智慧環境控制使傳統產業蛻變

近1年多以來，舉凡「植物工廠」、「工廠化農業」或「科技農業」等名詞，開始頻繁出現於各個報章媒體，儼然形成一場新農業革命；探究這股新趨勢的背後，高科技無疑是一大助力，其間當然也包括了物聯網技術。

近來漸趨炙手可熱的植物工廠概念，源起於歐美的溫室栽培農業，由於成效卓著，且蘊含無窮商機，因此目前包括日本、美國、歐洲、大陸與台灣等地，均已著手發展植物工廠。

所謂植物工廠，係指環境可被控制，且可按計畫促使全年無休量產農作物之場所；目前被廣為探討的重點，乃在於透過光線、溫度與濕度的控制，藉此提高農業產出的穩定性，使得作物之栽培，不再完全需要看天吃飯，惟因成本明顯高於傳統栽培方式，所以植物工廠多被用以種植高經濟價值的農作物，譬如萵苣、羅勒、薄荷、花卉、藥用植物等。

截至目前，植物工廠的最大科技亮點，似乎落在LED照明之上，然而除此之外，尚有另一大幕後功臣，即是奠基於物聯網的智慧環境控制技術，就連LED照明，也是受到智慧控制的標的物之一，顯見在物聯網、機器對機器(M2M)等技術的推波助瀾之下，確實足以在人們身處的工商社會環境中，孕育了諸多的可能性，使得原本被視為低值化的傳統產業，也順勢蛻變為高值化。

環境感知運算　催生高價值農作物
就在2013年初，台灣大學與英特爾共同發表了「智慧生活服務」的研究成果，其中的一大亮點是「智慧機車尾燈」計畫，主要是在車上配置週遭車輛感應器，並紀錄行駛動向、預測行車路徑，隨時警示後方駕駛，以避免發生碰撞，提高行車安全。

至於另一亮點，則是「智慧加值農業」計畫，一方面可透過遠端監測經常遭受蟲害的地區，觀察蟲害發生的週期，繼而預測未來可能出現蟲害的時機，如此一來，即可避免過度噴灑農藥、降低化學殘留物，同時也可望在蟲害來襲之前，使得果實享有充分日照後、藉由套袋機制進行保護，藉此杜絕或大幅減少蟲害的衝擊，既可提升農業生產力，也可讓食用者吃得健康又安心。

二方面則可將無線感測網路佈建於溫室，針對高經濟價值的農作物，設計精密控制溫濕度與陽光等自動化控制系統，以期降低人為失誤與不確定影響因素，帶動農產品產量的提高，其中最具代表性的案例，即是蘭花的種植。

據了解，每年台灣的蘭花出口產值，平均介於40億到50億美元之間，經濟價值可謂不低，換言之，若因蟲害、病毒等負面因素導致產量降低，即意謂台灣將損失可觀出口產值；另值得一提的，蘭花算是一種對於生長環境較為敏感的農作物，假使溫度、濕度或日照不對，便容易出現夭折(高溫持續20分鐘)或過早開花(溫度不足)，粗估每年因此而折損的蘭花產量，約莫在10%之譜，所以即便杜絕得了蟲害或病毒，每年仍將釀成近5億美元的經濟損失。

著眼於此，台灣大學與英特爾所共同推動的智慧型農業研究計畫，便將蘭花列為一大重點。探究其溫室架構，主要含括三個重點組成要素，一是由電池來驅動電力的感測器，佈建於蘭園苗圃藉以蒐集資訊，二是網路監控介面與邏輯運算單元，第三則是雲端機房，負責分析並改進生長參數，運用預期性的推理過程，判斷蘭園裡頭究竟應維持多少的溫度、濕度或照度，才能讓蘭花生長環境更趨健全。

而此一智慧環境控制系統，也具備十足的應變能力，比方說，當系統察覺蘭園內部某區域溫度稍稍偏離正常數值，但鄰近感測器卻未發送警訊，便研判該設備可能出現故障，就隨即通知相關管理人員，儘速撤換這台感測裝置。

