新竹智慧城鄉創生論壇 – 智慧農業感測技術與有機農作的邂逅

面對農業勞動力老化現象和迫在眉睫的農業人力短缺挑戰，清華大學致力於推動農業環境感測科技的發展，以應對這些迫切的現實需求。透過農業環境感測技術，農民可以數位化分析作物生長情況並精確測量環境參數，以制定更智慧化的農事管理策略。

農業環境感測技術在實務應用上還有許多未知的可能性，預見科技桃花源 與 智慧環境晶片系統與應用聯盟 於5月12日星期五舉辦【新竹智慧城鄉創生論壇】，廣邀來自全台各地、對智慧農業與農業環境感測技術有興趣的學生、研究人員、以及農友進行跨域對談和交流。

【新竹智慧城鄉創生論壇】在新埔大平窩有機蔬菜農場揭開序幕，由計畫主持人 – 國立清華大學電機系 鄭桂忠 教授與共同主持人服務科學研究所 王俊程 教授開場。接著，資訊工程學系 黃能富 特聘教授介紹了 AIoT 智慧農業數位分身服務平台在農業應用方面的現況，並與農場負責人 劉邦秀 一同帶領來賓參觀有機蔬菜農棚，展示了使用手機 App 進行溫濕度控制的實際操作。下午，論壇移師至竹北 JustCo 共同空間，邀請台灣科技大學電機工程系 彭盛裕 教授、物聯電網股份有限公司 周逸品 技術長和台北科技大學電子工程系 邱弘緯 副教授，分享各自的技術研究與交流實務應用的議題。

大平窩有機蔬菜農場與 AIoT 智慧農業設備參訪

首先，黃能富教授詳細的介紹了 AIoT 智慧農業數位分身服務平台讓農民能夠透過先進的AI模型技術以更精準的方式分析作物的生長情況。例如，透過 影像和數據分析技術 結合 AI 模型的運算能力，農民可以迅速獲取作物生長和健康狀況等大量數據的分析結果，並進一步了解作物的生長趨勢、病蟲害情況和養分需求。

通過 AI 運算建立 自動灌溉與排水控制系統 可以根據作物的生長狀態、土壤濕度和氣象數據，自動控制灌溉的時間和水量。同時，透過感測技術，系統還可以監測土壤指標並自動調整排水設備，以達到最佳的排水效果。自動灌溉與排水控制系統不僅確保作物獲得適當的灌溉水量，提供作物健康的生長環境，還能節省水資源。農民可以更準確地預測和管理農作物的需求，提高農業生產效率和產量，同時減少過度灌溉或排水的情況，降低水資源的浪費。

黃教授也舉例，以往農民在西瓜採收時往往仰賴經驗豐富的農友判斷西瓜是否已成熟，現在透過 AI 聲音辨識技術，人們可以將經驗數據化，並透過 智慧敲擊棒 的自動辨識功能協助鳳梨和西瓜等水果的採收和分級。此外，AIoT 智慧農業數位分身服務平台還能協助農民智慧種稻，例如：透過 秧苗自動拍攝辨識分析和連結 line 傳送 最佳收割期通知 等等功能，提供農民種植建議。此系統已成功導入新竹縣、花蓮縣、彰化縣、宜蘭縣等地的稻田，亦曾榮獲經濟部民生公共物聯網執行成效績優獎。

隨後，黃能富教授帶領來賓分組參觀劉邦秀負責人的大平窩有機蔬菜農場。現場由教授的指導學生實際演示了如何使用手機 app 來控制蔬菜棚內的灑水器和風扇，進行溫濕度調節。與此同時，來賓們也能親眼目睹 LoRaP2P AI 精準澆水/施肥自動控制系統。根據教授的研究，目前訓練出的 AI 澆水模型已經能夠協助農民獲得與經驗豐富農夫相近的種植成果。

【學界分享】環境能量擷取電路晶片設計

分享人：彭盛裕 (台科大電機系教授)

台科大環科所為進行水資源管理與監測，欲開發自動化水質監測系統。而水質監測系統通常在不便建立電網系統與人跡罕至之處運作，透過使用環境能量擷取晶片，便能提供設備和感測器所需的電力而無須倚賴人力前往更換電池。環境能量擷取晶片可以從周圍環境中收集能量，例如收集太陽能、生質能和熱能，並將其轉換為直流電，或利用電磁能、風力和壓力等來產生交流電。

