最新消息

科技智轉農業,談日本智慧農業的推展

台灣經濟研究院/劉一萍 副研究員

資料來源:本篇獲台經院授權刊登(原文刊載於台灣經濟研究月刊第43卷第7期)

前言:

由於從農人力減少和農業就業人口高齡化趨勢的發展,日本農業面臨著勞動力不足的挑戰,也使得平均經營的耕地面積持續擴大,需要透過技術革新突破每人作業面積的局限。並且在農林水產業的生產現場,依然存在著許多必須仰賴人力、以及若非熟練者就無法操作的工作,因此省力化、確保人力、減輕負擔成為農業發展的重要課題。

其實從農人口老化、勞動力不足、農業技藝需要傳承等議題,亦是各國(包含臺灣)農業發展同樣面臨的挑戰,因而智慧農業成為近年農業發展很夯的主題,臺灣也參與其中,期望能以更有效率、更智慧化的方式提升農業生產力並降低農業的不可預測性。而日本近年透過智慧農業的推動,讓ICT、IoT等相關元素融入農務的運作,促進日本農業經營業態的改變,逐漸向省力化、減輕負擔、確保人力等方向邁進,本文將含蓋日本對於智慧農業的定義、近期智慧農業的推動措施及案例、實證計畫的大力推展、對農業技藝傳承的重視、農事支援服務發展等層面,透過觀摩日本之推動經驗,作為我國發展智慧農業之參考。

日本對於智慧農業的定義

參考日本農林水產省智慧農業相關說明資料顯示,日本對其發展智慧農業的詮譯,即為【農業技術Ⅹ尖端技術】,以發揮每人作業規模得以擴大、農業技藝得以傳承、正確預測農作物生長和病蟲害的效果(請參見圖1)。

資料來源:農林水產省,”關於智慧農業的發展”,2020/02,https://www.maff.go.jp/j/kanbo/smart/attach/pdf/index-83.pdf ,作者自譯。

1、日本對於智慧農業的定義

日本近期智慧農業的推動措施

日本智慧農業推動迄今,為開發各種能導入至農業現場的農業技術,以及建立智慧農業諮詢體制,整備得以穩定推進智慧農業的實地現場的環境。持續透過研究開發、實證與普及、環境整備三階段的落實,推進日本農業智慧化。近期在研究開發階段的重點包括:(1)為了能以實地導入可以接受的價格,提供包含中山間地的各種地區和品目(產品項目)的智慧農業技術,而進行以農民需求及現場運用為原則的研究開發,並針對目前沒有研究過的地區、品目優先進行開發。(2)在全國展開農業領域的AI研究,貢獻於解決農業現場的課題,並以農業版ICT人才銀行的建構為目標,強化農研機構的AI人才,進行高品質的AI研究。

在實證與普及階段的重點包括:(1)規劃將智慧農業的相關課程納入全國農業大學的課程中,在逐漸擴大和充實融入智慧農業相關課程的同時,也計畫擴展至農業高校實施。(2)為了增加農民引進智慧農業技術的機會,致力在各地召開研討會、媒合會議等,同時透過有效利用行政程序的線上系統,將訊息直接傳達給務農者。(3)以建構和實踐各都道府縣之主要農產品項目的智慧農業技術體系為目標,策劃建構從生產至出貨的一貫性體系之智慧農業技術的實證,以及以產地和品目為單位的智慧農業技術體系等。(4)提出智慧農業機器、系統的共同使用或委託代耕的有效示範,同時整備促進民間各產業參與智慧農業領域的環境。(5)全面普及指導中心成為務農者的智慧農業相關諮詢窗口,務農者可從普及指導員等習得知識和活用技術的方法。(6)配合智慧農機的實用化,整備必要的安全指引規範。

在環境整備階段的重點包括:(1)針對發展自動行駛農機和ICT水資源管理等的智慧農業的農村整備展開檢討、開發,同時致力整備情報網路的環境。(2)策劃以實現中山間地之智慧農業為基調,整備農場以及適合果樹農業等特性的環境。(3)為推進農業數據合作平台(WAGRI)的各種數據之累積和提供,同時推動擴展至農業生產以外的加工、流通、消費的智慧食物鏈系統的建構。(4)利用食品流通法的計畫認定制度,以設立食品流通平台為後援,同時在物流、商品管理、結算等各領域推動資料的共有與利用,致力節省人力。

此外,亦進行空中次世代行動化系統的建構,特別是在農林水產領域,為了積極將無人機活用在農藥噴灑和肥料噴灑、播種、受粉、收成農作物的搬運、感測、農地、農業水利設施之維護管理、鳥獸類侵害對策上,並根據農業專用無人機之普及計畫,透過官民協調會議擴大及普及農業用無人機應用,進行擴大到目視外飛行的技術開發和實證,推動標竿案例之普及與進行規則之重新評估。

日本智慧農業推動案例

在技術的發展上,自其官方近期揭露的推動案例內容觀察,日本著重農機具、機器人、農業用助力服等的研發及無人機的應用,其中也有運用ICT技術來協助農業技藝傳承的案例,於此,提供科技研發具體落實產業的實績,如:自動行駛拖拉機、導入GNSS[1]導引系統提升農作效率及施肥最佳化技術的介紹(請參見圖2、圖3、圖4)。


[1] 衛星導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)是覆蓋全球的自主地利空間定位的衛星系統,允許小巧的電子接收器確定它的所在位置(經度、緯度和高度),並且經由衛星廣播沿著視線方向傳送的時間訊號精確到10米的範圍內。接收機計算的精確時間以及位置,可以作為科學實驗的參考。(摘自維基百科)

資料來源:農林水產省,”關於智慧農業的發展”,2020/02,https://www.maff.go.jp/j/kanbo/smart/attach/pdf/index-83.pdf ,作者自譯。

