云端物联网上休闲农业与健康养生小站群

何善辉 郭宜婷



云端物联网上休闲农业与健康养生小站群

何善辉 郭宜婷

台北大学电机工程学系

食品安全风暴不断，人们越来越重视养生与健康。在健康农业领域，无污染农业与有机农业受到重视。智能农业采用的物联网技术，能够通过无线传感器实地收集田中作物的生长信息，并建立农产品的安全溯源系统，实现田间种植的远程实地监控，且能为每一份农产品做出履历，解决传统农业上的问题。除了将云端物联网应用于农业之外，智能农业除了确保农产品市场的安全和质量，也让人们能够在自家运行一个小农场，通过云端与各地同行交流经验，通过物联网，得到更及时和精确的信息，建立起一个虚拟休闲农场和虚拟的健康养生小站群，借智慧物联网达到健康养生的目的。

云端物联网 智慧农业 休闲农业 健康养生

1 概述

近年来，食品安全风暴不断，人们越来越重视养生与健康，在健康农业领域，无污染农业与有机农业受到重视，通过科技研发非化学性材料，开发环境控制、绿能及高效率生产体系导入自动化、遥控技术及节能等系统。随着农业朝向精细化发展，农家裁种作物方式也可以运用物联网技术，利用土壤、空气监视、环境明亮等感应器材，搜集种植区域内的二氧化碳、阳光、土壤养分、空气中的湿度变化，通过这些数据随时了解种植情况，依需要适时改善。

农业物联网技术集成了传感器网络、嵌入式系统、无线移动通讯、互联网、网络数据库和云端计算、云端服务等关键技术，科技研发人员提供基于物联网技术的远程监控管理系统和物联网技术系列产品，实现了农情信息采集自动化、诊断管理智能化等综合功能，使农业管理能实时掌握关键信息。

在台湾，我们现在买菜的时候，只要拿出手机扫描农产品上的二维条形码贴纸或是包装袋，就可以看到产品的生产、加工、运输直到销售的一切信息。田里农产品的湿度、温度及阳光等环境信息若是出现问题，手机或是无线载体则可以自动发起警报，这样的技术，彻底告别传统农业所谓的“靠天吃饭”或是“凭经验，跑断腿”等情况，这种履历生鲜的扫描经验与远程实时监控技术，已经默默地出现在我们的身边。这就是基于物联网技术的智能农业系统，给传统农业带来巨大的改变。过去，我们在购买农产品时总是会问这些农产品是从哪来，用的是什么药，农药残留量是不是合格的等等。而农夫们在农产品的施肥，除虫除草与浇水等过程，都是依靠自身经验与感觉，没法做到随时监控与精确的管理。

除了将云端物联网应用于农业上之外，每个人在家里都能够运作一个小农场，自种有机蔬菜，并通过云端与物联网，与世界各地进行交流，分享种菜的经验与健康养生的知识，形成虚拟休闲农场小站群。

1.1 云端

“云端”就是指“网络”，云端运算就是利用网络沟通多台计算机的运算工作，或是通过网络联机取得由远程主机提供的服务等。云端运算(Cloud Computing)并非技术，而是一种概念，是基于计算机技术的运用发展而成的一种网络交流形态，云端运算是一种基于因特网的运算方式，通过这种方式，使用者不必了解“云端”中基础设备的细节，也不必拥有太多的专业知识，而这种技术其实早就已经存在于我们的生活之中，应用也持续扩大，成为不可或缺的一部分。

最简单的云端运算技术其实早已随处可见，例如搜寻引擎、网络信箱等，所有的数据都不须存在使用者的计算机里，而进一步的云端运算不只可以做数据搜寻、分析，更可以运用在生物科学上，例如：解析癌细胞、分析基因结构、基因谱定序等，与智能手机等行动装置结合更加紧密后，更可以通过云端运算发展出更多的应用服务。

