光達(Light Detection And Ranging, LiDAR)是一種透過近紅外光、可見光或紫外光照射目標物，並透過光學感測器捕捉其反射光的感測方式，用來測量距離以獲取目標物的三維型態。其原理是藉由光在大氣中的行進速度為定值，透過發射雷射脈衝，並從目標物反射回來，量測其往返所需的時間，將總時間減半再乘以光速，推算與目標物的距離，其優點包括高精度、高解析、長距離檢測等，近年來最熱門的應用則是自駕車領域的發展，透過LiDAR的應用能夠達成避障、自動路徑規劃等多項功能。而在農業上則普遍用於資源調查、農業測繪等應用上，隨著感測器的成本降低， LiDAR也搭載於高階智慧型手機上，衍伸出更廣泛的應用，本期電子報為各位讀者帶來LiDAR於農業應用上的創新案例與最新趨勢，期待透過案例分享，刺激更多研究發展。

農業調查應用方案

要確保糧食安全，擬定不同時間尺度的有效政策，就要掌握農作物於土地上的利用現況。美國國家航空暨太空總署推動的全球生態系動態調查(Global Ecosystem Dynamics Investigation, GEDI)就使用安裝於國際太空站的LiDAR測量地表的3D輪廓，進行樹冠層高度與森林垂直結構的量測，提供可擬定森林環境保護措施的相關數據。而史丹佛大學的研究人員進一步提出以GEDI的LiDAR數據整合歐洲太空總署的Sentinel-2衛星光學影像進行區分農場不同作物的研究方案，利用成熟的玉米莖平均高度約高於其他作物1公尺的特性，透過LiDAR數據能夠分辨出玉米與其他作物類別，進而繪製出玉米種植空間分布圖，並於美國、法國、中國等地驗證正確率皆達83%以上，可作為推估玉米收成趨勢的參考。

高階智慧型手機搭載LiDAR應用

隨著智慧型手機的軟硬體設施不斷進化，各式各樣的更為便利的App應用也推陳出新，除了日常使用外，更能協助執行專業任務。美國蘋果公司(Apple)就於iPhone 12 Pro及Pro Max等高階智慧型手機上搭載LiDAR感測器，提供使用者測距、攝影、AR等廣泛應用。日本的畜牧服務業者Corntech公司過去曾與電信業者及豬農合作，於畜舍內架設固定式的相機、3D感測器，並開發AI豬隻體型、體重辨識技術，進行豬隻體重的推估，以評估各豬隻當前最佳餵飼量與確保豬隻於最適出貨階段發貨，然而在傳統畜牧場中，安裝固定式的相機以及設置良好的Wifi通訊環境並不容易，且硬體設備的成本投入也較為高昂。因此 Corntech公司推出了一款適用iPhone高階系列手機的豬隻AI體重量測App，提供豬農透過搭載LiDAR的高階手機與標準化量測作業模式，就能夠快速推估豬隻的體重狀況，且同時提供生產管理數位工具，以日曆方式呈現豬隻體重量測數據，取代傳統作業模式須多人協作將豬隻拖拉至秤台上的作業模式，且經實證其準確率高達98%，目前共計有約300家日本境內與國外豬場導入應用。

而在農業水土保持調查領域，由於無人機具有高機動性的特性，近年來在工程規劃、勘災應用上，時常透過無人機搭載LiDAR建置相關工程模型，而在iPhone系列手機搭載LiDAR感測器後，水土保持署與農業科技研究院也攜手評估以iPhone內建的LiDAR功能，與無人機搭載即時動態定位技術(Real Time Kinematic, RTK)做比較，並用傳統量測工具來評估這兩種方法所取得數據之精度，分析與檢驗應用iPhone進行水土保持工程建模的可行性。

經實證比較iPhone LiDAR與無人機搭載RTK對照傳統量測進行精度比較，結果顯示精度差距不大(如下圖4)，且iPhone LiDAR更適合應用於掃描形狀無複雜、平滑的物體，相較無人機搭載RTK產製的模型可呈現更為真實的三維樣態。且iPhone LiDAR應用於防災工程上，更可以補足無人機受限於天候、遮蔽物等困境，能夠在人員可及處即時記錄現場三維資料，且iPhone成本僅約無人機的40%，更僅有掃描儀的1%，且在掃描、處理與共享數據上皆可在手機中直接處理，具有攜帶便利、低成本、即時視覺化等多項優點。

隨著高階消費性電子設備的推陳出新，過往許多得仰賴專業儀器的任務也有機會以更便利的方式完成，有利於各領域透過智慧型載具發展與其業務相關內容，相信隨著各項研究的推展，農業領域的應用也將逐步擴大，讓研究端、農民端都有更便利的科技應用！

參考資料：