云端物聯網上休閑農業與健康養生小站群

何善輝 郭宜婷

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云端物聯網上休閑農業與健康養生小站群

何善輝 郭宜婷

臺北大學電機工程學系

食品安全風暴不斷，人們越來越重視養生與健康。在健康農業領域，無污染農業與有機農業受到重視。智能農業采用的物聯網技術，能夠通過無線傳感器實地收集田中作物的生長信息，并建立農產品的安全溯源系統，實現田間種植的遠程實地監控，且能為每一份農產品做出履歷，解決傳統農業上的問題。除了將云端物聯網應用于農業之外，智能農業除了確保農產品市場的安全和質量，也讓人們能夠在自家運行一個小農場，通過云端與各地同行交流經驗，通過物聯網，得到更及時和精確的信息，建立起一個虛擬休閑農場和虛擬的健康養生小站群，借智慧物聯網達到健康養生的目的。

云端物聯網 智慧農業 休閑農業 健康養生

1 概述

近年來，食品安全風暴不斷，人們越來越重視養生與健康，在健康農業領域，無污染農業與有機農業受到重視，通過科技研發非化學性材料，開發環境控制、綠能及高效率生產體系導入自動化、遙控技術及節能等系統。隨著農業朝向精細化發展，農家裁種作物方式也可以運用物聯網技術，利用土壤、空氣監視、環境明亮等感應器材，搜集種植區域內的二氧化碳、陽光、土壤養分、空氣中的濕度變化，通過這些數據隨時了解種植情況，依需要適時改善。

農業物聯網技術集成了傳感器網絡、嵌入式系統、無線移動通訊、互聯網、網絡數據庫和云端計算、云端服務等關鍵技術，科技研發人員提供基于物聯網技術的遠程監控管理系統和物聯網技術系列產品，實現了農情信息采集自動化、診斷管理智能化等綜合功能，使農業管理能實時掌握關鍵信息。

在臺灣，我們現在買菜的時候，只要拿出手機掃描農產品上的二維條形碼貼紙或是包裝袋，就可以看到產品的生產、加工、運輸直到銷售的一切信息。田里農產品的濕度、溫度及陽光等環境信息若是出現問題，手機或是無線載體則可以自動發起警報，這樣的技術，徹底告別傳統農業所謂的“靠天吃飯”或是“憑經驗，跑斷腿”等情況，這種履歷生鮮的掃描經驗與遠程實時監控技術，已經默默地出現在我們的身邊。這就是基于物聯網技術的智能農業系統，給傳統農業帶來巨大的改變。過去，我們在購買農產品時總是會問這些農產品是從哪來，用的是什么藥，農藥殘留量是不是合格的等等。而農夫們在農產品的施肥，除蟲除草與澆水等過程，都是依靠自身經驗與感覺，沒法做到隨時監控與精確的管理。

除了將云端物聯網應用于農業上之外，每個人在家里都能夠運作一個小農場，自種有機蔬菜，并通過云端與物聯網，與世界各地進行交流，分享種菜的經驗與健康養生的知識，形成虛擬休閑農場小站群。

1.1 云端

“云端”就是指“網絡”，云端運算就是利用網絡溝通多臺計算機的運算工作，或是通過網絡聯機取得由遠程主機提供的服務等。云端運算(Cloud Computing)并非技術，而是一種概念，是基于計算機技術的運用發展而成的一種網絡交流形態，云端運算是一種基于因特網的運算方式，通過這種方式，使用者不必了解“云端”中基礎設備的細節，也不必擁有太多的專業知識，而這種技術其實早就已經存在于我們的生活之中，應用也持續擴大，成為不可或缺的一部分。

最簡單的云端運算技術其實早已隨處可見，例如搜尋引擎、網絡信箱等，所有的數據都不須存在使用者的計算機里，而進一步的云端運算不只可以做數據搜尋、分析，更可以運用在生物科學上，例如：解析癌細胞、分析基因結構、基因譜定序等，與智能手機等行動裝置結合更加緊密后，更可以通過云端運算發展出更多的應用服務。