再者，如果經由氣象預報，得知次日氣溫可能下降，便可透過系統設定排程，次日一到即開啟加熱系統，藉以維持正常溫度。

不過這個研究計畫，也凸顯了M2M系統仍有亟待改善的地方，意即感測器必須倚靠電池運作，且耗電情況仍未臻至真正完美的境地，所以研究人員為了降低電池更換頻率，有時只好選擇關閉某些感測器；倘若業界能研發設計省電能力更強的感測裝置，理當更能契合植物工廠的永續運作需求。

總結來說，在探究植物工廠議題時，所涉及的環境控制標的，不外是風、光、水、養、氣等五項。「風」包括了空氣的溫濕度、風速、分布的均勻度等項目；「光」包含了光源的光量、光質、光週期，及給光的均勻度等項目；「水」包括了水質、灌溉時機、灌溉量等項目；「養」則含括了水體內營養成分、營養濃度、酸鹼度、電導度、溶氧量等項目；至於「氣」，則是空氣當中的二氧化碳濃度。

憑藉溫度感測　輔助水產養殖
除了農業以外，經濟產值同樣不低的水產養殖業，亦可援引智慧型環境感測技術，帶來莫大效益。此乃由於，亞洲水產養殖產量佔全球高達九成，而台灣更是水產種苗的先驅，是亞洲眾多國家的種苗供應中心，具有舉足輕重的地位，實在不宜沿用傳統「粗放式」飼養方式自我折損經濟效益。

一般來說，養殖業者意欲創造理想的營運績效，主要關鍵在於，必須傾全力將養殖環境維持於高品質，尤需避免因含氧量、溫度、混濁度不佳導致魚隻死亡，不僅如此，亦需要設法降低營運成本，譬如電費支出，就是當省則省的重要環節。

隨著物聯網技術的發展，已讓過往與高科技八竿子打不在一塊的水產養殖業，開始有機會與「智慧」二字緊密結合；透過智慧感測、智慧控制等新興技術，已有業者發展出智慧水產養殖系統，其蘊含了資料或圖像的即時採集、無線網路傳輸、智慧運算及預測、預警資訊的發送，以及輔助決策等眾多功能於一身，藉由對水質參數的檢測、相關數據的傳輸、資訊的智慧運算，以及最重要的智慧化自動控制功能，藉以大幅提升水產養殖的管理效率。

在此前提下，養殖戶即可透過智慧型手機、平板電腦等智慧型終端設備，即時掌握養殖水質環境的資訊，萬一出現異常狀態，或是水質轉趨不良，都可在第一時間獲得警訊，以利於及時應變處理；除此之外，養殖戶也可以根據水質監測結果，即時調整控制系統，以更有效率的方式，來推動水產養殖的智慧化，終至提高產量、增裕營收，而且又能一併實現節能減碳之目標。

譬如位在屏東的龍膽石斑(亦可稱為鞍帶石斑)魚塭，便是對於智慧感測技術需求孔急之例。可被歸類為高經濟生物的龍膽石斑，儘管對對環境的抵抗力不算弱，但養殖戶以往仍面臨一大考驗，因為夜間沒有陽光，容易導致水中二氧化碳含量飆高，為了解決這個問題，就必須倚靠水車在夜間運轉，藉以提高養殖池中的溶氧濃度，然而假使水車葉片因任何緣故而卡住，就可能導致整台設備燒毀，無法繼續提高池中溶氧濃度，值此時刻，養殖區內的大批魚群，便將因為低於溶氧濃度而死亡。

再者，養殖池亦可能因為藻類優養化，導致水中氧氣迅速消耗，並使魚群遭受藻類毒素感染而死亡，因此養殖戶亦須全天候關注水質；種種難題，都可藉由智慧型監控與感測技術加以化解。