1.2 物联网

物联网(Internet of Things，IOT)由国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)于2005年提出，指除了人与人之间可以通过网络相互联系外，人与物品或物品与物品之间亦可以通过网络互通信息。物联网的架构可分为“时间”(Time)、“地点”(Place)与“物品”(Thing)三个维度，创造出所有物品皆可在任何时间、任何地点相互沟通的环境。物联网简单来说也就是“物物相连的互联网”，利用无线射频识别(RFID)、感测装置(Sensor)、全球定位系统(GPS)及智能手机(Smart Phone)等通讯技术的整合能力，通过前端感测网络将任何物品与互联网串接，以进行通信和信息的交换，建构出实体对象感知的智能环境，并可将感测环境与地点的动态信息传送至后端的服务平台，进而实现智慧化识别、定位、追踪、监控和各种生活及工作的情境管理。通过广泛感知网络的布建，达成全面的物物互联互通，同时也将迈向智慧化生活应用与服务。

借助物联网与云端运算平台的结合，以提供精致农业、安全防灾、医疗照护、绿色节能、智能交通及校园安全等智慧化的物联网服务，可为企业及政府管理者带来极大的时间及成本效益。

1.3 智能农业

智能农业是农业生产的高级阶段，应用了多媒体、物联网等技术。常见的智能农业有大田种植智慧管理，食品安全溯源、畜牧养殖管理、食用菌种植智慧化管理、水产养殖管理、温室智能控制、水源井监控系统等等。而这些技术当中，消费者最关心的是食品安全溯源与大田种植智慧管理。智能农业采用的物联网技术，能够通过无线传感器实地收集田中作物的生长信息并建立农产品的安全溯源系统，实现田间种植的远程实地监控，且能为每一份农产品做出履历，解决传统农业上的问题。

1.4 休闲农业

休闲农业系指利用田园景观、自然生态及环境资源，结合农林渔牧生产、农业经营活动、农村文化及农家生活，以提供人们休闲、增进人们对农业及农村之体验为目的的农业经营。许多休闲农场体验提倡有机农法。农场除了生产之外，还将农场环境作为住宿地，以享田园之乐，游客到农场吸收新鲜空气，没有噪音只有田园交响曲，吃不一样的东西，乡土野菜、烤甘薯，重享童玩的捉泥鳅、钓鱼、观赏萤火虫等。

1.5 健康养生与有机食品

有机食品的定义有广义和狭义之分，狭义的有机食品定义是：农作物在种植过程中没有使用非天然的化学物质或有机物质，如农药(即杀虫剂、除草剂等)、化学肥料等。加工过程没有使用化学添加物。所以只要是100%天然的，都可以称作是有机食品。长久以来，随着科技进步、商业发达，食品从种植到量产，都经过了基因改造及化学加工，以追求经济利益，进而忽略了对人体及环境的影响及潜在伤害。

有机蔬菜的耕作是非常严谨的。首先农地必须经过3～5年的休耕，休耕期间最好能不断种植绿肥植物，如田菁、波斯菊及豆科植物等，长成后耕犁打碎于土壤中，增进土壤的松散度，改善土壤硬化酸化的问题，增加土壤透气度、含氧量、吸水功能及吸附营养的能力，让土壤适合微生物及蚯蚓的繁殖生长，以分解化肥残留、重金属残留及有机质肥料，增加土壤中多元的微量营养物质。最后农地还必须通过重金属、亚硝酸盐及灌溉水源是否受污染检测，同时与隔壁农田必须种植隔离带植物(休耕期间就要先种植完成)，防止附近农田喷洒农药污染，如此才能种植有机蔬菜。

种植有机蔬菜，一定不能使用化学肥料及农药，而且所使用的有机肥料也不能含有重金属及残留动物疾病所使用的药物(如抗生素、生长激素)，厨余所堆成的有机肥不能有过量的油脂及食盐，并且要有适当的碳氮比率。种植初期的昆虫管理非常辛苦，现在已经有利用微生物破坏虫卵的技术。

有机蔬菜是指零污染的食物，即不经过化肥、农药、除草剂等污染的食物，而且肥料必须用自然堆肥，凡是任何有害土壤的添加物，都不可使用。

在美国，蔬果分为三个等级：

（1）最高级为“有机蔬果”，必须耕地20公里内没有任何污染(因为地下水脉广达直径20公里)，休耕3～6年，不使用化肥、农药、不在飞机航道下，种出来的蔬果才叫“有机蔬果”，台湾地区也有“有机蔬果”，但产量较少，主要在台东花莲。目前台湾土壤污染较严重地有桃园、彰化及台中等县，高重金属含量有22万公顷，污染重金属有镉、铬、镍、铅、锌。这些地区生产的蔬果顶多属于准有机蔬果。

