斜紋夜蛾自動化計數監測器裝置說明

 

茶園害蟲與環境監測裝置建置情形

 

茶園精準管理 - so smart, so easy：智慧型精準噴灌與施藥系統之簡介

圖/文

茶業改良場文山分場助理研究員邱明賜

臺灣大學生物產業機電工程學系教授江昭皚

臺灣大學生物產業機電工程學系博士候選人林子翔

壹、前言

目前大多數田間的管理方式都採均一化作業，整片園區在相同的時間進行澆灌、施肥、用藥等管理工作，但從本場過去的追蹤研究與農民的管理經驗來看，可能會因為園區周邊植披不同或地形地貌因素而造成所受到的氣候條件不同等原因，造成整片園區間的作物生長或受到病蟲害的情形有所差異。

以目前茶園的灌溉系統為例，目前的噴灌方式主要為定時或依據天候狀況手動啟動噴灌設施。目前在進行噴灌作業時，多數茶農僅依靠經驗或是相關手持量測儀器判斷噴灌量是否足夠。噴灌設備雖可有效在一定範圍內噴灑，但由於噴灌時會受到地形、風速、風向等環境影響，容易造成噴灑不均勻的現象，形成茶園內各區域在噴灌後土壤含水率不均勻的情形，而土壤含水率卻直接影響到了茶樹的生育狀況，若無法妥善控制土壤水分狀態，將會影響到茶葉品質。

為了提升噴灌的效率與蟲害防治的成效，並降低不必要灌溉或是用藥工作，此研究整合自動化害蟲監測技術、相關環境監測技術、自動控制、機電整合與無線監控技術等，發展出智慧型精準噴灌與施藥裝置，進而建構完成茶園精準灌溉與施藥系統。

貳、智慧型精準噴灌與施藥系統研發概況

一、茶園害蟲與環境監測裝置

本場與臺灣大學生物產業機電工程學系江昭皚教授共同合作建立之斜紋夜蛾監測系統，目前已持續於茶業改良場文山分場內、石碇區及坪林區部分民營茶園內進行長期監測。該監測裝置可全天候針對斜紋夜蛾出沒數量進行自動化監測，同時間亦能收集田間環境資訊，包括溫度、濕度、照度、土壤溼度、風速、風向、雨量、大氣壓力等資訊。斜紋夜蛾監測裝置是以目前田間常用之中改式誘蟲器結合自行研發之誘引計數通道，在誘引通道上安裝紅外線裝置進行偵測。裝置以兩段式偵測訊號進行計數，無論是害蟲在通道內發生回爬、連續通過或未完全通過時，都能夠正確判讀訊號並計算害蟲通過數量。

圖1、斜紋夜蛾自動化計數監測器裝置說明

監測裝置採低功耗設計，於田間僅需以太陽能模組進行供電，無須額外建置固定式電源，建置上極為便利。且該裝置與裝置間之資料傳輸，均採無線通訊，透過 ZigBee 無線通訊模組，各裝置間即能完成資料連線回傳。整體系統於田間建置時，亦無需額外配置有線網路，對於後續推廣建置，也十分符合實際需求。監測裝置於田間安裝時，主要參照監測區域面積大小決定監測點的數量，各監測區域僅需設置一台閘道器用以管理各監測裝置，負責收集各感測點的監測資訊，並控制各感測點的工作排程。閘道器裝置會定時向各監測裝置收集感測資料，再透過手機通訊網路將資料回傳至資料庫系統。使用者或田間管理者便可透過網際網路進行資料查詢與監控。此外，為了因應不同使用者的需求，管理者更可依據各自的監測需要，動態調整監測資訊的回傳頻率或是系統運作的週期，讓系統所獲取的監測資訊更符合使用者需求。

圖2、茶園害蟲與環境監測裝置建置情形

二、智慧型精準噴灌與施藥裝置

依照上述裝置的開發經驗，研究人員遂拓展該監測裝置之功能，除了既有的監測裝置外，再額外結合相關控制電路，並加裝電磁閥與噴灌元件。具噴灌與施藥功能之裝置運作時，以感測到的害蟲與環境參數進行分析，判斷該區域是否發生害蟲危害或發生灌溉不足的現象。在確定栽植狀況後，裝置會自動啟動灌注藥劑裝置或電磁水閥，針對發生異常情況的栽植區域進行施藥或是噴灌動作。透過即時的狀態監測，系統亦能在噴灌進行時，持續監控害蟲、土壤或環境的變化狀態，直到異常狀態消除後，系統便能依照判斷，自動停止施藥及噴灌動作，使田間管理更為智慧與便捷。

三、資料收集平台

智慧型精準噴灌與施藥裝置在運行時，會即時透過手機通訊網路進行監測資料回傳，本研究以 MySQL 軟體，建立一完整的資料庫系統，在資料庫系統內可儲存各感測點的量測資訊，同時也可儲存各機台的建置資訊。在資料收集平台上，本研究亦以 .NET 技術搭配Google Map 地理圖資 API，為此系統建立一個資料查詢與即時資料監看介面。透過Google Map 搭配各機台的建置資訊，讓使用者可以在地圖上直接選擇不同的監測點或監測區域觀看即時監測資料，更可以進一步調閱歷史的監測資訊，將可依使用者選擇查詢日、周、月、年等統計數據。在查詢系統上，設計可同時提供多監測點同步查詢，以利管理者進行比對驗證。而長期的監測資料未來將可直接提供給改良場相關研究人員，可針對相關環境資訊與噴灌狀態進行生產狀態分析，並進而建議農戶相關改善方案。

參、 結語

針對茶園管理工作需要，未來導入此智慧型控制系統後，將能夠降低不必要的灌溉或是用藥工作，預期能夠提升灌溉與施藥成效，提升茶園管理效率，進而增加生產效能。針對部分水源有限之茶園，若未來採以智慧型噴灌系統之輔助，將能夠精準控制噴灌量，藉此降低水源消耗。不僅使業者能夠降低栽種時的成本支出，針對水源有限之區域，亦能夠精準掌握水資源的使用量。透過建立智慧型控制系統，預期將能使業者能夠提升管理效能，亦能夠有效控制生產品質。透過本系統之發展，結合資通訊技術為茶業生產管理開發新一代的智慧型管理系統，若未來能成功實際導入田間進行推廣，將有助於產業推動。並待技術成熟後，亦能夠進行技術外銷。