文．圖╱黃俊翔 財團法人農業科技研究院農業政策中心助理研究員
過去農業的發展多半依賴傳統勞力，近一個世紀以來化學肥料革命、農藥施用、機械化耕作、幼苗育種等多項變革之下，已大幅改變過去傳統農業的耕作方式。隨著地理資訊技術發展，農業發展也開始朝向系統性規畫、土地分配利用、資源管理等方向前進。近年來因極端氣候、自然災害及其他因素影響下，資源分配不均的情形已影響既有農業體系，地理資訊系統也開始結合科技管理及精準農業的方向進行轉變中，以應付未來可能發生的衝擊及需求。
地理資訊系統起源與發展演變
地理資訊系統（Geographic Information System, GIS）是一種專門進行資料儲存、處理及分析的電腦系統。GIS透過將地理訊息結合點、線、面和其他資料，以地圖視覺化方式呈現其空間分布特徵及相關資訊，並以此進行分析及管理規畫。
在簡述地理資訊與農業關係之前，先談談最早地理資訊系統概念的起源，其時間可追溯至1854年英國倫敦的寬街霍亂爆發事件（Broad Street cholera outbreak）。當時的內科醫生約翰．斯諾（John Snow）調查發現，將霍亂病例出現地點與寬街受汙染公共水泵位置套疊後有地緣上的關連性，雖無明確證據，但仍帶著調查報告說服教會當局移除該區有問題水泵手把，並進行後續管控作業，最後成功抑止霍亂疫情的蔓延。該案也是最早以地理資訊結合空間分析方式進行實際應用的案例。
此後陸續開始有使用基於地理資訊系統的概念，應用於土地利用、地籍調查或公共衛生等多個案例。但談到地理資訊系統的雛型，最早可追溯至1960年代，該時期因電晶體技術發展取代真空管，間接推動計算機硬體運算效能提升。在1967年，由加拿大安大略省羅傑·弗蘭克．湯姆林森博士（Roger F . Tomlinson）負責主導開發，完成第一套地理資訊系統，全名「加拿大地理資訊系統」（Canadian Geographic Information System, CGIS），該系統主要進行地理空間資訊儲存、協助土地開發管理及土地資源監測等事項。
到了1980年代左右，隨著個人電腦普及化，地理資訊系統開始以商用化為前提著手進行開發，其中以美國環境系統研究所公司（Environmental Systems Research Institute, ESRI）推出的ARC/INFO GIS軟體為代表性產品。自1990年代開始陸續出現網際網路、個人數位助理（PDA）問世、網路地圖與開放資料興起，以及近年來智慧型手機普及化及網路雲端等發展下，地理資訊系統已經廣泛應用於各個領域，包括地圖設計出圖、國土利用規畫、資源監測管理、水文及地質調查、環境災害分析等多項領域，其中也包含農業相關應用議題，也是本次要進行討論的內容。
地理資訊技術與國外農業應用案例
近一個世紀以來，多數國家因都市基礎建設發展及工業化影響，農業用地有逐年下滑的趨勢。以西班牙為例，該國國土面積約50萬平方公里，根據聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO）自1961～2020年統計資料顯示， 西班牙農業用地面積從33萬下滑至26萬平方公里之多，但該國農業用地仍涵蓋將近全國土地面積一半，如何針對幅員遼闊的農業用地進行管理及後續規畫作業，並透過地理資訊系統整合各方資料輔助進行後續農業決策已有其重要性。目前國外地理資訊系統應用於農業領域大致可歸納為幾個方向：
（一）農業地圖產製
透過圖層套疊建置可互動農業主題圖，可快速了解目標地區農業相關資訊概況。其資訊包含農地農作物類型、可耕農地及休耕農地面積範圍、坵塊邊界確認、土壤組成分析、灌溉與水資源分布、畜產管理、影像分析、氣候、溫度數據及其他數據因子等。以美國農業部（United States Department of Agriculture, USDA）下轄單位國家農業統計局（National Agricultural Statistics Service ,NASS） 建置的WebGIS網站為例，該站以GIS技術結合網站及多方資料呈現全美各州植被生長狀況，能進行視窗瀏覽查詢、時間範圍設定及不同類型底圖切換等基本功能，也能執行區域統計分析及資料輸出。另外一般農民即使沒有安裝GIS軟體系統，也可以透過上網方式執行操作及查詢。
VegScape─Vegetation Condition Explorer，國家農業統計局（National Agriculture Statistic Service, NASS）建置的WebGIS網站，站內影像資料顯示為常態化差異植生指標（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）資料，用於量測植被生長況狀，植物有多光譜吸收及反射之特性，常用於進行植物探測，其計算公式為NDVI=（IR-R）／（IR+R），IR為近紅外光波段，R為紅光波段，透過公式所得指標可以反應深綠色區域植物生長活力旺盛，黃色、棕色和灰色區域則表示植物生長狀況較差。（網址來源／https://nassgeo.csiss.gmu.edu/VegScape/）