（2）大部分有机商店卖的是“准有机蔬果”，即不使用农药、化肥，有少部分商人昧着良心以安全蔬菜冒充有机蔬菜，卖得贵，又欺骗消费者，难怪有些消费者会对有机商店失去信心。

（3）“半有机蔬果”，是指蔬果在开花结果前有施农化肥，而开花结果后，就改施有机肥，不施农药。

如果用错农药，或是提早采收，残留农药就相当严重，对人体有立即的伤害。例如农药残留不合格的草莓，主要是农民违规使用大克满农药，大克满农药目前仅适用于干豆类、豆菜类、柑橘类的病虫害防治，由于该药剂分解较慢，不适合使用于连续采收的草莓。防治农作物病虫害时，应按农药标示记载的使用方式及使用范围施药，施药后，在规定数日内不得采取。

2 面临的问题

我们简单归纳出过去农业遇到的问题是：一方面，农民靠天吃饭，凭经验，农夫们在农产品的施肥、除虫除草与浇水等过程都是依靠自身经验与感觉，没办法做到随时监控与精确的管理。另一方面，健康养生与食品安全问题。当在购买农产品时顾客总是会问这些农产品是从哪来，用的是什么药，农药残留量是不是合格等等。农产品的来历不透明化，造成消费者心中产生疑虑。

3 解决办法

3.1 智能农业解决实时监控问题

通过云端与物联网技术，我们可以对田间种植情况进行远程监控与管理，不同农作物在不同的生长周期，对周边的环境、温度、湿度、光照及二氧化碳等因素的需求也不同。

传统农业中，农夫们只能依靠自己过去的种植经验和感觉对什么时候浇水、施肥、除虫等操作进行模糊管理，导致农夫需要付出大量的时间与精力在管理农产品上，但是却又得不到好的收获结果。

智能农业中的农业生产物联网控制系统，能够通过信息化智能监控，对田中农作物的生长情形进行精确把关，农夫们可以在任何时间与地点，通过无线装置载具(如手机以及平板电脑等等)或是计算机等网络平台，实现农产品田间管理的精确监控与远程管理，掌握病虫害、田间水位等信息，也可以设定界线数值，在田间数据超过警戒范围时，能向农夫发出警告信息，确保应对措施的实时和准确。

从实际的应用案例来看，农业与科技的结合也确实能帮助农民提升作物的产量与质量。譬如西班牙的无线通讯技术公司Libelium就以大数据分析让农民的葡萄栽培可在成本下降、减少20%肥料使用的情况下提升15%生产率；又如台湾知名的玉荷包则是通过农试所的农业专家以远程监控方式对全台五大产区的农民进行栽种指导，进而让荔枝产期从原有的一个月延长至三个月，不但稳定了市售价格也让产量提升了20%。墨西哥政府与Google合作以卫星图像对该国的土地利用、永续农业和物种保育进行决策规划；印度政府通过社群网络Twitter的讨论来了解稻米价格的波动状况；非洲则利用手机APP及成立mFarms农业交流平台来提升当地小农的经济收入，而且目前已有17个国家、8万多名农民、数千家经销商加入该平台，由此可见其重要性与影响力。

3.2 农产品拥有自己的履历表

通过智能农业中的农产品安全溯源系统，为农产品附加RFID Tag，并在种植、生产、运输及销售等过程中不断增加产品信息，在最后包装或是贴纸上的二维条形码标签提供农产品的所有信息，促进农产品的品牌建设，让更多人记住品牌产品的规范、智能农业科技水平，壮大顾客族群。

4 结论

问题不断产生，人们想办法解决问题，也创新了许多的技术。发现问题、解决问题，在无限的循环，科技日益进步。通过物联网与云端运算平台的结合，精致农业替我们解决了传统农业上的问题。从实际案例来看，农业与科技的结合确实能帮助农民提升作物的产量与品质，我们使用云端物联网技术能远端遥控田中的操作，随时得知农产品状况；农产品履历记录下从生产到销售的环节，给消费者安心与保障，智能农业除了确保了农产品市场的安全和质量，也让人们能够在自家运行一个小农场，通过云端与各地同行交流经验，通过物联网得到更及时与精确的信息，建立起一个虚拟休闲农场和虚拟的健康养生小站群，达到健康养生的目的。

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