撰文╱
何信甫 財團法人農業科技研究院農業政策中心助理研究員
劉頂立 農業部資訊司高級分析師
坵塊（parcel或agricultural parcel）指農地連續栽培單一作物的最小範圍，也是許多國家執行土地調查的最小單元。坵塊調查可搭配衛星影像、深度學習技術等，提供更精確且迅速的土地資訊；相較之下，臺灣現行主要使用的地籍圖雖發展成熟，但面對現代農業的需求時，難以即時反映作物生長多樣性與變化。本文將探討坵塊在當代農業管理的潛在優勢，搭配國際實踐經驗以及目前國內發展情況，期為臺灣未來的農業土地調查提供新思路。
臺灣地籍系統原先是基於土地所有權和利用狀況的管理，隨著時代的推進，逐漸演變成一個多功能的資訊平臺，為政府的土地管理和城市規劃提供有力的支持，政府可以藉由地籍圖，確保土地利用的合理性和有效性，促進城鄉發展。
例如，國家發展委員會在2007年將「圖解數化地籍圖整合建置及都市計畫地形圖套疊計畫」納入「國家地理資訊系統建置及推動十年計畫」（民國96年度至104年度）中，足見地籍圖於臺灣社會中占有相當重要的地位。
然而，在農業土地調查方面，為了更有效應對現代農業生產中面臨的挑戰，需要比地籍圖更精細的單位。目前許多國家開始探討以「坵塊」作為土地調查的最小單元，坵塊的定義是「單一農民耕作單一作物的毗連農地」，不僅能更靈活地反映作物的生長狀況，還能利用先進技術如衛星影像和深度學習，獲取精確農業數據。
臺灣地籍圖應用範圍廣 難反映農地表徵變化成局限
當前臺灣社會對地籍圖的應用已相當成熟並廣泛，主要的應用面向包括：
- 土地管理：地籍是土地管理的基礎，透過記錄土地所有者、使用情況、土地面積、地理位置等資訊。政府可以通過地籍圖登載的資訊有效管理土地，確保土地利用的合理性和有效性，有助於規劃和利用土地資源。
- 不動產交易：大至房地產的買賣、轉讓，小至租賃等，都須讓交易雙方瞭解土地建物登記的面積、所有權或抵押權等內容，確定產權歸屬、土地使用權狀態等，確保交易的合法性和安全性。地籍系統可以提供可靠的不動產登記和證明服務，為交易雙方提供保障。
- 土地徵收和補償：政府進行土地徵收時，需要依據地籍資訊確定土地所有權和使用權，並根據相關法律規定進行補償。地籍系統可以提供準確的土地界線和價值評估，保障土地徵收過程的公平性和透明度，維護當事人的合法權益。
- 土地利用規劃：包括都市與農村規劃、環境保護等。通過分析地籍資料，政府可以制定合理的土地利用政策，促進土地資源的有效配置，保護自然生態環境，實現城鄉一體化的發展。
然而，在農業需求上，地籍圖往往無法有效反映作物生長的多樣性和變化，導致實際應用出現明顯落差。不同作物的生長期有差異，農民也會預測未來市場作物販售價量變化，改變種植作物種類與面積，導致農地表徵的變化相當快速，同一空間的地貌可能從數週到數月間就會完全不同，如果透過地籍圖估算種植面積，將會發生估算作物面積與實際作物面積失準的情況。
若為精確計算種植面積，以人工手動方式數位化影像中的坵塊範圍，不僅耗工，費時是最大問題，極可能才剛繪製完對應的坵塊圖，當時期作物就已收割完畢，對於輔助農業政策為時已晚。相對於此，搭配無人機檢測等科技工具，快速記錄農地表徵，透過不同時期影像產製相對應的坵塊已不再困難。
無人機、衛星測繪搭配既有資料庫 國外農地坵塊調查、分析有成果
愈來愈多國外研究案例顯示，坵塊作為農業分析應用最小單元已成趨勢，搭配既有資訊系統，展現坵塊作為農業土地調查最小單元，能更精確掌握農業土地利用的類型與變遷情況，達到最佳化利用的目標。
1. 尼泊爾
尼泊爾地球空間資訊工程師Arun Kumar Bhomi等人在2023年的研究，探索如何利用無人機影像自動產製坵塊資料。他們從約70公尺高處拍攝375張無人機影像，涵蓋約13公頃的土地面積。他們運用影像軟體ENVI（Environment for Visualizing Images）特徵萃取工具中的邊緣檢測技術，依據影像中不同作物所呈現的光譜差異，繪製坵塊的邊界，並以向量格式輸出。
經過測試，結果顯示10公分的影像解析度能夠比較準確地劃定邊界，儘管仍存在微小誤差，但整體成果的實用性已相當可觀。這種結合無人機影像與邊緣檢測的方法，不僅節省人力成本，也加速農業坵塊邊界的繪製過程。
2. 芬蘭
位處高緯度地區的芬蘭，1995年加入歐盟之後，基於對等互惠的方式開放農業市場，導致芬蘭農業面臨一連串的市場考驗，如穀物價格下降、肥料、能源與勞動力成本上升，芬蘭農業部門勢必要有因應作為。
芬蘭自然資源研究中心教授Pirjo Peltonen-Sainio等人在2019年提出土地利用最佳化和規劃工具，分析64,744個坵塊，以7種物理特性（坵塊大小、形狀、坡度、到農場中心的距離、到渠道的距離、土壤類型及物流優勢）進行三階段評分，第一階段為農地坵塊物理特徵篩選，第二階段根據光學衛星及NDVI值（常態化差異植生指標）估算每個坵塊的生產力並計算與灌溉渠道的距離。第三個階段著重坵塊的土壤類型，特別是有機泥炭土壤以及物流優勢。最後將每個坵塊歸納為三類：
