環境感控應用擴增 打造高效能精緻農業

農業是與自然環境最息息相關產業，因此相較於其他產業，弄業在環境控制的技術應用向來較快，目前在養殖與種植兩方面，都已有顯著成績，透過環境控制技術，未來農業將走向精緻化與高效能趨勢。

農產、漁牧業的自動化建置目標，一直以來多偏重在完成品品質的檢測與分裝，主要作法是在系統中設置是或重量感測器，在輸送帶中發現未達標準，如重量過輕或顏色不佳者，由感測系統告知控制系統挑出，或是將重量、大小相同的產品歸類，以利後續進行分裝。

這種系統的主要功能在於後續的產品品質維護與包裝人力成本的降低，然而在IT持續精進的今天，農業自動化系統已經將前端產品生成的部分納入，自動化系統延伸至生產前端，主要目的在於降低人力成本與提升產品品質，在效率面，由於農產業產品通常需要一定的養成時間，除非在生技方面著手，否則要利用自動化加強產出效率，成效非常有限。

WSN精準控制生產環境

農產業將自動化延伸至生產前端，目前的作法有兩種，一種是利用無線感測網路(Wireless Sensor Network；WSN)來控制生產環境，另一種則是利用自動化技術來架構生產履歷，以訊息充分揭露的方式，讓消費者食用更安心，藉此提升購買意願，間接刺激購買慾望。

無線感測網路由美國國防部高等研究計畫局發展，後來被廣泛運用於多個領域中，像是工業控制、工安？公安維護、環境保育、醫療照護、能源節約等，成效良好，在日本、南韓相繼提出打造無所不在(Ubiquitous)社會的計畫後，帶動不少相關技術成長，而無線感測網路便是其一，被業界認為發展潛力強勁。

在解釋無線感測網路前，有必要先了解感測技術。其實感測技術發展多年，也普及應用於日常生活中。例如大樓中的煙霧偵測器，當二氧化碳濃度、溫度超過正常值，就會自動觸動火警系統；或是行人經過某路段時，路燈自動照明等，都是使用了感測技術。

無線感測網路最大的特色在於，節點本身具備感知、運算與無線傳輸等能力，彼此間能相互溝通、調節、自組網路，所以2個以上，且具無線通訊能力的節點組成網路，可進行in-network通訊、資料傳遞，因此應用層面與功能皆較廣泛。

無線感測網路主要組成，包括無線通訊技術、感知器、節點、無線閘道器或協同器，以及資料中心節點上配有類比或數位感知器，具蒐集、處理資訊的能力，可用來偵測週遭環境，如溫度、溼度、光照、氣體濃度、震動幅度、紅外線、聲音等。

當節點從感知器偵測狀況後，會先進行簡單的運算與處理，再透過無線通訊傳送到後端，並可配合管理機制產出報表，或顯示節點位置與狀況，供使用者進行遠端管理。而先由前端節點初步處理資訊，可減少主機的工作負荷、無線通訊的傳輸時間，以及電力消耗。

建置WSN  穩定將是導入重點

從應用面來看，影響農產品的因素中，環境佔有極大比例，尤其是密閉式農舍內的環境更攸關產品品質，因此對環境必須有著嚴謹的監控，包括其內部必須保持負壓環境，讓空氣只能透過水濂進入；溫度和濕度的嚴格控制等各種不同參數。

無線感測網路系統主要監控溫度、濕度、阿摩尼亞、風速、二氧化碳、內部壓力等不同指數，並且顯現在每座雞舍的環境監控系統上，其基本架構除了感測器之外，後端還要有PLC控管。

系統的自動感測必須十分敏銳，例如有人進入農舍，內部溫度上升，高出系統所限定的溫度，系統的空調系統就必須自動啟動降低溫度。這背後的運作，就是由環控系統透過PLC發出訊號，開啟風扇調節溫度。

事實上，其他各種參數也由該環控系統控制，系統在處理由感應器收集而來的環境資料後，會自動將環境控制在系統限定的範圍內。比如保持內部負壓環境，讓空氣只能透過水濂進入，因此只要出入口被打開，系統就會自動以抽風的方式調節壓力等，這些動作全都由此一環境控制系統監控，並且自動進行。

無線感測網路一旦建置，對農產養殖來說就十分重要，只要一開始運作，就片刻都不能停下來，並維持其穩定運作，業者指出，曾有某家農場建置感應器時，與後端系統連接網路的廠商疏忽，沒有將一個零件鎖緊，結果系統誤判農舍內的溫度過低，停止抽風扇運轉18秒，這段時間就造成了雞隻的大量死亡。因此有過這樣的經驗，無線感測網路系統必須要有備援的機制，來減少意外發生的可能性。

此外，感應器維護也是一大問題，目前感應器平均壽命僅半年，而感應器售價又居高不下，每組成本都在3萬元左右，這使得汰換感應器成為可觀的固定支出，主要原因在於農舍裡難免會有粉塵等空氣中的懸浮物，對於感應器的影響很大，也連帶讓感應器的壽命縮短，如果改用Zigbee技術，則因該技術的感應器成本可較低，因此可有效降低感應器網路固定汰換開支。

建置無線感測網路最大的優點在於可嚴格控管養殖環境，以台南市e化相當有名的大山雞場為例，這家雞場導入無線感測網路後，每天蛋雞的產率可達97%左右，比一般雞場的70%要高出將近30%，雞蛋售價也高達每顆10元，比一般蛋價高出快一倍。

在訊息傳輸方面，無線感測網路目前多以乙太網路架構建置，將傳輸資料至後端系統與PLC上的線路，不過由於環境監控系統所需傳輸的資料量龐大，每秒都必須不停的更新，所以目前的網路仍有延遲的資料更新問題，要降低資訊延遲，加大傳輸頻寬，例如採用光纖會是較佳作法。

植物工廠 精準控制環境與產出

除養殖外，環控技術在農業的另一主要應用是植物工廠，植物工廠透過完全掌控植物生長的因素，來建立作物可全年生產或計劃性生產的條件進行「耕作」的執行模式，由於包括照明、空調、培養液及環境溫度等均被控制，說是農作物的「工廠自動化」基本上並不為過。

不過，相較於工業自動化的環境，在操作精緻農業的業主多是終端使用者，加上每一種農作物的生長環境均有特定的需求，因此無法以傳統標準化的工廠自動化系統直接導入，而像是溫室等精緻農業發展，均有某些程度的「實驗性」牽扯其中，因此在感測系統的調校上必須給予較為彈性的自由度，另外系統也必須呈現較完整及較針對性的現場資訊，才能符合業主「照顧」農作物的獨特要求。

相較於工業自動化，精緻農業在自動化的要求上，對於感測資料的傳遞及整理需求絕對高於控制面向，因此在感測器的整合上需要更多的資源投入，I/O介面的整合就是一項重點；除此之外，從精緻農業乃至於植物工廠對於資訊的需求極高，包括數值與變化的資訊整合均需有相當精細的呈現，因此透過軟體介面完整呈現，也是重要的課題。

不管是養殖或種植，環境感測與控制在農業的應用已逐漸加深，未來商機相當可期，不過農業所使用的環境感測系統，在設計時不能只從IT技術面思考，這類應用牽涉大量的農業專業知識，客製化程度相當高，而且適用與否往往必須經過實際使用後才會知道，也因此系統完成後，還須有一定的調校時間，這時間短則3個月，長則可能達到1年，因此業者投入時必須有要所認知。