字級:
小字級
中字級
大字級

水稻灌溉水監測與管理系統之智能化應用

資料來源:農業試驗所/ 賴明信 研究員

農業人口流失且勞動力老化之問題,始終是台灣農業的一大隱憂,而近年來,極端氣候所帶來的影響越發嚴峻,2021年台灣更是經歷56年以來的大旱,這些因素都會導致糧食產量供應與品質的不穩。因此,為了解決農業勞動力不足、糧食安全、資源使用效率提升及環境永續等議題,導入現代科技與傳統農業知識做結合,促使農業技術創新與轉型是現在及未來的趨勢,也是解決農業困境必須努力的方向。

智慧農場的建置可使耕種技術自動化且提升資源使用與生產之效率

台灣農業的經營主體大多為兼業農且耕作面積狹小,導致農業經營成本居高不下,而傳統農業管理技術又需要投入大量勞力,綜觀之下,眾多因素皆會使年輕有意願投入農業領域的人望而卻步。智慧農業是結合現代科技之AI人工智能、大數據分析、遠端遙測與物聯網等技術,能為農民花費較少的勞動力,就能達到農業環境監控、農作物生產過程記錄與追蹤,並搭配由大數據分析與機器學習下產出的結果,給予農民應對各種情況之專家決策系統建議,實現高品質之精準化生產。

 class='img_caption'圖一:「智慧化灌溉水監測與管理系統」情境圖

田間稻株之智慧化灌溉水監測與管理系統

在氣候變遷的影響下,水資源使用效率的重要性就越發重要,許多農民至今仍然維持以往的湛水灌溉方式,傳統的灌溉模式是在水田插秧後,將水位長期維持在3~5公分的高度,如果農民管理的田間眾多或位置分散,就無法隨時掌握每塊田間的水位情況,因此常會將進水馬達或灌溉溝渠長時開啟,導致整個生育期用水量甚多。如果能採用間歇灌溉,也就是乾濕交替(Alternate Wetting and Drying, AWD)灌溉方式,將水田灌溉至5公分後即停止灌水,直到水位高度持續減少至表土無積水,但土下仍維持濕潤狀態,24小時再灌水至5公分高,以此反覆操作。根據過去研究指出,間歇灌溉模式能適時的增加土壤的透氣性,有利於促進根系發育與稻株分蘗,可降低發生嚴重倒伏的機率,並且能有效省水達15~30%,同時維持稻米的產量。

為了提高水資源的利用效率以及水稻產量與品質的穩定度,農業試驗所與中興大學團隊合作建置「智慧化灌溉水監測與管理系統」,讓農民不需要每日辛勤的巡田,只需要透過電腦、手機或平板等裝置,不論任何天氣、任何時段,農民都可以透過此系統隨時掌握田間的水位高度,同時也可以手動或設定自動化控制進行灌溉管理,達到省時、省工又省水的效果。

 class='img_caption'圖二:系統運作架構

「智慧化灌溉水監測與管理系統」結合了田間水位感測器、物聯網、資通訊科技和自動控水管理硬體與軟體系統,將灌溉水管理模式自動化,並且提高用水效率。在水稻生育期間,在水田建置日本(MIHARAS)開發的田間水位感測器,其具備防水、耐汙及耐高溫等特性,透過行動物聯網NB-IoT通訊模式,不需要高額的行動數據通訊費,每支田間水位感測器只需要每個月10元通訊費,就能即時監測農田中的水位高度、水溫和土溫等數據資料。水位高度的數值在傳輸至雲端伺服器後,可搭配電動水閥門進行自動灌水控制,當水位高度過高時,電動水閥門會自動關閉停止灌水;反之,當水位高度過低時,電動水閥門可根據水稻生育期的需求,進行不同模式的灌水作業,如此一來可大幅減輕農民在灌溉管理方面的人力與時間成本,透過日常使用的手機就能輕鬆掌握不同田區的水位與灌水狀況,有效降低過度灌水的溢流情形,提高每塊田區的水資源利用效率。

近年來,極端氣候的發生機率日益增加,如何提高水資源的利用效率並兼顧水稻的生產越發重要,運用「智慧化灌溉水監測與管理系統」可以減少農民在灌溉管理的人力與時間,疏緩農業人力老化的問題,並且將珍貴的水資源利用效率最大化。

▲研發團隊:農業試驗所

聯絡人:賴明信 研究員

電話:04-23317103

E-mail:mhlai@tari.gov.tw

TOP