在環境能量擷取系統中，使用最大功率追蹤（MPPT）方法對電源管理至關重要。MPPT 透過晶片與電路設計技巧，找出能量擷取系統中產生最大功率的工作電壓，以達到更好的節能效率。藉由適合的傳感器、低功耗電路的設計技巧及控制電壓與功率，系統就能追蹤能量轉換器的最大功率點，用最小的電壓啟動裝置並獲得最大功率轉換效率。

透過環境能量擷取晶片和最大功率追蹤方法，我們就能有效的利用多樣的環境能源來進行水質監測或為農業設備和感測器提供持續且可靠的電力供應，並讓系統可以在最佳工作點上運行，從而最大程度地利用環境能源資源。這種技術就能讓我們減少維護的人力需求，避免更換電池的成本或電源管理負擔。

【企業分享】翱翔農田：無人機物聯網助力智慧農業的田間管理

分享人：周逸品 (物聯電網股份有限公司)

土壤偵測技術是現代農業中不可或缺的一環。透過高精度的土壤感測器和數據採集裝置，農民可以即時監測土壤的濕度、溫度、電導率和酸鹼度等重要參數。例如技術長提到，農藥噴灑過多反而會抑制細菌排放二氧化碳，因此土壤的二氧化碳濃度便能作為農藥噴灑量的指標。數據採集和管理過程使農民能夠更好地了解土壤的狀態和變化，並根據這些資訊調整施肥和灌溉的計劃，從而達到節約資源、提高產量的目標。

自動灌溉系統是另一項關鍵的農業科技應用。通過結合土壤感測技術和智能控制系統，自動灌溉系統能夠根據土壤濕度、氣象數據和作物需求等因素，自主調節灌溉時間和水量。這樣的系統不僅能確保作物得到適量的水分，還能避免過度灌溉和水資源的浪費。技術長也以影片介紹不同的自動灌溉系統的種類，如：穿孔管、微噴、滴灌與噴灑。

最後，技術長介紹了另一項新興科技 – 多光譜感測技術。多光譜感測儀可以對不同波長的光譜進行分析，根據葉面反射的狀態呈現出不同的顏色。例如，NDVI 算法會以近紅外光進行偵測，並以紅、黃、綠顯示植物健康狀態，系統顯示越接近紅色代表作物越健康。而多光譜感測儀則能偵測更多波段類型，進而偵測植物更多樣的狀態，如氮含量、農藥殘留量等。透過這項技術可以更詳細的得知作物生長狀態、營養狀況和病蟲害情況，農民就能精準針對植物生長狀態不佳處加強灌溉與施藥，改善施肥與灌溉管理。

【學界分享】低功耗無線感控節點

分享人：邱弘緯 (北科大電子系副教授)

邱弘緯教授與我們分享了無線感控技術的最新發展。其中包括連續時間的動態感測應用，例如在工廠內使用無線感控節點來監測機器的運作狀態，或在漁業中用於偵測海浪和風聲的變化。而在進入 AIoT（人工智能物聯網）領域時，我們需要關注電源管理和距離管理等問題。邱教授也強調 AI 系統思維中的 “Rolling Development” 概念，就像人的想法總是不斷變化一樣，數據模型也不能永遠使用同一套，而是需要持續收集新的數據、進行驗證並根據使用者和環境的變化進行滾動式的調整。例如，相較於溫度，濕度更容易通過人為方式調整。如果我們能夠透過數據模型找到溫度和濕度之間的相互影響關係，就可以根據環境感測到的溫度變化及時調整濕度的高低，以低成本的方式維持環境條件的穩定性。

最後，教授在論壇現場展示了低功耗感控節點，讓參與的來賓實際體驗如何透過手機 app 連線操作。這些節點具備傳感器和通訊模組，能夠即時監測濕度、溫度、氣象等參數，同時具有低功耗的特性，能夠長時間運作。透過無線通信，它們能與其他設備或系統連接，收集並傳輸數據。這樣的感控節點能被廣泛應用於農田監測、環境監測和生產過程監控等，為我們提供數據支持，幫助他們做出更準確的決策，推動農業向精緻化轉型。

【影音】新竹智慧城鄉創生論壇輪播影片

主辦單位｜國立清華大學 預見科技桃花源、智慧環境晶片系統與應用聯盟
協辦單位｜國立清華大學社會企業研究中心、大平窩有機蔬菜農場
指導單位｜教育部

文案撰寫：洪瑩家
審稿編輯：鍾明君