【社會5.0】農業齊步快走,蛻變智慧型經濟引擎(下)

內容提供/ 豐年雜誌 文/ 簡嘉潁 圖片提供/ 野口伸

人口減少的影響無遠弗屆,波及經濟、教育、交通、製造、服務、能源、防災、農業等社會各個層面。然而,危機就是轉機,2016年日本政府提出了「社會 5.0」(Society 5.0),試圖找到新出路,迎接歷史性轉型。

(上篇請見【社會5.0】農業齊步快走,蛻變智慧型經濟引擎(中)

水稻大革命!無人自駕曳引機

「雖然還未真正擴展到商業栽培,但稻作毫無疑問已經能做到全自動化,打田、插秧、管理、施肥、收割,都能由機器人一手包辦。」野口伸表示,未來農業發展絕對離不開「物聯網、大數據、機器人、人工智慧」等尖端科技,智慧型農業前景大有可為。

野口伸出身北海道三笠市,專長為農業情報工學、農業機器人工學,投入研究農用機器人25年,堪稱該領域第一人。他指出,由於水稻為日本人的主食,目前研究室、各農機大廠的研究開發重點多半著重於水稻作業自動化與情報化。

野口伸表示,次世代農林水產業創造技術中,最引人注目的無疑是目前世界上絕無僅有的「小型無人自駕曳引機複數協調運作系統」。在田埂上待機的研究生按下開關之後,只見數臺小型無人自駕曳引機同時動了起來,一邊保持著相同間隔,一邊有條不紊地耕耘。不只如此,由於每臺曳引機都搭載了高精度衛星定位系統,只要事先設定,就能分頭進行不同作業,誤差僅在5公分以內。

「由於日本單一農地的面積都不大,大型農機不僅不符成本,也有破壞土壤的疑慮;透過小型無人曳引機的協調作業,就能夠達到大型農機的作業效率。」野口伸更指出,只要採用協調型作業,未來即使農地面積增加,農家不須另外購入大型農機,適合運用在共同生產的「集落營農」,意指同一社區或村落的農家,共同制定整體栽培計畫、共用機械設備、共同進行部分或所有作業、節省人力及機械成本。

此外,田水管理占了約3成稻作勞動時間成本,透過與農業資訊連結基盤連動、搭載了感測裝置田水自動管理系統,搭配整合農業資訊,農家只需1臺手機就能掌握水位、水溫、生長狀況、氣象預報等資訊,大大節省管理時間,「我們的目標是節省近9成田水管理勞力成本,如此一來單一農戶的可能作業面積,將能從10公頃提升至20公頃。」再透過IT 農機進行精密施肥,能降低至少3成的肥料用量,「預估稻米的生產費用能夠減少一半,平均每60公斤只需8千日圓。」

入選2017年農林水產省十大發明的水田散布用無人自駕船,可以均等散布除草劑,節省勞力和時間成本。

2017年農林水產省選為十大發明之一的「水田散布用無人自駕船」,則是以秒速3公尺前進的除草劑散布船。只要水田湛水約15公分,即可暢行無阻,依計畫路徑均等散布,大大節省勞力和時間成本。

野口伸估算,只要農場面積達50公頃,就很適合導入無人農機、智慧管理,預計2018年無人自駕曳引機在日本上市、2020年實現遠端操作,屆時農家甚至連田也不必去,透過手機或電腦就能輕鬆作業。

目前Kubota、YANMAR、ISEKI各農機大廠陸續進入最後試驗階段,然而距離真正上市,還有價格、安全性兩大問題尚待克服。無人農機的價格雖仍未定,但可想而知一定超過一般農機,對此野口伸表示:「價格居高不下的原因,在於高精準定位系統的訊息接收器造價昂貴,所以當務之急是開發低廉的接收器。」

在安全方面,農林水產省已於2017年3月制定了《農業機械自動運行安全性確保指導綱領》,釐清廠商、使用者、關係者的責任歸屬,讓無人農機有了法令依據。但Kubota農業解決方案推進部表示:「目前還有許多細節尚待克服,像是顧客的教育訓練該怎麼進行、運轉時遇到障礙物時怎麼辦等等,因此上市日期仍然未定。」

對於未來的趨勢,野口伸表示:「持續開發更小型、單價更低、更高智慧的機器人,是我們的目標。」等準天頂衛星系統正式啟用之後,以往不易接收到衛星訊號的山間地區,也能夠輕鬆定位,透過小型農機的協調運作,加上高精準定位系統的輔助,讓人期待山間地區的農地能夠再次復甦、邁向智慧化。

