豐年雜誌20231014
當前臺灣人口因工業化與都市化而逐漸往各大城市集中，產業結構也由原本的1級產業發展為2、3級產業為主，導致農業發展上受到許多影響。首先，土地利用型態改變，隨著都市逐漸向外圍擴張，農地和林地逐漸被轉換為工業用地和城市建設用地。其次，農地和林地的減少，使得農業和林業資源短缺的問題日漸嚴重，若大量仰賴進口，並非從根本解決問題的方式。再者，臺灣農業可耕作土地面積與國外農業相較下，多為狹小、零碎之土地，種植單位成本較高，因此即使引進大型農機具協助耕作，仍難以大幅降低生產成本。但是近年物聯網（Internet of Things, IoT）興起一股應用熱潮，臺灣是否能搭上這藉助新技術走出困境，再次為臺灣農業寫出新篇章？
新技術連動實現精準農業
精準農業（precision agriculture）是建立在資通訊及科技技術為基礎的農業經營管理系統，透過布建感測器（sensor）等設備蒐集並監控農場中土壤溫溼度、土壤電導度、空氣溫溼度、光照度、水酸鹼值、二氧化碳量等不斷變動的環境因素，將這些數據透過無線網路傳輸到後臺管理系統中，農民可以透過手機或電腦查看這些數據所形成之報表或圖表進行分析判斷，掌握即時之農地現況，給予最適當的耕作決策與處理（如增加施肥量、控管溫度、開啟風扇保持通風等），以減少資材之耗費，提高農作物的生產效率、增加收益並減輕環境衝擊的經營管理方式。
除了透過感測器監測人眼無法看見的環境因素外， 配合無人機或固定式攝影機所拍攝回傳之影像，運用人工智慧（artificial intelligence, AI）於後臺系統進行分析，可以根據照片觀察作物外觀顏色，判斷何時應該施用何種肥料，既能確保精準施肥，又能避免浪費。此外，也可分析作物開花情況，進而準確預測果實成熟期與產量，使農民能夠提前準備銷售通路以及安排出貨時程，減少蔬果在倉庫等待的時間，同時降低因蔬果過熟所帶來的損失。
這樣的系統能夠提供準確的產量預測與倉儲時間評估，幫助農民合理安排農作物的收穫和銷售，最大程度地減少農產品的損失。溼度、光照度、水酸鹼值、二氧化碳量等不斷變動的環境因素，將這些數據透過無線網路傳輸到後臺管理系統中，農民可以透過手機或電腦查看這些數據所形成之報表或圖表進行分析判斷，掌握即時之農地現況，給予最適當的耕作決策與處理（如增加施肥量、控管溫度、開啟風扇保持通風等），以減少資材之耗費，提高農作物的生產效率、增加收益並減輕環境衝擊的經營管理方式。
地理資訊系統（GIS）導入之應用
地理資訊系統（geographic information system, GIS）是一種整合地理空間數據、位置資訊和空間分析功能的強大工具，它能夠將各種數據視覺化呈現在地圖上，並提供豐富的空間分析和決策支援功能。
首先，地理資訊系統可以用於土壤分析和管理。通過收集土壤樣本的地理位置和相關數據，將其輸入到地理資訊系統中，可以建立土壤特性的空間數據庫。利用地理資訊系統的空間分析功能，可以將土壤性質、養分含量、pH值等資訊與作物的種植需求進行對比分析，從而制定出最適合的土壤管理策略。例如：農民可以透過地理資訊系統分析得知土壤中養分不均衡區域，擬定並針對性地調整施肥計劃，以提高作物的生長和產量。
其次，地理資訊系統還可以應用於農作物的精確種植和管理。通過感測器收集不同作物的生長數據、氣候變化資料、土壤條件等相關數據，將其輸入到地理資訊系統中進行分析，可以建立作物生長模型。利用地理資訊系統的空間分析功能，根據特定地區的土壤和氣候條件，預測最佳的種植時機和區域。例如：農民可以利用地理資訊系統分析過去幾年的降雨量、氣溫和土壤養分含量的變化趨勢，預測未來的氣候條件，從而選擇最適合的作物種植品種和種植區域，提高生產品質與產量。
最後，地理資訊系統在農產品供應鏈管理中也扮演著重要角色。透過整合農田、倉庫、運輸路線、市場等地理數據輸入到地理資訊系統中，可以時時追蹤農產品的生產、運輸和銷售情況。農民和銷售端可以透過地理資訊系統監控農產品的運輸路線和交通情況，提前預測和解決可能出現的問題，確保農產品按時、安全地運送到市場。例如：利用地理資訊系統，農民可以即時追蹤果園到市場的運輸時間和路線，預測交通堵塞情況，適時調整運輸計劃，減少果物在運輸過程中的損失。
美國農業部在馬里蘭州的試點計畫
美國農業部（USDA）於馬里蘭州（Maryland）進行的嘗試性計畫所關注的為覆蓋作物（cover crops）。覆蓋作物為非種植季節栽培的植物，用於保護土壤沖蝕、提高土壤水分與抑制雜草生長，當翻耕於土中時，能增加土壤養分，並減少首年與隔年各52％、86％的除草劑施用量。而該試點計畫中，美國農業部使用感測器網路（sensor network）和地理資訊系統。
感測器網路用於追蹤土壤溼度、土壤溫度和水分等變數。另外使用設有感測器的曳引機來測量作物的高度、綠度（greenness）和生物量（biomass），並用氣象站來收集風、雨量和溫度等相關數據。將這些數據與地理資訊系統結合，農民能夠獲取關於土壤狀態和作物生長的精確資訊。這使得他們能夠根據作物的需求，適時調整灌溉和施肥計劃。
此外，基於數據分析和人工智慧技術的預測模型，能夠幫助農民預測產量和果實成熟期，以整合採收時程和銷售通路。透過這項試點計畫，美國農業部未來將推廣覆蓋作物的種植方法與研究成果至200個研究型農場，透過地理資訊系統與雲端計算技術分析技術，將所有經由農場收集而來的數據之分析結果給予農民使用，以創建智慧農場。
臺灣農業物聯網發展現況
臺灣資訊服務業聞名全球，與農業相關之資訊服務產業也蓬勃發展，業者眾多，各家廠商所開發之感測器或裝置，其設備規格、資料格式及通訊技術皆不盡相同，因而導致系統收集資料、數據傳輸與分析及再利用上頗有難度，也凸顯臺灣農業智慧化的發展仍在起步階段。
為解決此一困境，農業部資訊司參考開放地理空間協會（Open Geospatial Consorttium, OGC）所提出物聯網標準（SenorThings）之框架，歷經一年通過臺灣資通訊產業協會（Taiwan Association of Information and Communication Standards, TAICS）相關程序，制定完成「智慧農業感測資料格式標準及測試規範」，並於2023年4月正式出版。此一規範通過後，針對資料接收與傳輸之應用程式介面（Application Programming Interface, API）及資料傳輸格式制定了統一的傳輸數據標準，而能達成不同系統平臺間資料串連與流通及再利用之功效。
未來數年，臺灣農業也能逐步朝向整合物聯網設備、跨系統平臺與資料開放共享等方向邁進，並整合地理資訊系統技術將空間資料以視覺化方式呈現，透過手機、平板及筆電等個人設備即可快速掌控農地即時狀況。
總體來說，臺灣農業物聯網於未來相當具有發展潛力，而人工智慧與自動化技術發展也頗具實力，因而未來能仰賴物聯網輔助農民以更科學化、資訊化的方式管理農田，有助於提高農產品質與產量，達到精準農業之實現。
（參考文獻請洽作者）
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