1.2 物聯網

物聯網(Internet of Things，IOT)由國際電信聯盟(International Telecommunication Union，ITU)于2005年提出，指除了人與人之間可以通過網絡相互聯系外，人與物品或物品與物品之間亦可以通過網絡互通信息。物聯網的架構可分為“時間”(Time)、“地點”(Place)與“物品”(Thing)三個維度，創造出所有物品皆可在任何時間、任何地點相互溝通的環境。物聯網簡單來說也就是“物物相連的互聯網”，利用無線射頻識別(RFID)、感測裝置(Sensor)、全球定位系統(GPS)及智能手機(Smart Phone)等通訊技術的整合能力，通過前端感測網絡將任何物品與互聯網串接，以進行通信和信息的交換，建構出實體對象感知的智能環境，并可將感測環境與地點的動態信息傳送至后端的服務平臺，進而實現智慧化識別、定位、追蹤、監控和各種生活及工作的情境管理。通過廣泛感知網絡的布建，達成全面的物物互聯互通，同時也將邁向智慧化生活應用與服務。

借助物聯網與云端運算平臺的結合，以提供精致農業、安全防災、醫療照護、綠色節能、智能交通及校園安全等智慧化的物聯網服務，可為企業及政府管理者帶來極大的時間及成本效益。

1.3 智能農業

智能農業是農業生產的高級階段，應用了多媒體、物聯網等技術。常見的智能農業有大田種植智慧管理，食品安全溯源、畜牧養殖管理、食用菌種植智慧化管理、水產養殖管理、溫室智能控制、水源井監控系統等等。而這些技術當中，消費者最關心的是食品安全溯源與大田種植智慧管理。智能農業采用的物聯網技術，能夠通過無線傳感器實地收集田中作物的生長信息并建立農產品的安全溯源系統，實現田間種植的遠程實地監控，且能為每一份農產品做出履歷，解決傳統農業上的問題。

1.4 休閑農業

休閑農業系指利用田園景觀、自然生態及環境資源，結合農林漁牧生產、農業經營活動、農村文化及農家生活，以提供人們休閑、增進人們對農業及農村之體驗為目的的農業經營。許多休閑農場體驗提倡有機農法。農場除了生產之外，還將農場環境作為住宿地，以享田園之樂，游客到農場吸收新鮮空氣，沒有噪音只有田園交響曲，吃不一樣的東西，鄉土野菜、烤甘薯，重享童玩的捉泥鰍、釣魚、觀賞螢火蟲等。

1.5 健康養生與有機食品

有機食品的定義有廣義和狹義之分，狹義的有機食品定義是：農作物在種植過程中沒有使用非天然的化學物質或有機物質，如農藥(即殺蟲劑、除草劑等)、化學肥料等。加工過程沒有使用化學添加物。所以只要是100%天然的，都可以稱作是有機食品。長久以來，隨著科技進步、商業發達，食品從種植到量產，都經過了基因改造及化學加工，以追求經濟利益，進而忽略了對人體及環境的影響及潛在傷害。

有機蔬菜的耕作是非常嚴謹的。首先農地必須經過3～5年的休耕，休耕期間最好能不斷種植綠肥植物，如田菁、波斯菊及豆科植物等，長成后耕犁打碎于土壤中，增進土壤的松散度，改善土壤硬化酸化的問題，增加土壤透氣度、含氧量、吸水功能及吸附營養的能力，讓土壤適合微生物及蚯蚓的繁殖生長，以分解化肥殘留、重金屬殘留及有機質肥料，增加土壤中多元的微量營養物質。最后農地還必須通過重金屬、亞硝酸鹽及灌溉水源是否受污染檢測，同時與隔壁農田必須種植隔離帶植物(休耕期間就要先種植完成)，防止附近農田噴灑農藥污染，如此才能種植有機蔬菜。

種植有機蔬菜，一定不能使用化學肥料及農藥，而且所使用的有機肥料也不能含有重金屬及殘留動物疾病所使用的藥物(如抗生素、生長激素)，廚余所堆成的有機肥不能有過量的油脂及食鹽，并且要有適當的碳氮比率。種植初期的昆蟲管理非常辛苦，現在已經有利用微生物破壞蟲卵的技術。

有機蔬菜是指零污染的食物，即不經過化肥、農藥、除草劑等污染的食物，而且肥料必須用自然堆肥，凡是任何有害土壤的添加物，都不可使用。

在美國，蔬果分為三個等級：

（1）最高級為“有機蔬果”，必須耕地20公里內沒有任何污染(因為地下水脈廣達直徑20公里)，休耕3～6年，不使用化肥、農藥、不在飛機航道下，種出來的蔬果才叫“有機蔬果”，臺灣地區也有“有機蔬果”，但產量較少，主要在臺東花蓮。目前臺灣土壤污染較嚴重地有桃園、彰化及臺中等縣，高重金屬含量有22萬公頃，污染重金屬有鎘、鉻、鎳、鉛、鋅。這些地區生產的蔬果頂多屬于準有機蔬果。

