資料來源：國立虎尾科技大學/周榮源特聘教授、邱弘丞、農業試驗所/石信德研究員
蕈菇產業為台灣一項重要產業，為台灣創造了許多經濟價值。太空包為台灣最廣泛使用的菇類栽培模式，袋栽菇類生產過程可粗分為三大階段:第一階段製包，第二階段滅菌與接菌，第三階段走菌與出菇。製包為製作杏鮑菇太空包，使用耐高溫塑膠袋，填入栽培基質，裝套環及壓蓋，形成的太空包。滅菌是使用殺菌釜以高溫高壓方式去除太空包裡的病菌。接菌是在已殺菌之太空包內，將菌種值入太空包內。接菌後的太空包等待20~30天，到白色菌絲長滿整個太空包，是為走菌。之後，將已走菌之太空包開包，等待原基形成其子實體，成長成熟完畢，是為出菇，時間約為 15~20 天。
在走菌與出菇時，環境條件，如溫濕度及二氧化碳濃度，對菇的成長有決定性的影響。傳統的菇類產業，需要依靠大量的人力進行巡檢工作，庫房內狹窄潮濕，空氣中擴散的孢子，對菇農的呼吸道造成影響。將智慧農業應用在菇類產業上，可大幅減低人力需求，達到自動化生產的目標。
本研究設計的自主移動式智慧物聯平台，一台小型電腦(ASUS Mini PC PB60G)為整個系統的主控電腦，以USB界面連接網路攝影機(羅技Logitech C525), 熱顯像感測器(PureThermal 2 with Lepton 3.5),光學雷達(RPLiDAR A1),機械手臂系統(Open MANIPULATOR-X),及底盤驅動系統(?). 另有ESP32開發板(ESP32 DOIT DEVKIT)，連接工業級溫濕度感測器(宇田科技 eYc THS13)及二氧化碳感測器(是宇田科技 eYc GS43)，讀取感測資料，無線傳送到物聯網頁伺服器。該物聯資料伺服器，可以是雲端電腦或是單機伺服器，本研究用簡單的Raspberry Pi 4B單板電腦，執行Apache伺服器程式，使用php語言，連接後端MySQL資料庫，提供物聯資料伺服服務，置於移動平台上，見圖1。
圖1. 自主移動式智慧物聯平台主控電腦透過USB連接STM32控制板，主控電腦上有一個底盤控制節點(/base_control)，是底盤系統的驅動程式，可以讀取底盤感測器資料，也可以傳送驅動命令給底盤。底盤控制節點根據編碼器及九軸傳感器資料，發佈里程資訊（位置及方向）到ROS系統內，包括nav_msgs/Odometry 訊息與"odom" 座標對"base_link"座標的轉換。ROS系統內有一個鍵盤遙控（teleoperation）節點(/teleop_twist_keyboard)，可發布前進速度與轉向速度(/cmd_vel)訊息，操作底盤的運動。
主控電腦上有一光學雷達節點(/rplidarNode)，是光學雷達驅動程式，控制USB連線的RPLiDAR A1光學雷達。光學雷達利用紅外線發射與接收的時間差來計算與物體之間的距離，產生的2D點雲數據可用於場域製圖與定位。(/rplidarNode) 節點發布訊息到主題(/scan)，供需要的節點訂閱。
ESP32控制器將量測資料，以http協定，透過Wi-Fi，傳到物聯資料伺服器，存於伺服器內MySQL資料庫（見圖2）。MySQL資料庫內的資料，用可視化軟體Grafana，以圖表方式呈現。本研究另透過IFTTT，將感測的環境數據，即時的用LINE Notify通知管理者。圖3是本平台在農試所測試的數據呈現。
圖2.系統架構圖
圖3. 資料圖表呈現本研究利用網路攝影機(Logitech C525)與手機(Apple iPhone 11)進行菇場圖像拍攝，分別為A廠杏鮑菇 1500 張、B廠整籃杏鮑菇 239 張及C廠杏鮑菇 100 張，總拍攝數量共 1839 張，如圖4所示。
圖4. 菇場取樣本研究使用YOLO V4v4 神經網路來訓練杏鮑菇物件偵測。經過之前菇場取樣標註的圖片訓練之後，用來辨識學校菇場模擬場域定點取像上的杏鮑菇並計數，如圖5所示。
圖5. 杏鮑菇辨識與數量的計算結論
本研究將自主移動機器人技術導入菇類栽培產業，利用自行設計發展的自主移動式智慧物聯平台，在測試場域進行場域地圖建置、場域自主導航、場域環境感測數據蒐集及上傳，並利用 YOLO V4v4 神經網路，以自行建置的杏鮑菇圖像資料集訓練，達到了在測試場域完成多點巡航與拍照，實現杏鮑菇物件偵測與數量計數的目的。本文研究設計發展之自主移動式智慧物聯平台為原型樣機，若要實際應用在菇類栽培環境，對於機體的防潮防水方面需要克服，期望有朝一日能夠實際應用於菇類栽培產業，讓菇類生產管理者在外即可知悉菇場場域的生產狀況，並可以透過遠端進行場域的環境控制，以達到生產智動化、最佳效率的願景。
▲研發團隊：國立虎尾科技大學機械設計工程系(工程系統設計實驗室) /農業部農業試驗所菇類實驗室
聯絡人：周榮源 特聘教授
電話：05-6315364
E-mail：ryjou@nfu.edu.tw
