跳到主要內容區塊

智慧農業科技發展

智慧農業科技發展(以發展智慧水產養殖產業4.0 為例)

一、主旨:

全球水產養殖業即將全面往工業化4.0來邁進,亦即導入物聯網(Internet of Things, IoT)、機器聯網(machine-to-machine, M2M),透過聯網共同作業來提升水產養殖業的生產效能

二、說明:

1.智慧水產養殖業4.0概念簡述

其建立於智慧水產養殖設施的基礎上,以求降低水產養殖時的電力消耗、節省人力成本和減少人為操作誤差,同時配合無線物聯網技術來監控水質環境和養殖狀況,所有的資訊收集送到雲端運算系統來分析水產養殖的問題,最終透過機器聯網以生物技術解決問題,將水產養殖狀況控制在最佳的狀態,實現毋需人力的狀況下,增加水產養殖的產能。

(1)水產養殖物聯網特色

即所有養殖面向的資訊,全都是透過傳感器連接中央資訊處理平台,將資料透過分析與比對,產生具有智慧的訊息,此即所謂的物聯網。物聯網分成三個部分,分別為資料採集、資料傳輸雲端、資料智慧運算。利用傳感器來做資料採集是物聯網的第一步,例如以水質感受器、影像監視器來收集養殖的所有資訊;第二步則將收集到的所有資料利用各種資通訊技術(Information and Communication Technology, ICT)來做可靠的傳遞,比如無線通訊技術GSM、GPRS、藍芽、無線射頻RFID、衛星定位系統(GPS)、地理資訊系統(GIS)、無線感測網路(WSN)、遙測(RS)等;最後第三步,則將資訊傳遞到最上層的雲端系統後,進行智慧運算並建立大數據,並利用智慧運算的結果和大數據所建立的資料來做為養殖業的科學管理依據。

(2)水產養殖機器聯網特色

透過相關自動化器械設備聯網連結人工智慧物聯網,即可實現自動進行必要養殖措施,將水產養殖狀況控制在最佳的狀態。

相關自動化器械設備包含平衡水體環境之溫度溶氧及循環水控制設備、微生物餌料源饋引管線設備、自動投餌設備、魚苗體型分級及計數設備、排汙殺菌設備等等,且可因應不同水產品種、養殖場地和規模,進行調整配置。

2.智慧水產養殖業4.0之產業鏈區塊特色

智慧農業科技發展

(1)種苗時期

初期種苗孵化階段之相關智慧技術進展,不若成魚智慧養殖技術之發展快速,主因之一為藻類、餌料生物、魚苗生產等培養參數較為複雜,涉及複雜之程式運算及判讀,另因其體型微小,需配備特殊影像系統或計數設備進行聯動監測,並開發微型外觀辨識程式。因此通常需要特定室內場域,以全科技化養殖方法投入長時程參數調整研發,開發最佳之智慧監測設備及智慧回饋機械系統,方能整合成完整之智慧系統架構,加速推動完整產業鏈之智慧化全自動養殖。

A.藻類生產

主要透過各類感測器及影像擷取設備,自動監測藻類培養之各項數據,如溫度、光照強度、通氣量、藻類濃度等,感測器將數據回報給信息處理中央平台,中央平台可透過運算程式判斷培養基養分饋給頻率與饋給量,以及計算生長曲線及生長率演算式,透過智慧機器操作泵浦的壓力及開關控制電子閥件,使不同容器中的藻液進行流動,不需人力的介入,便可讓整個系統自動培養欲需要的藻液量;最終,亦可全自動控制藻液輸出至餌料生物養殖系統或魚苗養殖系統。用戶端則可透過數據信息存取及處理平台,以手機即時查詢全套藻類智慧生產系統設備之運作情況。

