近年全球農業面臨極端氣候的挑戰日益加劇，聯合國氣候變遷委員會更指出，隨著全球暖化的加劇，全球氣候將呈現乾濕季更為分明的情況，顯示農業生產環境的變化將更為巨大，如何精準掌握環境變化，及早做出應對措施，提升農業管理效能，克服氣候變遷的挑戰，是許多國內外農業從業人員致力發展的重點。本期電子報聚焦於應用大數據(Big Data)分析、物聯網(Internet of Things, IoT)、人工智慧(Artificial Intelligence)等新興資通技術發展智慧水資源與土壤肥力管理創新方案，提供給讀者參考與發想創新應用方案。

智慧田區水份與肥份管理系統

2020年我國因梅雨季降雨不足，導致2020年第二期稻作與2021年第一期稻作面臨停灌休耕的挑戰，而2021年8月初受熱帶性低氣壓與西南氣流的影響帶來短時間的強降雨更造成全台超過2億新台幣的災損，如何克服變化萬千的作物生長逆境，取得作物生長與大環境的平衡，需要更為智慧的管理決策模式。長期投入作物逆境生長管理研究的中興大學農藝學系楊靜瑩教授團隊，為了面對氣候變遷的挑戰，以及複雜的田間環境，採用防水、防潮以及耐高溫的智慧IoT設備，包含：水流量計、水位感測器、田間氣象站、空拍機、土壤EC感測器以及田間資訊傳輸站等IoT設備，開發智慧田區水份與肥份管理系統，目標兼顧稻作生產、用水管理並維持水田涵養地下水源、穩定田間環境等重要生態功能。

透過水流量計及水位感測器即時監測田間水位狀況，且於實驗階段以水位尺與縮時攝影方式進行數據驗證，並將監測數據回傳至手機APP，且整合IoT遠端控制技術，達成透過APP進行遠端電磁閥開關操作，可即時因應田間水位變化做出合適之決策。根據目前於示範田區實驗結果顯示，透過此系統的導入，進行水稻田間精準乾濕交替管理，能有效節約40%以上的平均灌溉用水，且產量與慣行栽培無顯著差異。

而無人機(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)監測技術的蓬勃發展也提供田間數據監測的重要突破(相關應用案例請參考第58期電子報，UAV智慧監測-精準農業大躍進)，透過UAV可進行大範圍田間影像監測，並整合田間IoT系統所累積的大數據資料庫，導入影像分析植生指數、綠覆率以及作物株高等數據計算，建立植殊生理指數參數判斷模型，透過導入農業知識應用，發展專家資訊決策系統，可做進行作物營養狀態的分析，提供智慧田間肥力管理決策依據。在面臨農業缺工挑戰下，透過不斷優化的田間數據資料庫，未來希望能夠達成整合IoT水份管理系統、肥份管理決策模型，透過專家決策系統評估田間是否缺水、缺肥等情況，降低對田間巡檢人力的依賴。

智慧化灌溉渠道管理

聯合國《2018年世界水資源開發》報告指出2050年全球將有50多億人口面臨水資源不足的困境。而我國受氣候變遷影響，面臨水資源豐枯日漸懸殊，如何強化灌溉用水的調度效率，降低缺水風險是我國農業發展的重要課題。傳統稻作調配灌溉用水作業中，水庫水從渠道到農田灌溉區域需仰賴掌水工依據灌溉計畫，手動調整水閥門開關，然而隨著掌水工高齡化，利用IoT技術導入用水管理已刻不容緩。於2016年起經濟部水利署與嘉南農田水利會(今農田水利署嘉南管理處)為強化水資源管理效能，逐步於隆田示範區農田的排水渠道路口設置IoT感測器，即時監測田地用水狀況，並蒐集田間水路流量、坵塊供灌水量、區域氣候資料等數據，建立數據資料庫於雲端管理平台，整合智慧電動水閥門系統的導入，一旦排水端發生排水異常，供水端的掌水工便能夠透過手機APP遠端控制出水，避免過度排水導致水資源的浪費。根據2020年報告顯示於隆田示範區中可節省約4.6%的灌溉用水，再降低設備導入成本後，針對高效益水路佈建智慧管理設施，可望擴大節水管理效益。

除了透過IoT系統達成遠端控制與管理外，灌溉渠道的監測數據應用亦是水資源精準管理重要的一環。以農田水利署桃園管理處灌溉系統推動智慧化為例，透過歷年來蒐集的灌溉渠道水路監測資料，結合中央氣象局與工作站監測氣候資料，導入AI演算法進行訓練，依據上游端降雨資料，進行未來圳路水位預測，建立水位預測模型。整合各大圳、埤塘安全輸水容量、水位資料後，能夠強化水資源管理，配合遠端閘門控制，依據不同的降水條件，進行管理決策的模擬分析，可達成於颱風、豪大雨時期提前應變，降低淹水災害發生風險。

隨著農業環境的快速變遷，也帶來許多意想不到的挑戰，如何透過資通訊科技的輔助，達成農業資源精準管理與利用，創造農業智慧管理服務，提升農業產值與競爭力，是產官學研各界不斷努力的目標，期待透過本期電子報的案例分享，協助各位讀者能更掌握資源精準管理應用資訊，促進更多跨域合作的智慧農業解決方案推出，以提升臺灣農業不斷革新。

參考資料：