107年 農業資訊科技應用發展 第二期 電子報 訂閱電子報 回顧電子報
國內NB-IoT應用分享

隨著智慧科技日新月異的發展,國內急需與時俱進的結合農業專業與科技推出相關智慧農業技術,建構新型態農業管理模式。因應資通訊發展趨勢,本篇將以NB-IoT為主題,介紹國內農業應用案例。

無線通訊領域中,最廣為人知、發展成熟且應用成果豐碩當屬Wifi、bluetooth、Zigbee及即將發展至5G的行動通訊技術,但前述三者最大通訊傳輸距離僅有200公尺,無法滿足裝置設備部屬範圍廣的IoT (Internet of Things) / M2M (Machine to Machine)需求;而講求大頻寬、高速率、低延遲的高耗電行動通訊所對應的是人與人數據間的聯繫,亦不適用於此,此時低功耗廣域網路(Low Power Wide Area Network, LPWAN)油然而生。

圖1、LPWAN技術定義

與Sigfow、LoRa等其他LPWAN技術相比,NB-IoT發展起步雖較晚,但其由3GPP (3rd Generation Partnership Project)所製訂,使用需授權的GSM和LTE頻段,不需重新布建網路,只要更新軟體便可加在現有的3G/LTE網路上,具有快速部屬的優勢,且因採用電信級的網路,通訊品質和安全性皆擁有高度的保障,可攜帶的資料量亦較其他兩者高,備受各國電信業支持。

表1、三大LPWAN技術比較

國內於2017年由部分電信商及科技公司正式推出NB-IoT服務,並逐步被各界市場接受,其長距離、低功耗與蜂巢式設計亦適於精準農業的應用。朝陽科技大學錢偉鈞教授長期致力於蟲害防治的研究,希望透過科技協力提升農產品安全性與產值。為此,其與中華電信合作,結合費洛蒙誘蟲技術、物聯網套件與NB-IoT通訊技術開發出田間蟲害即時監測系統。為節省人力、達到即時防治的效果,並希望未來可推廣至產業界使用,於系統導入重量與環境感測、數據統計模組及2G通訊技術,將資訊上傳至雲端平台進行害蟲族群消長趨勢統計。然國內2G服務已於2017年正式終止,對於資料傳輸不大的系統產生衝擊,此時NB-IoT正好取代2G的位置,並結合地理資訊提升分布統計精準度,此外更利用蟲體重量衰退情形修正演算法,將重量轉譯為數量,使農民可更清楚掌握蟲隻密度變化趨勢。該系統的建立不僅期望可提供農民精準用藥的參考依據,亦希望可減少農政單位於蟲害防制的人力成本,以及於未來將害蟲根絕,提升我國農業外銷產值。

圖2、結合物聯網技術之蟲害監控系統示意

國內喬伊登國際農產股份有限公司則是結合自動化玻璃溫室與NB-IoT提升農業生產的管理效能。為了在可預期的成本下定質、定量、定時生產食品,喬伊登自荷蘭引進自動化玻璃溫室進行設施番茄生產,但由於溫室內各式控制系統需憑藉感測器精準且即時的資訊回傳進行設定,故開始嘗試各式有線及無線傳輸技術。考量NB-IoT具免佈線,感測器可隨時增添移位、機動性高、傳輸距離遠、不須自行建置基地台、訊號強度高、費用較低等優勢,最終選擇作為番茄方舟的無線傳輸方案。喬伊登表示,NB-IoT的特性使生產者可快速藍圖化設施內的整體狀況,讓設施設備更完善的服務作物,以植物生長分析系統為例(圖3),透過NB-IoT 無線傳輸,每20分鐘將作物重量資料傳送至系統進行灌溉及溫度間的關聯性分析,並以熱點圖像方式提供管理者(等於平均重量為藍色,高於為黃色,低於為紅色),可確定變異來源並減少溫室環境差異。藉由使用經驗,喬伊登也建議國內資通訊業者下述三項NB-IoT硬體配套設備開發建議:1.台灣以小農發展為主,投入大筆資金購足所有感測設備的門檻太高,建議可以租賃NB-IoT及感測設備方式,搭配優惠月費進行推廣、2.青農對新設備接受度較高,可鎖定為初步推廣對象,使用之具體成效發揮後,再逐步分享推廣至其他農戶,發揮群聚交流推廣效益、3.搭配自動化溫室,基礎NB-IoT配套感測器種類應包含溫濕度及雨量、光照與風速風向、CO2、土壤pH、EC及水分含量、葉溫、果實溫度、重量等。同時喬伊登亦建議國內設施蔬果產業可逐步導入環控、無線通訊等技術,朝向以外銷為主,出口日本、歐美等國,以創造更高收益。

圖3、NB-IoT 結合環控溫室了解植物生長速度差異示意

農業的產業特性使穩定、準確、低成本、低功耗、簡單、易維護成為農業物聯網的主要發展需求,NB-IoT應用多元且廣泛,在無線通訊技術百家爭鳴的現在,期望未來國內農業生產管理中將會有更多透過無線技術搭載感測器加以智慧化的應用,協助農業生產提升整體競爭力。


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