全球農業問題
糧食需求不斷上升,因為世界人口不斷增加、人均收入上升,人均收入上升改變人民對於食物的需求偏好,尤其是開發中國家。
然而,未來糧食供給可能難以跟上需求上升,因為自然資源的減少以及氣候變遷,像是:農地的面積與生產力逐漸下降、製造化學肥料所需的礦產漸減;氣候變遷方面,有研究指出天然災害將更頻繁發生,使得農業生產更加不穩定,如2020至2021年台灣缺水迫使部分農田休耕。
因此,發展科技農業以改善農業問題已刻不容緩。
有人說2020年是5G元年,本篇文章來談談5G應用於農業的能性。
為何農業需要5G技術/當代移動網絡的問題
雖然現今3G / 4G技術已有不錯的應用,但仍存在一些問題,限制了農業領域的發展潛力,其中作業面積是最大的限制因素,現有的無線網絡無法涵蓋偏遠地區、網絡中的多個天線和發射器使移動設備電池壽命變短。
現代用於農業領域的移動設備,例如無人機和機器人,由電池供電,無法長時間在偏遠農業區運行,且這些設備需要更多的智能、速度、可伸縮性、安全的通信,以執行繁重的計算並達到自動化生產。
為了使農業物聯網設備正常運行,需要可靠的高速互聯網來傳遞大量數據,然而當前的技術尚能滿足這些需求。
因此,我們需要5G技術,以在未來加速智慧農業的發展,因5G具有廣泛的覆蓋範圍、低能耗、低成本設備和高頻譜效率,非常適合應用於智慧農業。
5G的簡介與興起
5G是第五代移動網絡技術,具有極高的傳輸速度與低延遲。5G在下載和上傳速度方面,比目前的4G和4G LTE快上許多,例如:在4G設備上,原本需要花六分鐘下載的兩小時電影,但是在5G上,相同的下載只花不到四秒鐘。
5G可在每平方公里支援一百萬個設備,且當設備以非常高的速度(大約500 kmph)移動時也可以使用,5G的另一個主要優勢是提供低至1 ms的延遲,以克服前一代技術存在的滯後連接問題。
5G在農業中的應用
無人機
無人機已有許多農業的應用案例,像是:噴灑農藥、土壤和田間分析、種子種植和偵察土地和農作物等。無人機技術可幫助農場和農業企業提高農作物產量、節省時間並提高農場管理績效。
農業無人機通常執行低空作業(120 m以下),並且使用特定的無線電連接或Wi-Fi,因此飛行範圍受限許多。借助5G技術,農民可以遠距離操作飛行無人機,並幫助農民接收立即數據,例如高畫質影片。應用5G另一個好處是無人機不需要裝載大型強處理能力的設備,所有數據發送到雲端並計算,甚至未來可實現多架無人機同步自動飛行並執行多項任務,提高安全性。
即時監控
連接到互聯網的無線傳感器可持續監控環境條件,例如濕度、溫度、光照
和土壤濕度等,並根據環境變化,智慧農業設備可自動調整,以維持植物生長的條件。
借助5G技術,可以大量串接傳感器(每平方公里100萬個設備),使農民能夠安裝更多IoT傳感器,以更有效地執行所有任務。使用的IoT傳感器越多,愈能掌握農作物生產的變化,從而做出更精準且更有效的決策。
這些物聯網感測器利用5G技術的低功率傳輸和可靠性,因此以較低的能量發送數據,且並避免數據的重發,增加感測器的使用壽命。
線上諮詢&預測性維護
農業專家可使用高畫質的虛擬諮詢來滿足農民的需求,而無須島農場實地勘察。除了一般的視頻會議外,專家的還可以立即接收感測資料,或用無人機獲得詳細的調查,為農民提供適當的解決方案。諮詢服務可提供:農作物諮詢、環境規劃、精準農業、土壤採樣、病蟲害管理等。
預測性維護技術用於確認使用中設備的狀況,以預測何時需要做維護。借助5G技術的快速傳輸和低延遲性,可以即時監測機器設備,以預先找出可能發生故障的機器,進而即時安排維修計劃,而無須停止任何操作,這樣可以大大減少因維修而造成的停機時間
VR &AR
擴增實境(Augmented Reality)和虛虛擬實境(Virtual Reality)以多種方式為農民提供幫助。其中VR可提供輔助信息,例如,農民戴上智能眼鏡並看著農作物,獲取農作物狀況、天氣、土壤、水等即時數據, 幫助農民在田間做決策,以更有生產力的方式進行耕作,從而減少勞動力、時間消耗和農作物損失,並確保生產作物的品質與產量。
智能機器人
AI與5G技術的結合為農業帶來更多的可能性,AI農業產值預計達每年25.5%的複合增長率。不斷有新的AI農業新創方案產出,提供更多解決方案以提高農作物產量、增加農產運銷效率等,像是利用影像辨識來判斷作物狀況,應用數據分析來提高生產效率,幫助農場主省下更多時間與勞力。
台灣農業應用5G的挑戰
事實上,許多文獻講了非常多5G和智慧農業的好處,但真正要應用5G技術在台灣農業上非常困難。
台灣農業以小農為主,小農並沒有足夠的資金,再加上農業的產值較低,以產出/投入的觀點看,5G技術要幫上台灣農業恐怕需要很長一段時間,從台灣農業結構(農地、務農人口等)到技術的成熟(成本下降、提高更多產值等),都還有非常大的努力空間。
目前各國積極佈局5G建設,未來各行各業勢必與5G技術有所結合,但農業的5G應用發展空間大嗎?又5G技術能為台灣農業帶到何種地步?
仍有很一段路要走,且這條路勢必不好走。