農業試驗所建置「共通資訊平台」匯集大數據資料，協助蔬果溫室導入「數位分身」技術，提升溫室管理效能及提供環控系統決策建議，另外，此平台協助教育部「校園午餐食材登錄平台」取得三章一Q食材溯源資料及快速追溯食材流向，縮短稽核單位查詢之時間，達到產銷串聯整合。

隨著氣候異常、從農人口老化及國人關注食安問題，農作物從種到採收，生長過程與栽培方式備受矚目。以往傳統農業無法承受短時間內天氣突然劇烈變化，例如暴雨、乾旱、高溫或低溫等極端氣象，時常造成農作物損失慘重，導致糧食供應不穩，菜價波動起伏不定。且現代務農年齡提高，青年返鄉務農意願低，使農業缺工的狀況頻傳，為改善台灣的農業環境，傳統農業勢必逐漸轉型為智慧農業，使管理操作更便捷及人性化。過去近幾年，曾發生多起黑心食品新聞事件，國人對市面上的產品信賴度降低，食品安全議題逐漸被重視，因此生產過程相關的資訊需被透明化，以利消費者查詢農產品的源頭與檢驗單位稽核，提高消費者對農產品安全之信賴感。

行政院農業委員會農業試驗所(以下簡稱農試所)於2017年建置「共通資訊平台」，除了彙整農、水、畜的生產與溯源資料之外，生產面利用「數位分身」技術分析溫室環控數據，提供溫室管理員過往經驗及現場觀察，系統回饋如何調控，做出最佳的判斷，達到人機協同及決策優化的效果，農企業不但可節省人力，亦可減少多餘的能源消耗，達到節能之目的，建立創新的農業生產模式，更在2019年獲得被喻為科技產業奧斯卡獎的「全球百大科技研發獎」（R&D 100 Awards）。

「數位分身」概念最早於2002年由美國佛羅里達理工學院教授Michael Grieves首先提出，起初運用於工業製造，指一個產品或系統的虛擬分身，每個系統均有兩個模式組成，一個原本的實體模式，另一個含實體資訊的虛擬模式。「數位分身」技術由農試所偕同資訊工業策進會共同開發及首度應用於農業，為解決農業技術出現經驗傳承斷層及缺工問題，導入物聯網與資通訊技術協助環控管理與分析，將原來的環境監測與控制設備管理提升至智慧化層級。

首座農業數位分身示範基地位於臺中市大肚區玉美生技公司，將農場溫室進行科技化與自動化設備升級與管理轉型，希望減少人為管理與判斷的疏失而導致產品供應失調。首先於溫室內安裝溫度、濕度、光度、土壤濕度、環境感測裝置，作動設備如天窗、捲揚、遮陰網、風扇、滴灌系統及戶外氣象測站等設備，蒐集環控資料提供「數位分身」做模型建置。「數位分身」模型分為「溫室醫生」和「溫室教練」，溫室醫生(圖1)該名取自中醫的「望、聞、問、切」之概念，對環控設備做診斷，發掘設備數據異常現象與操作行為分析，進行設備維護與預警；溫室教練(圖2)則以人工智慧(AI)將管理員操作行為模式化，提供決策建議協助溫室管理員進行效率管理。數位分身成果已成功在牛番茄蔬果溫室應用，根據溫室管理員的回饋建議，透過智慧化的環控管理意見，減少管理員對控制器的調整次數與時間，可專心管理作物，大約可提升3倍的溫室管理面積。

該技術於2021年擴大應用領域，將數位分身技術落地於菇類產業，位於彰化蕈優生物科技股份有限公司，嘗試導入數位分身技術(圖3)，以環控科技栽培有機菇類，藉由蒐集溫度、濕度、各種氣體濃度數據，及分析管理員的操作習慣，完成蕈菇達人數位分身，利用模式建議溫室管理員如何調整操作方式，也提供管理員了解是否有設備操作異常，浪費多餘的資源。

數位分身技術不僅協助溫室管理員提升管理效率，也可以幫助新加入的新農民學習管理溫室，農試所於今年2022年規劃將此技術導入培育青年農民，結合人工智慧(AI)與人類智慧(HI)，運用物聯網與資通訊技術等智慧科技蒐集數據與分析建模，模擬專業達人栽種習慣，建模後協助新農民環境控制管理建議，加速新農民掌握管理溫室之方法。透過持續發展的數位分身，打造蔬果生產溫室示範基地，形成智慧農業的具體示範，讓智慧農業應用可以落地。

行政院農業委員會在2017年推動智慧農業計畫，「共通資訊平台」利用開放式應用程式介面(Open API)技術開發與資料交換串接，整合消費端的菜單上下游供應需求與農藥檢驗數據，打造食安溯源的新應用，並透過校園午餐食材登錄平台進行實證。比如農業氣象資料、三章一Q資料、農藥資料、肥料資料…等等，全部匯集於「共通資訊平台」，讓需要資料者僅透過此平台，便可快速及便利的介接相關資料，節省與各業管單位接洽的時間。

