WFU

網站頁籤

2016年6月7日 星期二

日本農業的無人機運用現況

  無人航空器(Drone,以下簡稱無人機)的技術和運用越來越純熟的今天,有些人開始思考,是不是可以利用無人機來讓農業的管理更加科學化,讓農作物的收穫量提升。將無人機運用在農業的生產管理上,在日本這被稱為「超精密農業」,目前已經在幾個地方開始測試。

  北海道旭川市是「超精密農業」的實驗地點之一,SecureDrone協議會與旭川市的JAたいせつ合作,利用無人機來協助旭川市招牌米「ゆめぴりか」的生產管理,他們試著要利用無人機來提升稻米的品質,以及「ゆめぴりか」的品牌附加價值。

  水稻的健康和生產管理是以「積溫」來當作參考依據,積溫,簡單來說就是以每天的平均溫度作為基準,稻米什麼時候該結穗?什麼時候適合採收?生產者們也是以積溫數值來當作參考依據。

  另一項參考依據是「葉色卡」,通常是一塊有各種深淺綠色的色塊板子,生產者們可以拿著葉色卡去對比水稻的葉色,讓水稻的水分和肥料管理更加精確,也方便於訊息的交換和討論。



  小面積的水稻田還能靠著人力拿著色卡去比對,大面積的要怎麼辦?特別是北海道,都是大面積的栽培,這個時候,或許就是無人機登場的時刻。無人機不但可以空拍,藉由空照圖來研讀各個小區塊的作物生長狀況,也可以掛載不同的感測器偵測土壤的狀況,把作物的健康狀況和土壤資料互相對比,從中找出更好的管理辦法。

  除了水稻之外,SecureDrone協議會也將無人機用在釀酒用葡萄的生產管理上,藉由無人機的圖像判讀,確實掌握葡萄的葉色、葉密度和結果情況,讓水分肥料的管理更加精準之外,也能夠提早發現病害或是蟲害的發生。未來,希望可以藉由無人機來計算葡萄結果的數量,這是SecureDrone協議會的期盼。

  空中的無人機搭配地面的氣象感測器,確實可以精確判讀和分析農作物的情況,但是這種方式的投入成本過高,除了大型的農場,一般的農戶可能無法負擔。

  SecureDrone協議會也朝著低成本的無人機發展,盡可能朝著「一台無人機,可搭配不同的感測器」方向發展,並且可以設定GPS自動飛行,收集資料後上傳雲端,由雲端程式分析後再給農家最合適的建議。這就是「超精密農業」的發展構想。


  2015上半年,SecureDrone協議會挑選了便宜又耐用的法國廠商Parrot的「Bebop Drone」空拍機,並使用它的SDK軟體套件進行自動航程的測試,實測過後才發現有很多問題有待解決。

  只要在地圖上點幾下,Bebop Drone可以透過機內的電子羅盤功能,配合SDK軟體計算經緯度後,無人機就能依循著設定好的路徑自動飛行。不過,這也出現了一些問題。

  Bebop Drone的飛行定位必須靠著筆電端不斷修正,因此筆電和無人機之間的資料傳輸量很大,加上SDK飛控軟體的API參數(application programming interface)不斷地計算,過大的資料量讓無人機經常因為不明原因而當機。

 在Bebop Drone的使用上,SecureDrone協議會的技師算是遇到瓶頸。Cybertrust(株)商務開發部的佐分利監製認為,若要能更廣泛的運用,程式碼的開放是必然的條件。

  Bebop Drone是利用SDK飛控軟體來自動飛行,SDK軟體並非Bebop Drone專用,可以用在很多無人機上。佐分利接下來的任務,就是將程式碼開放,優化飛控軟體,讓無人機的性能發揮到100%。


- 無人機機體的認證和產品履歷

  雖然無人機能搭載各式鏡頭或感測器,利用溫度、光譜等資料運用在農業上,但也須要考慮到資訊安全的問題。除了竊取資料外,更要保護資料不被惡意竄改而造成農作物全滅的情況。因此,一般的IT系統會有相關的安全防護措施,利用「數位憑證」連結筆電和無人機的通訊,訊號也會加密傳輸。

  另外,「數位憑證」並非資料加密,而是確保原始資料不被竄改。如此一來,不論是生產者的資料,農場的位置,農作物的健康狀況等資訊都可以讓消費者追朔,獲取消費者的信任。

  上面描述的事情看起來都很簡單,但實際上都是一道一道的難關。特別是硬體方面,由於無人機的機體製造商都不是日本廠商,無法根據需求而改造或加裝晶片。就算要和原廠洽談,對方也肯定不會針對日本的需求而客制修改吧。

  還有,汽車可以搭載自我故障診斷功能的「OBD」系統(On-Board Diagnostics),目前無人機還沒有類似的東西出現。今後若要將無人機裝載各種套件,介面的相容等問題也必須要克服。

  除了精密農業之外,SecureDrone協議會也把無人機做許多不同的用途,例如太陽能發電板的檢巡。

  像是100萬瓦特的大型太陽能發電廠,就能利用無人機搭載紅外線鏡頭,由太陽能面板的溫度去判定面板是否正常運作,如果斷線、面板毀損就能夠很快速的找出來。若是溫度過高,就可能是因為鳥屎、落塵等雜物附著於面板上,盡早發現,即時清除,維護太陽能板的發電效率。

  目前這套運用在太陽能發電廠的系統,包含影像判讀、自動控制和加密傳輸等,目前都還在研發中,開發團隊預估在2016年底前完成商轉測試。

  此外,無人機使用上最大的問題還是「墜落」這兩個字。

  要怎麼樣才不會掉下來?就算掉下來了,要怎麼樣才能沒事?就算是科技發達的今天,不論是客機還是軍機,都沒人敢保證不會掉下來,更不用說是無人的小型飛行器。對於無人機的設計,不管再怎麼樣防止墜落,都要想到萬一掉下來時要怎麼辦?例如無人機專用的降落傘、緩衝氣囊,這也是值得思考的地方。

- GPS定位的問題

  某些地方無法靠著GPS自動起降時,雖然可以靠著影像辨識來定位,但如果地面上有雜物時,影像辨識定位的準確性就會很差,精確度有提升的必要。

  GPS的精確度可以靠同步衛星的數量來改善,從2017年到2019年為止,日本將會增加3座同步衛星,相信之後在GPS定位準確度上可以改善許多。就算是在無法使用GPS定位的時候,在農場的四個端點設置信標、遠距離的雷射導引、無人機的影像識別等,這些都是提升飛航精準度的替代方案。

- 無人機的管理也要與時俱進

  20154月曾發生無人機墜落在首相官邸的事件,日本政府在9月迅速修正了航空法,並在同年12月就頒布實施。這個修正案管制了200公克以上的無人機,相當嚴苛,例如飛行前10天就要向國土交通省的空港事務所提出申請,如果因為天候因素不能飛行,那還要重新提出申請。這項修正案也扼殺了無人機商業運用的發展。

  不過,還是有些政府官僚和民間人士看準了無人機的發展前景,在各個方面爭取無人機使用的解套,例如無人機持有人的登記、證照的考取等配套措施,目前各方都還在討論研議中。

  目前常見的無人機之中,90%以上都是國外製造商的機種,日本再推動國內的無人機合理使用上有很大的瓶頸。但是美國正積極地建構無人機的相關制度,未來如果制度完備,或許就有利於無人機的商用發展了吧。