小型無人機成功飛向空中,推動產業革命、發展精密農業

根據世界最大的企業增長諮詢公司(Frost & Sullivan)預測,小型無人機的世界市場規模預計將從2015年44億美元,擴大至2020年110億美元,並看好未來20年小型無人機及其周邊產業將持續成長。2016年日本國內市場規模僅100億日圓,預計2020年將會急速成長至1,138億日圓,其中農業市場約占25%。

小型無人機可望成為「精密農業」的得力助手。所謂的精密農業,就是整合並解析農地、作物的相關情報,依此進行科學化管理、提升收成量、改善品質。野口伸團隊目前也在進行小型無人機的開發研究,「搭載感測裝置、紅外線相機、雷射的小型無人機,可以從上空掌握地形、植被、土壤肥力、作物生長情形等,傳回的情報用人工智慧進行分析,與無人自駕曳引機連動,能夠自動調整施肥量等。」依照情報採取行動,不僅正確度高,也能避免農家因經驗、直覺判斷而產生的錯誤。

過去多半利用人工衛星或飛機進行廣域遙測,作為栽培作物、管理農地的參考;小型無人機可進行近距離、高頻度、高解析的連續感測,更符合農業需求,而且價格相對便宜。累積下來的情報加以解析,就能成為新農的最佳參考。

搭載感測裝置、紅外線相機、雷射的小型無人機,可測量地形、土壤肥力等,掌握作物生長狀況。

更精準的農藥散布功能也值得期待。目前市面上的小型無人機一次可以乘載的農藥量為5~10公升,平均一回可散布面積為50公畝~1.5公頃左右,由於向下噴灑力量較弱,與無人直升機相比,容易飛散到農地以外的區域。有了感測裝置,能夠掌握地形變化,和作物保持一定距離,讓噴灑作業更加順暢。

許多地方政府對小型無人機表達高度興趣。2016年北海道旭川市的「大雪JA」(JA たいせつ)宣布與Secure Drone協議會((セキュアドローン協議会)合作,導入小型無人機,目標是提升當地品牌米「夢PIRIKA」(ゆめぴりか)的品質與價值。

同年NTT DOCOMO、vegetalia、ACSL、Aero-Sense等4家企業也共同發表消息,將在國家戰略特區新潟縣新潟市進行「水稻栽培管理」、「海岸保安林維持管理」兩項小型無人機的實證研究;2017年日本便利商店龍頭LAWSON也宣布與Kubota合作,在自家公司的新潟農場進行小型無人機藥劑散布試驗,並導入水田感測裝置、水田管理雲端服務,展現發展ICT農業的積極企圖心。

活用小型無人機等的精密農業在日本才剛剛起步,但隨著準天頂衛星系統、農業資訊連結基盤的完成、感測裝置、人工智慧的進化,加上新舊世代交替、農地集約化、企業化,後續發展令人期待。目前多半以水稻栽培為主,為了擴大小型無人機的使用範圍,開發適用於果樹、不僅限於從上空、能橫向擷取作物資訊的感測技術、或是在溫室等非GPS 環境下要怎麼安定運用,都是未來的課題。

推廣智慧型農業,仍有課題尚待解決

2017年智慧型農業的市場規模推估為120億日圓,預計2023年將成長近3倍。活用物聯網、大數據、機器人、人工智慧的智慧型農業技術逐漸成熟,如何與農業現場順利接軌,仍有許多課題尚待解決。

農林水產省表示,目前重點仍為研究開發與法規制定,為了要讓資訊能夠順利整合,還有很多細項待釐清:「比方A社用『施肥』、B社用『肥料散布』,但都是指同一件事,須釐清定義;各社系統與軟體的相容性、輸入情報的權利歸屬等。」野口伸則認為,農業ICT服務、高智慧農機等的普及程度仍然有限,最大的問題有二:一是價格、二是農業從事者本身對這塊領域較陌生、接受度較低。

野口伸表示,開發當時已考量價格,「即使開發成功了,如果不能真正在農田使用的話,也沒有意義,因此未來持續開發出價格合理、省時省力、提高農業獲利的農機與服務,一直都是我們的目標。」

此外,不擅長運用新興科技、抱持觀望態度的農家不在少數,未來也須由都道府縣廳主導,舉辦教育宣導、講習會、試用會,讓農家進一步熟悉智慧型農業。

(原文載於《豐年》雜誌2018年1月號,關鍵2025 臺灣農業.未來轉捩)


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