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應用物聯網技術之果園監測與預警系統之研發

近年來氣候變遷劇烈,夏季熾熱、冬季嚴寒、短時間驟雨、長時間缺水等,極端異常天氣發生次數越加頻繁,造成農作物產量不穩定,對於農產市場的供需造成極大的影響。為了加強戶外農作物對於氣候變遷調適能力,透過整合新興物聯網及通訊技術,並結合技術成熟的自動控制技術,同時記錄環境因子變化進行環境影響分析,達到自動化與智慧化管理之效果。

應用LaRa無線通訊技術於果園環境監測系統之建置

國立宜蘭大學生物機電工程學系

本研究選定宜蘭縣三星鄉3處的上將梨果園作為試驗場域,分別於不同果園中架設感測設備,每1個果園環境監測站皆放置相同環境感測器,包含環境溫濕度、土壤、風速及光照度等感測器,利用LoRa無線通訊技術將環境資訊傳至LoRa基地台,可即時進行環境監測與預警功能及資料儲存,結合Node Red程式即時將資料以網頁方式呈現,並透過Twilio通訊模組發送緊急預警簡訊。 環境監測站主要分為3節,上部節段為適應果園棚架的高度,監測站頂端可升出果樹上方,可放置光照度、風速感測器與LoRa天線;中間節段設置轉換電路處理箱,與溫濕度感測器;下部節段深入土壤中放置土壤感測器。

戶外果園環境預警系統

國立宜蘭大學生物機電工程學系

本研究採用2種方式進行監測與預警:(1) LabVIEW 2015圖控式程式語言撰寫資料擷取、監測、預警與分析部分,以及(2) Node Red網頁呈現即時數據與預警功能等方式。 LabVIEW 2015從MQTT Broker上所擷取資料,以判斷碼分辨各果園之感測資料,判斷是否為特定的果園代碼後,每一個果園皆會進入環境監測系統、環境災害預警系統及資料儲存查詢系統。 果園環境災害預警系統流程如圖4所示,藉由環境監測數據判斷目前屬於何種災害狀況,並發送預警警報。 本研究於Node Red網頁建立環境監測系統,可呈現果園各項環境參數,讓使用者可隨時透過行動裝置上網即可查看環境參數。

氣象資料分析用於指定區短時間預報

國立臺灣大學生物機電工程學系

建置小型氣象盒子蒐集如溫度、濕度、大氣壓力、光照度與雨滴感測等環境資訊,並具有降雨即時提醒的功能,蒐集局部區域的環境資訊,供後續單一地區之分析與探討,提高對局部天氣變化預測準確度。 目前已將氣象盒子設置於臺北、桃園及宜蘭果園3個實驗場域。 實驗的分析以兩種方式進行:氣象盒子蒐集,和挖掘氣象局歷史數據(每10分鐘提供即時氣象雷達回波圖與高空天氣資料),進行數據分析,共同對單一地區建構能提前1-2小時之降雨預測模型,並使用Decision Tree、Bagged Tree、K-NN及SVM以上4種機器學習方法。 結果顯示,氣象盒子在K-NN上表現效果最佳,而氣象局資料在Bagged Tree上表現效果最佳。後續將再測試其他方法,並將測試結果輸出演算法後建構預警系統開發版,或將數據送回雲端,透過電腦計算結果發送預警通知。

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