(1) 可持續強化農地：主要用於生產糧食作物的農地。
(2) 可粗放式管理農地：用於綠化目的，例如綠色休耕地、自然保留地或遊憩區，以增加景觀多樣性，並解決土壤壓實或其他缺陷。
(3) 造林農地：具有嚴重缺陷的農地，無法用來生產糧食作物，因此被指定用於植樹造林。
在芬蘭的案例中，正因為坵塊符合地表特徵，並能乘載7種物理特性，才能動態式調整土地分配使用方式，達到土地利用最佳化。
資料來源/Peltonen-Sainio et al.（2019）
圖表重製/陳怡蒨
3.土耳其
坵塊除了探查土地最適用性，土耳其農林部地理資訊工程師Fatih Fehmi Şimşek利用坵塊分析，在2022年探討土耳其代尼茲利省（Denizli Province）土地利用類型於數年間變化的研究，搭配補助農民農業相關津貼的歐盟管理與控制系統（Integrated Administration and Control System, IACS），再透過具有GIS空間資訊的坵塊識別系統（Land Parcel Identification System, LPIS）將IACS等資料進行空間定位。
這項研究透過Python函式庫中的eolearn library取用並處理大量的衛星影像，以哨兵2號（Sentinel-2）觀測任務的影像進行分析，將研究區域切割成100平方公里的圖幅框，共36幅，從2020年1月2日至11月31日，每隔15天於每個圖幅框各取一張影像，並排除雲遮率超過30%的影像，運用不同波段（藍、綠、紅、近紅外光、短紅外光1、短紅外光2、亮度、綠度、溼度）及不同時間序列方析方法，提高辨識土地利用分類的準確性。
研究結果顯示，相較2015年，2020年的耕地面積增加4,918公頃，水域面積減少1,018公頃，人造地表面積增加22公頃，荒地面積增加1,005公頃，灌木與森林面積分別減少1,184與2,269公頃，樹木作物面積減少了1,474公頃。
土耳其的案例顯示，運用先進技術於農業調查的應用上，可以大幅降低人力成本與所費時間，如果拉長以遙感技術作為農業調查的時間，可為土地利用規劃和農業管理上提供顯著的影響力。
上述三個案例體現出坵塊作為農業分析單元的優勢，且研究範圍涵蓋坵塊更新、土地適宜性、土地變遷等內容，就計畫深度而言，都是需要眾多計畫長期累積才能得到的成果，代表國外使用坵塊作為農地政策規劃、統計已行之多年。這些經驗為臺灣將科技導入農業的過程提供珍貴經驗，可以幫助我們探索坵塊在本地農業發展中的應用潛力，達到更高的可持續發展目標。
農業部發展坵塊圖資應用 盼助農民提高生產、防範天災
臺灣目前在農業政策、農糧統計或農情調查，仍使用地籍圖作為最小調查單元，主要因為地籍圖資具法定依據、於政府單位間索取容易，且地籍變更皆有憑有據，故地籍版次經由丈量後即可更新，加上地籍圖長期作為政府統計的最小單元，統計結果較具有延續性；學術研究方面，近年已逐漸發展運用航照影像或無人機影像，疊合坵塊圖進行深度學習演算法分析，但多為特定區域的案例研究，無法整合出一版全臺農業坵塊圖資。
有鑑於此，農業部資訊司創新應用科於2021年著手建置符合臺灣農地現況的坵塊圖，用地籍圖作為基礎圖資，套疊航照影像後，依據影像中作物種植的邊界進行編修，建置第一版全國農田坵塊圖，共約270萬筆資料。為因應農地表徵每年皆有一定程度變化，於2022年開發適用於ArcGIS Pro軟體的坵塊圖檢核工具，運用深度學習的邊緣檢測模型，從270萬筆資料中查找需人工修改的坵塊，逐年更新坵塊圖版次。
目前坵塊圖資已收錄於全國GIS地籍圖供應系統中，提供農業部與所屬單位、相關合作廠商申請使用。創新應用科也進一步開發「農產業天然災害現地照相app」與「街景機車取像」於田間蒐集農田災損照片，經上傳後由圖臺後臺取用拍攝當下GPS時間、座標、相機俯角及仰角等資訊計算，將照片與對應坵塊套疊並呈現於圖臺上，記錄臺灣農地各期作的農田樣貌。
未來資訊司預計以收錄的航照影像與衛星影像進行訓練樣本標註，發展數種長期作物與大宗作物的AI辨識模型，藉由自動化流程進行辨識與模型再訓練，實現快速而精確的農作物監測與管理。透過這些AI辨識模型，我們將能準確識別出不同作物的生長狀態和面積變化，並以坵塊為單位統計出更精確的作物面積，這些數據不僅能夠為農業政策的制定提供依據，還能幫助農民改進耕作策略，提升生產效率。
此外，這些自動化分析的結果還能與農業部的其他數據系統相結合，形成更為完善的農業監測體系。透過跨部門的數據整合，我們將能進一步強化農業災害預警系統，提升對各類農業災害的應變能力，從而更好地保障農民的生產安全和經濟利益。
未來，這一系統將不斷更新和完善，隨著技術進步和數據累積，資訊司將探索更多創新應用，為臺灣農業發展注入新的動能並更靈活地應對市場變化與環境挑戰，推動可持續農業發展，實現農業生產現代化和智慧化。
（參考文獻請洽作者）
