

以實際研究與開發案例來說有農地用的自動化拖拉機、自動化插秧機、自動化收割機、動力輔助服(assist suits),與植物工廠使用的自動化採收機、自動化搬運機,以及牛舍用的自動化擠乳機19。除此目前正進行的自動駕駛技術如拖拉機 等研發,則是參照自動車的自動駕駛技術的研究現況以及參考不同領域的開發動向所製。

 

4.智慧農業相關計畫與預算

有關慧型農業經費投入,農林水產省於2015年度預算概算申請上「高科技自動化裝置之先進技術開發與推廣」「新型計畫」(519,500萬日幣),其中與自動化 技術相關申請①高科技技術研發促進計畫、②引進農林水產業自動化裝置示範計畫、

③強化果樹與飼料生產現場戰略研究計畫、④建立農業智慧型綜合措施計畫。

具體發展項目:①農業自動化技術研究開發與支援不同領域共同研究,②應用自動化技術支援大規模業務的實施以提升生產力、降低成本與確保安全,並建立標準化規格與確保安全性規章,③推動果實與飼料生產研究戰略,④針對智慧型農業 研究與自動化技術,引進通信基礎設施模型,並為達到ICT保持高標準產地技術採取實地驗證。

.推動智慧型農業面臨課題

(1)成本

智慧型農業成本問題,目前欠缺一套合理的成本評估方法,農業機械市場若只 在小規模經濟市場運作,農業機械的價格下降的能性就微乎其微。

ICT與自動化機械應用於農業領域才剛開始,除了經驗不足以外,尚欠缺一套合 理的成本評估方法因此費用相對其效果不明確也會令考慮引進的農民質疑。另一方 面引進機械資金調度也是相當困難。推動智慧型農業除了促進經濟性的驗證,並可 依據其成果提供具體的成本效益供農民參考。

農業相較於其他產業規模較小,農業機械市場也比其他機械產業較小。因此可預期提供ICT服務與農業用感測器與自動化機械等新產品的開發使製造價格難以調降, 其結果導致推動更加困難。然而從事農業大部分規模較小也較為零散,因此投資能力有限,就開發方面透過產官共同合作盡可能統一標準,應用既有的技術與零件, 以降低研發成本為主要努力目標。

(2)機械系統的導入、修理及維護作業

智慧型業透過ICT應用於各種農業機械、感測器與系統,以提升各種高機能性 作業,再加上導入與整修上發生故障等維修業,更加深是否能改善現有農業的疑 慮。此外,導入、修理與維護成本需由農民自行吸收,因此研發農業機械除了確保 安全與耐用之外,盡可能利用既有的零件降低其製造成本。

(3)強化支援體制

農業在推動ICT應用同時,另外一方面必須加強推動農業支援體制。 農業相較於其他產業不同的是並非應用ICT才得以發展。因此林水產省於2012年進行農民使用IT機械意願調查,回答「目前有在使用,未來也會繼續使用」的比例占有50.4%,調查期間實際有在使用的從事農業者占有半數以上。其中促進農業IT應用發展項目當中,回答「培育地區性農業精通IT應用人才」比例占有60.2%

(4)ICT全情報之維護

農業隨著運用網路與雲端推動,為了防止資料外洩,安全情報的風險管理則非常重要。 特別是未來AI農業,農民「技術 know-how」的存取,必須建立一套完善的智慧財產權 管理法與保護制度。

(5)確保動化機械之安全性

因農業用自動化機械的使用大幅減輕農民的勞動力,並透過兩台機械同時進行運 作與夜間作業大幅提升了生產力。但針對農業用自動化機械的實用性與安全技術的開 發,則必須建構一套安全評量的基準與規範。農林水產省2015年預算申請「實現農林 水產業引進自動化機械示範計畫」(223,000萬日圓),目標研究並解決自動化機械的 安全性課題,以及確保規格統一化與安全性保障。透過此示範計畫期望能確保農業用 自動化機械安全性,形成市場所需達到國民共識。

(6)數據標準化

推動農業相關數據之應用,必須提升其統一標準化與便利性。雖然農業數據應用 相較於其他領域成長較緩慢,但透過農業相關企業協助與民間企業的增長將可擴大其 應用性。但依照現況各企業都有自家獨立開發系統,因此在數據存取方面,則有可能 破壞資料相容,導致數據的存取有被阻礙的問題。因此為使農業相關數據能妥善應用, 推出「成為最先進IT國家創新宣言」 「農業資訊情報與流通促進戰略」兩大基本方針,以確保資料數據的「相互運用/可攜性」「可移動性/自主運用」。並依據「農業資 訊情報與流通促進戰略」方針,以促進產官數據統一化標準。