环境感控应用增 打造高效能精致农业

农业是与自然环境最息息相关产业，因此相较于其他产业，弄业在环境控制的技术应用向来较快，目前在养殖与种植两方面，都已有显着成绩，透过环境控制技术，未来农业将走向精致化与高效能趋势。

农产、渔牧业的自动化建置目标，一直以来多偏重在完成品品质的检测与分装，主要作法是在系统中设置是或重量传感器，在输送带中发现未达标准，如重量过轻或颜色不佳者，由传感系统告知控制系统挑出，或是将重量、大小相同的产品归类，以利后续进行分装。

这种系统的主要功能在于后续的产品品质维护与包装人力成本的降低，然而在IT持续精进的今天，农业自动化系统已经将前端产品生成的部分纳入，自动化系统延伸至生产前端，主要目的在于降低人力成本与提升产品品质，在效率面，由于农产业产品通常需要一定的养成时间，除非在生技方面着手，否则要利用自动化加强产出效率，成效非常有限。

WSN精准控制生产环境

农产业将自动化延伸至生产前端，目前的作法有两种，一种是利用无线传感网络(Wireless Sensor Network；WSN)来控制生产环境，另一种则是利用自动化技术来架构生产履历，以信息充分揭露的方式，让消费者食用更安心，借此提升购买意愿，间接刺激购买慾望。

无线传感网络由美国国防部高等研究计划局发展，后来被广泛运用于多个领域中，像是工业控制、工安？公安维护、环境保育、医疗照护、能源节约等，成效良好，在日本、韩国相继提出打造无所不在(Ubiquitous)社会的计划后，带动不少相关技术成长，而无线传感网络便是其一，被业界认为发展潜力强劲。

在解释无线传感网络前，有必要先了解传感技术。其实传感技术发展多年，也普及应用于日常生活中。例如大楼中的烟雾侦测器，当二氧化碳浓度、温度超过正常值，就会自动触动火警系统；或是行人经过某路段时，路灯自动照明等，都是使用了传感技术。

无线传感网络最大的特色在于，节点本身具备感知、运算与无线传输等能力，彼此间能相互沟通、调节、自组网络，所以2个以上，且具无线通讯能力的节点组成网络，可进行in-network通讯、数据传递，因此应用层面与功能皆较广泛。

无线传感网络主要组成，包括无线通讯技术、感知器、节点、无线闸道器或协同器，以及数据中心节点上配有类比或数码感知器，具蒐集、处理信息的能力，可用来侦测周遭环境，如温度、湿度、光照、气体浓度、震动幅度、红外线、声音等。

当节点从感知器侦测状况后，会先进行简单的运算与处理，再透过无线通讯传送到后端，并可配合管理机制产出报表，或显示节点位置与状况，供使用者进行线上管理。而先由前端节点初步处理信息，可减少主机的工作负荷、无线通讯的传输时间，以及电力消耗。

建置WSN  稳定将是导入重点

从应用面来看，影响农产品的因素中，环境占有极大比例，尤其是密闭式农舍内的环境更攸关产品品质，因此对环境必须有着严谨的监控，包括其内部必须保持负压环境，让空气只能透过水濂进入；温度和湿度的严格控制等各种不同参数。

无线传感网络系统主要监控温度、湿度、阿摩尼亚、风速、二氧化碳、内部压力等不同指数，并且显现在每座鸡舍的环境监控系统上，其基本架构除了传感器之外，后端还要有PLC控管。

系统的自动传感必须十分敏锐，例如有人进入农舍，内部温度上升，高出系统所限定的温度，系统的空调系统就必须自动启动降低温度。这背后的运作，就是由环控系统透过PLC发出信号，开启风扇调节温度。

事实上，其他各种参数也由该环控系统控制，系统在处理由感应器收集而来的环境数据后，会自动将环境控制在系统限定的范围内。比如保持内部负压环境，让空气只能透过水濂进入，因此只要出入口被打开，系统就会自动以抽风的方式调节压力等，这些动作全都由此一环境控制系统监控，并且自动进行。

无线传感网络一旦建置，对农产养殖来说就十分重要，只要一开始运作，就片刻都不能停下来，并维持其稳定运作，业者指出，曾有某家农场建置感应器时，与后端系统连接网络的厂商疏忽，没有将一个零件锁紧，结果系统误判农舍内的温度过低，停止抽风扇运转18秒，这段时间就造成了鸡只的大量死亡。因此有过这样的经验，无线传感网络系统必须要有备援的机制，来减少意外发生的可能性。

此外，感应器维护也是一大问题，目前感应器平均寿命仅半年，而感应器售价又居高不下，每组成本都在3万元左右，这使得汰换感应器成为可观的固定支出，主要原因在于农舍里难免会有粉尘等空气中的悬浮物，对于感应器的影响很大，也连带让感应器的寿命缩短，如果改用Zigbee技术，则因该技术的感应器成本可较低，因此可有效降低感应器网络固定汰换开支。

建置无线传感网络最大的优点在于可严格控管养殖环境，以台南市e化相当有名的大山鸡场为例，这家鸡场导入无线传感网络后，每天蛋鸡的产率可达97%左右，比一般鸡场的70%要高出将近30%，鸡蛋售价也高达每颗10元，比一般蛋价高出快一倍。

在信息传输方面，无线传感网络目前多以以太网络架构建置，将传输数据至后端系统与PLC上的线路，不过由于环境监控系统所需传输的数据量庞大，每秒都必须不停的更新，所以目前的网络仍有延迟的数据更新问题，要降低信息延迟，加大传输带宽，例如采用光纤会是较佳作法。

植物工厂 精准控制环境与产出

除养殖外，环控技术在农业的另一主要应用是植物工厂，植物工厂透过完全掌控植物生长的因素，来建立作物可全年生产或计划性生产的条件进行「耕作」的执行模式，由于包括照明、空调、培养液及环境温度等均被控制，说是农作物的「工厂自动化」基本上并不为过。

不过，相较于工业自动化的环境，在操作精致农业的业主多是终端使用者，加上每一种农作物的生长环境均有特定的需求，因此无法以传统标准化的工厂自动化系统直接导入，而像是温室等精致农业发展，均有某些程度的「实验性」牵扯其中，因此在传感系统的调校上必须给予较为弹性的自由度，另外系统也必须呈现较完整及较针对性的现场信息，才能符合业主「照顾」农作物的独特要求。

相较于工业自动化，精致农业在自动化的要求上，对于传感数据的传递及整理需求绝对高于控制面向，因此在传感器的整合上需要更多的资源投入，I/O界面的整合就是一项重点；除此之外，从精致农业乃至于植物工厂对于信息的需求极高，包括数值与变化的信息整合均需有相当精细的呈现，因此透过软件界面完整呈现，也是重要的课题。

不管是养殖或种植，环境传感与控制在农业的应用已逐渐加深，未来商机相当可期，不过农业所使用的环境传感系统，在设计时不能只从IT技术面思考，这类应用牵涉大量的农业专业知识，定制化程度相当高，而且适用与否往往必须经过实际使用后才会知道，也因此系统完成后，还须有一定的调校时间，这时间短则3个月，长则可能达到1年，因此业者投入时必须有要所认知。