推動現況與實例 推動現況與實例

利用物聯網技術監測監控瓜類作物農業設施之環境因子

本計畫以高經濟價值的洋香瓜作為研究主體,導入物聯網與資通訊技術,開發出一套適用於洋香瓜溫室生長環境之自動化栽培管理系統,可實時收集溫室內的栽種環境資訊,如環境溫溼度、環境日照度、土壤溫溼度、土壤酸鹼度、土壤電導度,並透過大量監測數據的分析與人工管理經驗的整合,該系統會自動判斷是否啟動或關閉相關設備,如風扇、水閥、電燈,使洋香瓜栽種環境得以維持在適當的生長區間中,以期最佳化洋香瓜生長環境條件。


自動化栽培管理系統主要分為監測系統與控制系統,監測系統負責監測洋香瓜溫室生長環境,由前端感測節點、閘道器、雲端資料庫這三大部分所組成,由圖一所示;控制系統負責調控洋香瓜溫室生長環境,由前端控制節點與相關設備、閘道器、雲端資料庫這三大部分所組成,由圖二所示。兩大系統僅指令流向不同而已,其中的基礎與技術皆同屬一類,監測系統由前端感測節點首先偵測環境差異變化,並透過無線通訊模組(ZigBee)將資料傳至閘道器,再由閘道器統一將數據傳至雲端資料庫進行數據存儲與後續分析;控制系統則由閘道器主動從雲端資料庫擷取該溫室之環境原始數據,並進行一系列數據處理與判斷演算法,再透過ZigBee向前端控制節點傳達開啟或關閉指令,進而控制相關設備的作動,以達到控制溫室生長環境之目的。

 

圖一. 自動化栽培管理系統之監測系統
圖二. 自動化栽培管理系統之控制系統

 

2018年9月至11月,本計畫於高雄區農業改良場澎湖分場執行對照實驗,分別設有對照組與實驗組。將M3玻璃溫室設為對照組,僅佈置監測系統監測洋香瓜生長環境,栽種過程以人力負責管理生長環境;將M2玻璃溫室設為實驗組,除了佈置監測系統於此溫室之外,還設有控制系統與相關設備,自動化管控此組別的生長環境。表一為自動化栽培管理系統對洋香瓜性狀之影響,結果指出實驗組的洋香瓜在甜度上與對照組相似的情況下,果長平均高出15.5%、果寬平均高出11.0%、果重平均高出39.7%。圖三為實際洋香瓜之對照實驗圖,可以從圖中看出對照組與實驗組,不論是紅利或式高雄2號,實驗組的果實明顯較對照組大上許多。

 

 表一.自動化栽培管理系統對洋香瓜性狀之影響

  項目 果長(cm) 果寬(cm) 糖度(oBrix) 平均單果重(kg)
對照組 紅利 13.7b 14.4b 11.3b 1.4c
高雄2號 14.1b 14.8b 11.0b 1.7b
實驗組 紅利 15.9a 16.2a 12.5a 2.1a
高雄2號 16.2a 16.2a 10.3b 2.2a

a.同欄內不同字母表示其均值在進行LSD分析達5%顯著水準。
b.播種日期:107.8.13;移植日期:107.8.27;採收日期:107.11.13~23。

 

圖三. 實際洋香瓜之對照實驗圖

 

此結果顯示本研究所提出的自動化栽培管理系統,在不影響甜度的狀況下,不僅在栽種過程中增加果實的體積、重量,還大幅降低人力成本與負擔,進而達到管理效率的提升。預期在未來透過更龐大的數據整合與分析,將數據轉換成農業經營的相關資訊,提供各項產銷規劃、生產管理及顧客服務等決策判斷參考,邁向安全且效率的農業時代。

 

計畫團隊:國立臺灣大學生物產業機電工程學系研究所 生物電磁實驗室

E-mail:jajiang@ntu.edu.tw

電話:02-33665341

聯絡人:江昭皚

►示範業者:王俊能

公司網址/相關社群:高雄區農業改良場澎湖分場

E-mail:nzjnzjnzj@mail.kdais.gov.tw

電話:0911-187-669

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