圖2、自動行駛拖拉機技術發展案例

資料來源:農林水產省,”農業新技術活用事例”,2019,       https://www.maff.go.jp/j/kanbo/smart/jirei/smajirei_2019.html,作者自譯

3、導入GNSS導引系統提升農作效率案例

資料來源:農林水產省,”關於智慧農業的發展”,2020/02,https://www.maff.go.jp/j/kanbo/smart/attach/pdf/index-83.pdf ,作者自譯。

4、施肥最佳化技術發展案例

日本智農實證計畫的大力推展

日本近期智慧農業的推動措施,2019年除了在加強ICT運用上,促進了WARGI[1]的各種數據之持續蓄積和對外提供服務外,亦為了進行機器人、AI、IoT等先進科技應用於農業的開發與實證,展開了2年為一期程的「智慧農業實證計畫」。「智慧農業實證計畫」包含了「智慧農業技術的開發實證計畫」及「智慧農業加速化實證計畫」,推動的目的是加速智慧農業的產業落實,實際在生產現場導入先端科技,利用2年時間進行技術實證的同時,希望藉由技術導入達到經營上的明確效果,推廣智慧農業的社會實做。

從北海道到九州沖繩的中山間地與包含離島之全國各地區,展開了69個推動場域,針對水田作物(大規模、中山間、出口專用)、旱田作物、露地蔬菜、溫室栽培作物、花卉、果樹、茶葉、畜產等各種項目,開始進行智慧農業的實證,並且由農研機構(国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構,NARO)做為實施主體,於實證期間,針對活用技術、數據收集方式等提出指導與建議,以及對整體計畫推動進行管理;此外,農研機構亦將透過實證所取得之數據,從技術面與經營面進行分析與解析,對營農管理和技術改善等提出建議,期待農方於導入智慧農業時能夠活用經營判斷的情報(訊息)。於此,提供69個實證案例中被日本廣宣的一例-鹿兒島崛口製茶之智慧農業實證內容概要以茲參考,請參見圖5。

 

[1] 日本官方考量原先農業大數據零散存在不同地方,同時資料亦缺乏横向整合,因而提出了農業數據合作平台(「農業データ連携基盤」通稱WAGRI)構想,將對農業生產經營有幫助之農業用土壤、氣象等重要之農業關聯資訊,整合入農業數據合作平台,並於2017年8月成立農業資料聯合基礎協會,2017年12月完成平台雛型,2019年4月正式提供服務。

資料來源:農林水產省,「智慧農業實證計畫手册」,2019 , https://www.affrc.maff.go.jp/docs/smart_agri_pro/attach/pdf/19Pamphlet1_all_3.pdf ,作者自譯。

5、鹿兒島崛口製茶智慧農業實證內容概要

日本對農業技藝傳承的重視

為了提升務農者的技能以及讓新進務農者能習得技術,針對熟練務農者(農業高手)都摘取怎樣的果實,以及他(她)們是如何剪枝等知識,就必須將屬於熟練務農者的「經驗」和「猜測」 的「隱形知識」轉換為「外顯知識」。例如將採摘橘子等難以範本化的高度生產技術轉換為「可視化」,不僅可以傳承熟練務農者的技術和判斷,同時可以應用在新進務農者的學習系統上,並使其實用化。日本透過「革新的技術開發緊急展開事業」等預算,在17府縣和10個項目以上,建構學習支援系統,並至2018年度為止已推展至25府縣,其中主要的農產項目包含葡萄(吉貝素處理、修剪等)、橘子(栽培)、草莓(收、裝盒)、蘋果(矮化栽培的修剪)、水稻(栽培)等。

案例中有的是運用衛星畫面、感測數據、產量數據等蒐集與分析作物生長狀況,進以解構熟練務農者的栽培技術,或是架設ICT設備攝錄作業影像、建構學習系統,讓學習者可以運用智慧手機依照自己的步調去預習及複習。而近期亦發展利用3D電腦模擬或VR進行蘋果剪枝[1]的新形態學習方法,透過VR進行虛擬實境學習,除可享多人共享空間與一起了解生長過程和討論的好處外,也助益學習時間縮短 (學習蘋果的栽種技術通常要花5年),建構了新進務農者或女性務農者等學習對象都能輕鬆參與的環境。

透過活用ICT等相關技術的協助,助益需要複雜判斷之各種作業可視化,得以讓學習者在短時間內傳承熟練務農者的經驗,而熟練務農者亦可能可以運用經驗換取對價報酬,在互助互利的發展下,進而實現穩定、高品質生產的目標。

日本農事支援服務的發展

近年來日本智慧農業的推動,增加了農業支援服務,發展有效利用無人機和IoT等最新技術來進行辛苦的農藥噴灑作業,或推展自動收成機器人,並以不販售的方式而根據其收成量徵收服務費用的RaaS(Robot as a Service)事業。希望以此策略可以解決持續擴大的農業生產現場人手不足的問題,並透過智慧農機的導入而降低成本。

以JA鹿兒島縣經濟連(鹿兒島縣鹿兒島市)為例,其培育並配置6名年輕職員成為無人機操控員,受理來自JA成員委託的防除作業,代為使用無人機噴灑農藥,自2019年度開始提供服務(服務內容及實績與今後的發展請參見圖6)。另以Inaho(株)為例,其以不販售自動收成機器人,而是以RaaS(Robot as a Service)的方式提供收成服務,依收成量收取服務金額,展開其事業,並自2019年10月開始提供服務(服務內容及實績與今後的發展請參見圖7)。

 

[1] 剪枝是能穩定生產高品質蘋果的重要技術,為此架構了能盡早學得此技術的學習系統並進行驗證。