B.餌料生物生產

主要透過各類感測器及影像擷取設備,自動監測餌料生物培養之各項數據,如溶氧量、pH值、氨氮值、密度、餌料生物數量等,感測器將數據回報給信息處理中央平台,中央平台可透過運算程式判斷養分饋給頻率與饋給量,並透過餌料生物特徵辨識軟體,精準區分及判斷不同之餌料生物(如輪蟲、蟯足類、豐年蝦等)之生物密度數據,並依生產曲線調整養殖作業;此外,透過與魚苗之智慧培養自動化系統串接,可利用智慧機器操作泵浦的壓力及開關控制電子閥件及管件,從大量的餌料生物生產槽,全自動化提供餌料至魚苗養殖槽內。用戶端則可透過數據信息存取及處理平台,以手機即時查詢全套餌料生物智慧生產系統設備之運作情況。

C.魚苗生產

主要透過透過各類感測器及影像擷取設備,自動監測魚苗培養之各項數據,如溶氧、溫度、氨氮值、氧化還原電位、pH值、鹽度、魚苗池中藻相與餌料生物相參數等,感測器將數據回報給信息處理中央平台,中央平台可透過運算程式判斷並透過器械調整魚苗生態系環境,以及自動補充藻源及各類尺寸之餌料生物數量,並連動規劃其上游之各類藻類及餌料生物之培養供應計畫。此外,攝相設備可自動監測魚隻體型、魚隻數量、魚隻行為等攝像數據,並回報給信息處理中央平台,中央平台可透過影像程式判斷魚群體型,依程式制定分級時間點、分級之魚隻數量及分級範圍,達成魚隻全自動化分級之目標。用戶端則可透過數據信息存取及處理平台,以手機即時查詢魚苗智慧生產系統設備之運作情況。

(2)成體時期

D.室內場域

全室內養殖場域透過智慧水產養殖模式,其理想之養殖良率可從千分之一,提高到百分之八十,等同單位產量較傳統養殖業約高出20至40倍。其在水質控制方面,主要是以工業電腦搭配遠端資料擷取模組連接感測器,藉由水池底的數百個感測器二十四小時不間斷,將水中溶氧量、溫度、酸鹼值、導電度、氧化還原值等數據,以及養殖場室內空氣中溫度、溼度等各項數據,透過資通訊ICT技術送到大數據資料庫進行即時分析;同時,配合中央循環水質之監控處理系統,包含沉澱槽、微粒子處理機、生物濾床、蛋白質除沫器、低流槽、紫外線殺菌設備,可確保場內的魚群能處於良好的水質環境;亦可藉由攝影監控設備,即時監控魚群行為,用戶端可透過資料採擷與遠端監控軟體,以手機隨時監看養殖場狀況與重要數據。

E.室外場域

在室外廣闊養殖海域箱網或土塘之周邊,利用浮標佈置各式水下感測器,或透過無人機裝設遠端攝影監控設備、自動餵食器等相關養殖設備,以即時採集到養殖水質、氣象、生產現場與水下養殖物種視頻圖像、病害等資訊,並通過無線傳輸方式,將資訊上報監控中心、雲伺服器及大數據庫,其所蒐集的資訊,可與歷史環境參數比較,做為養殖措施反應依據。譬如依據水溫、現場動物行為,進行調整給料,避免因過度投餵,而造成整體水體環境汙染。

透過環境監控及自動投餵系統等,幾公頃的養殖場域,可在數十分鐘完成日常養殖作業;此外,藉由伺服器發出之即時訊息,養殖人員可在遠端通過手機、電腦等終端介面查看作業情況,或獲取異常的警報資訊,同時,監測訊息亦包含地圖和地理區域展示,即使魚圈間距離過遠,也能透過網路全覽整合。透過智慧自動化養殖,可更有效率管理室外養殖場域,達成減少人力、降低成本之目的,並降低因場域過大導致可能發生的管理失誤。

3.生物科技中心在智慧水產養殖業4.0之角色

本中心以教學組在發展生醫產業與新農業跨領域人才培育計畫中同時藉由智慧科技教學建立相關跨工學院、電資學院、理學院、醫學院、生科學院的教學團隊同時也成為研究核心團隊,再由研究或企劃組協助推動初期研究工作,進而能爭取智慧科技相關計畫。

智慧農業科技發展

瀏覽數: