口述/國立臺灣大學生物產業自動化教學及研究中心主任江昭皚特聘教授
UCAN計畫辦公室撰文整理
全球化競爭加劇、氣候變異頻繁、人口勞動力老化…，種種環境因素在近10年內對農作物的收成與獲利，有著深且顯著的影響；再加上消費者對有機環保與食品安全的意識飆高，如何在以小農與兼農為主體的臺灣，發展與使用更有效率、更加安全、更具永續概念的農業科技解決農產糧食問題，遂成為智慧農業對臺灣最重要的意義。
日前農委會已提出臺灣十大經濟農產要作為走向智慧農業的先驅，並以整合跨領域知識(Integration of interdisciplinary domain knowledge)為升級的主要策略，其中「環境感測」技術將成為這波農業智能化的樞紐關鍵，主要內涵有哪些值得我們關注發展趨勢？有哪些能力是需要我們提前儲備？
UCAN新興職務系列很榮幸地邀請到已深耕臺灣智慧農耕多年的臺大生物產業機電工程學系江昭皚教授接受採訪，與我們分享發展智慧農業的相關內涵。
》智慧農業是一個很「跨域」的趨勢，
系統整合將成為重要的能力。
相較於農產大國，臺灣農業一直存在穩定供貨能力不足以及產銷失衡等問題。其環境面主因有耕地零碎、地力不易維持之外，再加上過暖過濕的極端氣候以及重大的天候災害等，使得原來營農風險就偏高的臺灣農業，挑戰更加嚴峻。
因此，透過智慧農業改善產地資訊與運送資訊的即時性，以加速農業操作過程的生產效率，將會是在生產、銷售與消費者間取得三贏的趨勢與機會。
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| 圖1. 國立臺灣大學生物產業自動化教學及研究中心主任 江昭皚特聘教授指智慧農業是一個非常「跨領域」的主題，環境感側工程師須站在農產領域知識的基礎上，導入工業4.0的概念；對理工科系背景的大專生來說，是全新的職涯挑戰、卻也充滿創新。 |
然而，智慧農業是什麼？
江昭皚教授告訴我們：智慧農業又可被稱為智慧農業4.0，顧名思義就是把工業4.0的製造概念帶進農耕的操作過程。因此，智慧農業在本質上就已非常地「跨領域」。其內容大致可分為三個方向：
一、系統整合：要以農產領域知識為核心
在工業4.0裡，一個智慧化的製造系統是奠基在物聯網系統上，收集全方位資訊而成的智能化決策平台。移轉到農業時，影響農作物生長的陽光、空氣、水、土壤、微生物與蟲害…等必要性數據的蒐集，這些資訊的傳送過程必須可靠、持續且有效連結雲端，耕地管理者才能精準分析訊息，執行正確的施作決策。
江教授認為，耕地的環境感測是由多項領域技術整合而成的系統，整個會包含到數據收集、訊息傳遞、控制與處理等功能。因此，電子工程、機械工程、生物工程、醫學工程、機電工程、材料、化學背景的人才都有機會加入。然而，理工人才要進入智慧農業最困難的卻是在農作物的領域知識上，不僅要懂，還是要「非常懂」。
他以一個臺灣葉菜類很常見的害蟲 ─ 斜紋夜盜蛾具有晝伏夜出的物性為例，感測工程師必須先了解夜盜蛾會出現在菜園的時間，選定有意義的資訊收集，像是會影響斜紋夜盜蛾出現頻率的各種環境參數、會影響感測器準確度的蛾翅鱗粉量等，甚至田間環境的地型或地貌對於監測資訊傳遞的影響等因素作為開發關鍵感測技術的指標。
江教授說：「你總不能設計一個會影響農務操作，或者僅能執行白天資訊的收集當作系統開發的關鍵指標吧？…這對農民來說，設計出來的感測系統沒有意義。」
二、收集數據：感測器首重品種的物性
從工業4.0的精神跨入農業，是要在農作物的栽植管理與操作過程中，長期取得有用資訊，累積成為大數據，爾後導入人工智慧(AI)，全面串接，以便農民快速掌握會影響農作物生長的環境變因，包括：遮光率、雨水酸鹼值、土壤含水量、生物特性及天然災害等。
農業不如工業產品容易標準化，作物品種繁多、物性迥異，各有各的栽種方式，育苗、用藥用肥與灌溉排水等過程之監測物理量相當多樣化，必須有工程團隊專門為對象作物與耕地特徵進行發想、設計數據的採集方式，利用影像、光感或是其他物理/化學性變因啟動感測，都要事先依據對象作物的屬性與栽植需求再決定。
三、監控網：經驗法則與農民信任是課堂裡學不到的技能
監測網所監測的物理量為影響作物產量的重要指標，直接影響各地批發商每天的定價水準。透過監測與感測平台，數據的取得、收集與分析現場經驗的門檻很高，沒有實際的耕作經驗引導，十分容易誤判。
江昭皚教授直指問題核心：經驗。這個門檻是理工學生無法從課堂中涉及的學理知識，遑論透過問題提升監控網的問題解決能力？而大數據的要害就在於收集現場數據的數據量，一個耕地至少要收集5~10 年的數據才有價值，如何讓農民願意把耕地交給你進行光照感測，針對各類害蟲的趨光性、趨色性說明特殊意義，都是考驗耕地管理者與工程團隊的耐心與意志力。
》臺灣耕地狹小，
卻是全球矚目的示範場。
論產量，我們拼不過農產大國，但論質量，規模小的臺灣很適合作世界農耕的示範場，真正的市場在國外。
江教授指出：「我國農業研發能量在全球具備相當的優勢」，而智慧農業正是點出了我國軟實力與農業科技研發結合的契機，非常需要有志青年的創造力、想像力投入這個新興領域，特別在全球暖化現象造成農作物產量銳減，一名有跨領域經驗的環境感測工程師，其能力需求可涵蓋：
1.看見問題的能力
農產業要顧及到的問題是天時、地利、人和三種交互影響的，有些看似不相關的現象，很可能在提出解決方案或進行施作決策時有臨門一腳的作用，如何看見作物現象背後的問題，往往會需要年輕人的想像力！
2.規劃的能力
要建置耕地的環境感測系統，規劃能力也是非常重要的一環。江教授建議有興趣加入的理工人才，可以多參加團隊競賽活動，親身經歷團隊從想法(idea)、討論、結論後，在執行層面如何見招拆招，都可以逐漸累積從零到一的規劃能力。
3.熱情與樂觀
平心而論，臺灣務「農」的薪資環境尚未完熟，若沒有一份支持下去的熱情非常難以持續，動輒5年的耕地計畫，遇到非常多的問題，因此，在性格上除了要具創業家性格之外，樂觀面對困境，也是加入這一行的重要指標。
＊智慧農業&UCAN職能(註一)
1.天然資源、食品與農業-植物研究發展與應用
- 在自然與人工的環境中種植並且管理植物之時，妥善應用植物學與生理學的知識基礎，以增進植物的產量。
- 運用植物學、組織學、生理學以及生化特性，評估植物的應用或經濟價值。
- 運用植物管理方法以及生產技術種植植物時，檢視並且應用生產與採收的基本原則。
- 運用植物學、生理學、生化學、遺傳學及分子生物學以育種或生物技術進行作物產量及品質之改良。
- 運用生物技術，並以植物做為分子農場，用以生產出醫藥或工業用途的原料。
- 分析與彙整影響害蟲繁殖週期的因素，以了解物性的反應。
- 評估會影響害蟲生育的環境因素，並應用有效的原則以提高耕地控管效率。
- 制訂並執行優質害蟲物性理性數據收集試驗，以協助耕地環境大數據發展。(昆蟲學)
- 使用分析程序和儀器，並應用科學原理，以評估環境保護以及衛生之間的相互影響關係。
- 將科學原理運用於環境保護以及針對衛生的研究上，以協助解決環境的問題。
- 操作針對環境保護以及控管衛生的相關系統（例如：耕地肥力管控、坡耕地排/保水處理、農藥劑固體廢棄物處理），以對設施進行管理。
- 使用測量與製圖工具、設備、機器和儀器，以完成針對環境保護及衛生相關的規劃。
- 運用對自然資源保育與人類干擾之間關係的了解，進行自然環境的管理。
- 運用科學的原則與方法，考量需求、可行性與保育三方面的平衡，找出解決自然資源系統問題的合理方式，以達到永續利用自然資源的目的。
- 實施責任控制、技術管理以保護或維持自然資源。
- 確認正確的有機農產生長流程，以確保農產品符合有機農產品相關法規、品質標準與生產效率。
- 執行新製程，以管理新產品或是改善產品的生產流程。
- 運用各種技術和解決方案，以監測、推動和維持安全且具備生產力的工作場所，以確保生產之安全。
- 與同事或外部顧客（耕地擁有和管理者、農民）溝通，以確保製造流程符合企業要求。
- 執行持續改善的活動，以確保能夠生產出符合顧客期望（耕地擁有和管理者、農民）的高品質產品。
- 開發並運用製程的策略與技術，生產符合耕地擁有和管理者、農民需要的新產品。
- 改善生產流程，以達成生產目標，並且符合耕地擁有和管理者、農民的要求和產品的標準。
l 將應用技術的概念和步驟運用在農業作物生產領域（包含，耕地環境感測工程、農業、生物技術、能源和電力、農產運輸、耕地vs. 批發市場即時資訊通訊）的問題上。
l
應用工程實務的專業知識，將研發成果落實於產品之生產及製造上。
- 確認軟體的開發或程式設計符合耕地/觀測指標的特殊需求
- 依據專案之需求進行系統分析
- 依據專案之需求進行系統設計
- 進行程式開發及撰寫
- 測試程式以確認符合品質要求
- 執行系統導入
- 撰寫技術文件以及使用手冊
- 提供產品的維護與客戶支援之服務，以維護軟體和應用程式的正常運作
註一:此處UCAN專業職能為符合智慧農業專業領域內涵，在原職能架構下調整部份文字敘述，使更彈性符合實務應用需求，詳見紅字標示處。
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