（2）大部分有機商店賣的是“準有機蔬果”，即不使用農藥、化肥，有少部分商人昧著良心以安全蔬菜冒充有機蔬菜，賣得貴，又欺騙消費者，難怪有些消費者會對有機商店失去信心。

（3）“半有機蔬果”，是指蔬果在開花結果前有施農化肥，而開花結果后，就改施有機肥，不施農藥。

如果用錯農藥，或是提早采收，殘留農藥就相當嚴重，對人體有立即的傷害。例如農藥殘留不合格的草莓，主要是農民違規使用大克滿農藥，大克滿農藥目前僅適用于干豆類、豆菜類、柑橘類的病蟲害防治，由于該藥劑分解較慢，不適合使用于連續采收的草莓。防治農作物病蟲害時，應按農藥標示記載的使用方式及使用范圍施藥，施藥后，在規定數日內不得采取。

2 面臨的問題

我們簡單歸納出過去農業遇到的問題是：一方面，農民靠天吃飯，憑經驗，農夫們在農產品的施肥、除蟲除草與澆水等過程都是依靠自身經驗與感覺，沒辦法做到隨時監控與精確的管理。另一方面，健康養生與食品安全問題。當在購買農產品時顧客總是會問這些農產品是從哪來，用的是什么藥，農藥殘留量是不是合格等等。農產品的來歷不透明化，造成消費者心中產生疑慮。

3 解決辦法

3.1 智能農業解決實時監控問題

通過云端與物聯網技術，我們可以對田間種植情況進行遠程監控與管理，不同農作物在不同的生長周期，對周邊的環境、溫度、濕度、光照及二氧化碳等因素的需求也不同。

傳統農業中，農夫們只能依靠自己過去的種植經驗和感覺對什么時候澆水、施肥、除蟲等操作進行模糊管理，導致農夫需要付出大量的時間與精力在管理農產品上，但是卻又得不到好的收獲結果。

智能農業中的農業生產物聯網控制系統，能夠通過信息化智能監控，對田中農作物的生長情形進行精確把關，農夫們可以在任何時間與地點，通過無線裝置載具(如手機以及平板電腦等等)或是計算機等網絡平臺，實現農產品田間管理的精確監控與遠程管理，掌握病蟲害、田間水位等信息，也可以設定界線數值，在田間數據超過警戒范圍時，能向農夫發出警告信息，確保應對措施的實時和準確。

從實際的應用案例來看，農業與科技的結合也確實能幫助農民提升作物的產量與質量。譬如西班牙的無線通訊技術公司Libelium就以大數據分析讓農民的葡萄栽培可在成本下降、減少20%肥料使用的情況下提升15%生產率；又如臺灣知名的玉荷包則是通過農試所的農業專家以遠程監控方式對全臺五大產區的農民進行栽種指導，進而讓荔枝產期從原有的一個月延長至三個月，不但穩定了市售價格也讓產量提升了20%。墨西哥政府與Google合作以衛星圖像對該國的土地利用、永續農業和物種保育進行決策規劃；印度政府通過社群網絡Twitter的討論來了解稻米價格的波動狀況；非洲則利用手機APP及成立mFarms農業交流平臺來提升當地小農的經濟收入，而且目前已有17個國家、8萬多名農民、數千家經銷商加入該平臺，由此可見其重要性與影響力。

3.2 農產品擁有自己的履歷表

通過智能農業中的農產品安全溯源系統，為農產品附加RFID Tag，并在種植、生產、運輸及銷售等過程中不斷增加產品信息，在最后包裝或是貼紙上的二維條形碼標簽提供農產品的所有信息，促進農產品的品牌建設，讓更多人記住品牌產品的規范、智能農業科技水平，壯大顧客族群。

4 結論

問題不斷產生，人們想辦法解決問題，也創新了許多的技術。發現問題、解決問題，在無限的循環，科技日益進步。通過物聯網與云端運算平臺的結合，精致農業替我們解決了傳統農業上的問題。從實際案例來看，農業與科技的結合確實能幫助農民提升作物的產量與品質，我們使用云端物聯網技術能遠端遙控田中的操作，隨時得知農產品狀況；農產品履歷記錄下從生產到銷售的環節，給消費者安心與保障，智能農業除了確保了農產品市場的安全和質量，也讓人們能夠在自家運行一個小農場，通過云端與各地同行交流經驗，通過物聯網得到更及時與精確的信息，建立起一個虛擬休閑農場和虛擬的健康養生小站群，達到健康養生的目的。

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