行政院於2016年決定由教育部及農委會共同推動校園午餐優先選用在地生產之可追溯性食材政策，鼓勵學校午餐優先選用有機、產銷履歷、台灣優良農產品 CAS標章及生產追溯農產品QR code 等「三章一Q」農、水、畜食材，使用認證標章可以追蹤學校午餐食材確保食用安全，減少家長對於食安的顧慮、培養使用低碳足跡的在地食材飲食習慣。2017年共通資訊平台彙整「三章一Q」溯源資料，提供3000多所國中小學午餐秘書使用，以利於「校園食材登錄平臺」登錄「三章一Q」溯源資料。

為了進一步了解學校使用哪些溯源食材及哪些供應商供應食材，從政府資料開放平台上的「校園食材登錄平臺」國中小午餐食材及供應商資料集，取得食材使用資料，結合「三章一Q」溯源資料進行大數據分析。透過桑基圖 (Sankey Diagram)的方式讓食材流向更清楚呈現，桑基圖是一種特定類型的流圖，由於起始流量和結束流量相同，所有主支寬度的總和與所有分出去的分支寬度總和相等，有利於展現維度間的相關性，適合表達集群的發展。「三章一Q」溯源資料使用頻度的桑基圖分析，目前網頁的查詢條件，提供9個資料維度，最多可設定6個維度查詢，再設定日期區間可查出食材流向資料，查詢後仍可改變資料維度前後順序與類別，呈現不一樣的資料順序與流向。

透過資料的彙整與流向分析(圖4)，獲得統計圖表與食材生產地之圖資，此資料自動與農藥殘留檢驗資料進行比對，了解是否曾經使用過不合格的食材，作為供應商評核的參考依據。再者，食安風險的控管必須防範於未然，在供應全國3000多所學校的團膳廠商或食材供應商中，如何執行有效率的食材使用稽核檢驗，防杜食安事件的發生，是一個重要的課題。本平台透過桑基圖查詢，統計出食材供應筆數較高的業者，提供農糧署列為稽核重點單位，並積極給予輔導，做好平時管理可免於發生食安事件。

校園午餐菜單食材數據整合，將校園午餐中的菜單與食材對應資料進行整合，過往透過標章進行標章內容的查詢，須透過單向標章號碼進行，現在則可透過菜單名稱直接將所有菜單中使用的食材標章進行查詢，並可透過每天規劃的菜名直接對應到食材進行快速查詢，快速取得所有食材的標章資訊，增加食材驗證效率，亦可協助相關稽查人員進行三章一Q使用溯源頻度分析，以視覺化簡潔的操作介面選擇相關參數，即可快速獲得分析結果，從原本稽核時間大約一週降低至一分鐘。原先透過Excel彙整呈現，整體分析資料只能固定提供月份，透過桑基圖視覺化分析模組，則相關稽查人員以不同日期或是月份，針對不同標章種類、不同區域或是不同學校，進行多維度分析功能，稽查人員可依據稽查需求，對其轄下負責區域，來進行不同之稽查規劃分析。

農業生產技術的數位化轉型，已經被視為未來台灣農業升級的關鍵成長動力，同時帶動資通訊科技應用服務，也是產業競爭力關鍵之一，在此結合三方面專家，農業專家、資訊專家及農業生產者，將農業生產資料透過資訊化管理與應用人工智慧技術，成功將製造業的數位分身應用於溫室作物的生產，並開創智慧農業溫室蔬果生產的數位分身示範基地。把「人」的智慧與經驗萃取出來，進而傳承下去是一個重要的里程碑，面對農業轉型精進的挑戰，建置智慧農業「共通資訊平台」，結合資訊工業策進會的資訊領域專家，根據農產業的需求，逐一將這些知識與訊息標準化與共通化，統合各領域需求並開創新的農業技術，並帶領農業生產邁向新的數位化生產方式。

期盼未來生產端與消費端之間有著供需平衡的結合，希望可以規劃與校園食材登錄平台進一步跨平台合作，從開立菜單開始進行資料整合，形成從生產到銷售的完整追溯功能。來自生產端的數據資料，未來可包含標章資訊與生產管理資訊，而消費端則可收集來自消費端的午餐供應資訊，整合兩方資訊後進行資料交換，形成需求導向的整合分析服務，最終可形成生產端到消費端的跨平台應用。結合跨平台間的資料交換與服務應用，讓跨部會、跨平台的校園食材集成能朝向信賴溯源、風險評估以及地產地消等目標前進，建立完整食材供應追溯鏈體系，進而延伸至相關食品供應領域。

▲研發團隊：農業試驗所共通資訊平台

聯絡人：呂椿棠 組長兼研究員

電話：04-23317450

E-mail：tang@tari.gov.tw