VegScape─Vegetation Condition Explorer，國家農業統計局（National Agriculture Statistic Service, NASS）建置的WebGIS網站，站內影像資料顯示為常態化差異植生指標（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）資料，用於量測植被生長況狀，植物有多光譜吸收及反射之特性，常用於進行植物探測，其計算公式為NDVI=（IR-R）／（IR+R），IR為近紅外光波段，R為紅光波段，透過公式所得指標可以反應深綠色區域植物生長活力旺盛，黃色、棕色和灰色區域則表示植物生長狀況較差。（網址來源／https://nassgeo.csiss.gmu.edu/VegScape/）（二）農業分析調查
彙整不同來源資料，如降雨量、高程、坡度、土壤酸鹼值、土壤排水性、土壤深度、現地調查資料及其他影響農地生產力敏感因子等多個條件下，藉由地理資訊系統進行不同來源圖層組合分析及統計，其分析結果用於進行農作物產量分析及後續效益評估。例如歐盟（European Union）的歐洲環境署，就針對歐洲地區進行相關資料彙整及分析，呈現歐盟地區農業土地利用強度分布概況。
（三）農業水資源管理
水資源管理及分配在農業領域上一直是重要議題，對於糧食生產量也有直接性影響。如何透過地理資訊系統針對農業地區進行灌溉水源、渠道管理、水資源分配效率、資源監測控管，以及分析環境變遷對農地水資源的影響，已是相當重要的課題。
歐盟執委會（European Commission）的聯合研究中心（Joint Research Centre, JRC）在1984～2021年期間蒐集全球相關水資源的有效數據進行整合後，以開源服務、數據下載等方式供一般民眾使用，也建置全球地表水體探索網站（Global Surface Water Explorer）來了解歷年間全球各地水體各類資訊的分布概況。
（四）農業災損評估
近幾年因極端氣候影響，在農業生產地區不時會發生自然災害及不同程度的農業災損。透過結合地理資訊系統輔助進行農業災損分析調查，並協助行政部門及保險公司辦理相關流程作業，供後續農業災損補助申請、保險理賠使用。
2019年西太平洋第19號颱風哈吉貝（Hagibis）在日本10月期間帶來強降豪雨，並對東日本地區造成多處河川潰堤、沿岸農地及住宅用地大範圍淹水等重大災情。以日本長野縣境內千曲川地區為例，日本相關單位針對該區進行影像拍攝及現地調查，並將彙整資料建置於國土交通省國土地理院地圖查詢系統（WebGIS），以了解該區淹水分布概況及現地調查災情資料，供後續分析決策使用。
（五）農業病蟲害防治應用
農業病蟲害對農民生計及農作物產量構成潛在風險，嚴重時甚至會引發全球性糧食危機。
以東非烏干達為例，近幾年因飽受蝗蟲災害影響，造成當地主要農作物受損而發生糧食匱乏情形。為了減輕該區蝗蟲災害對當地的影響，美國環境系統研究所公司（Environmental Systems Research Institute, ESRI）協助在烏干達進行蝗蟲災害長期性監測，使用者可透過行動裝置，將受蝗災地區的經緯度坐標、群聚狀態、發育階段、顏色、棲地類型、作物資訊等紀錄上傳至數據資料庫，透過儀表板，以視覺化方式呈現蝗蟲群聚在地理空間分布的現況，後續決策者亦可透過圖面進行追蹤監控、分析及擬定後續決策方向。
（六）精準農業應用
在科技技術及網路通訊普及化後，過去農業作業模式也開始著手進行改良。以歐洲創新農業聯盟（The agricultural European Innovation Partnership, EIP-AGRI）對精準農業定義是：精準農業是一種著重於觀察（近即時）、測量及對應農作物、農田和動物變化回應的管理方法，可以提升農作物產量、動物效能、減少成本開銷（含人工成本），以及進行最佳化流程輸入。同時，精準農業可以提高作業安全性，減少農業施作方式對環境衝擊影響，從而有助於農業生產的永續性。
在國外，有廠商將地理資訊結合定位系統、感測器及專用軟體等設備技術進行整合，並應用於農地肥料投放，將農地作物依植被比例進行劃分及監測，並針對每個已劃分農地區域設定可精準投放適當比例的肥料。
結語
近幾年來因全球氣候變遷影響，臺灣除面臨經常性雨季無降雨情況外，原物料及糧食價格通膨等因素也間接影響農業相關產業運作，如何進行有效分配資源及運用就顯得相當重要。農業部與各單位近期已著手辦理農業地理資訊整合分析應用、農業航遙測影像判釋及現地調查、深度學習影像辨識模組開發、水系資訊整合等相關計畫。透過地理資訊整合長期性建置的農業數據資料庫，輔助農業相關單位更準確了解農業實際概況，像是農作物生長進度、產銷分布調查、病蟲害防治、資源分配及後續管理追蹤等事項。未來如何有效運用地理資訊技術及相關工具持續經營農業及後續管理，對政府相關單位乃是相當重要的課題。
（參考文獻請洽作者）
