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農業科專服務小組／莊承銘 組長

數位化發展為全球所關注，並列入政策與戰略之發展目標，依據國發會公布之 110 年至113 年國家發展策略內容，其鼓勵產業投入數位相關發展，而針對新農業與循環經濟更期待能持續推動產業創新與優化轉型。因此，引導產業導入數位科技已為發展趨勢，又農業上之應用扣合民生必需之食品安全議題，更具有重要意義，故為瞭解數位化農業議題研析發展路徑以鑑往知來，Michele Kremer Sott 及其團隊於即透過文獻計量學，分析近年數位化農業之相關期刊，並研析各重要策略議題之演變情形。該團隊先從科學文獻資料庫(Web of Science)輔以軟體工具(SciMAT)，篩選與數位化農業相關之文獻，關鍵詞以 OR 區隔(即符合其中一個字詞即符合標準)，其搜尋關鍵詞包含農業 4.0、數位農業、數位農場、智慧農業、智慧農場、精準農業、精準農場、農業食品 4.0 等，範圍係於文獻標題、摘要或關鍵字提及為主，且該文獻須為英文發表，並與數位化農業關聯度高，時間軸則為 1994 至 2020 年。分析結果如圖 1 顯示，從資料庫共取得將近 4,700 篇文獻，而從 1994 年起精準農業開始出現於文獻後，隨著時間推移相關研究篇數則持續增加發表數量。 

圖1、關鍵詞於1994年至2020年之文章發表數(該研究數據收集日期為2020年9月21日)

(Michele Kremer Sott et al., 2021；本研究整理翻譯)

數位化農業發展研析議題演變趨勢

接續該團隊從圖 1 彙整之文獻中，整理並取得 14,700 個字詞，再將其進行分組或刪除(如同義詞、無意義詞彙或通用語)，最終取得 13,935 個詞彙，接續用時間軸進行區隔，共分成 1994-2011、2012-2017 及 2018-2020 等三群，並篩選最新與相近研究項目關連程度較高之內容訂為研析議題，分析結果顯示如圖 2，各圓形之大小與相關聯之文獻數量成正比，而關聯度上實線代表直接相關，虛線則為間接相關，線條粗細則表示項目間之關聯程度強弱。 

圖2、研析議題隨時間演變之結構圖
(Michele Kremer Sott et al., 2021；本研究整理翻譯)

圖 2 結果顯示，於 1994 年至 2011 年，農業發展上應用數位化技術主要目的在於提高農業生產力與促進農業持續發展，該期間之文獻發表項目聚焦於作物與土壤有關之環境因子，甚至運用 GPS 與高光譜等進行分析，且已有研究預測數位化農業發展之重要性。而 2011 年起出現工業 4.0 概念，農業 4.0 隨後亦誕生並廣泛討論，故從 2012 年至 2017 年，該時期之研究包含結合精準農業與農業 4.0 之相關技術，如無人飛行載具、常態化差異植生指標(NDVI)及無線感知網路等，部分研究則延續先前環境因子之研究，進一步擴張技術範疇與深度。此外，氣候智慧農業(Climate Smart Agriculture, CSA)之目的為永續提升糧食生產與安全，並因應氣候變遷進行調適，故相關研究亦逐漸增加。最後從 2018 年至 2020 年，數位化與智慧化農業蓬勃發展，並透過感測器與傳輸裝置進行不同作物與地理環境等之應用研析。 

關鍵議題之發展脈絡

瞭解文獻中各研究議題之發展趨勢後，該團隊篩選最多且與相近研究項目關連程度高者，進行相關議題脈絡探討，共盤點出 9 項，如無人飛行載具、氣候智慧農業、物聯網、空間變異性、GPS、影像處理、氮循環、高光譜及產量預測等，以占比較高之前 3 項為例，結果如圖 3：

圖3、以無人飛行載具、氣候智慧農業及物聯網為主題之相關研析脈絡
(Michele Kremer Sott et al., 2021；本研究整理翻譯)
 

一.近年產業關注之策略議題

氣候智慧農業(CSA)

該議題符合農業生產與永續經營之理念，再加上不同面向議題如從農人口(特別為小農)、環境保護、糧食安全及氣候變遷等，促使研究人員針對該議題進行探討，期找出解決方案與做法，故與氣候變遷之關聯度強，其次如小農、保育式農法、食品安全、馬拉威、減緩、撒哈拉沙漠以南之非洲地區、韌性、氣候變遷與調適、農林業及從農人口性別等，有別於技術科研發展，該項目有助各國政府與學術研究單位，透過政策或相關策略加速農民導入數位化技術。 

二.數位化發展之技術項目

(一).無人飛行載具(UAV)

該議題與其他相關項目呈現高度關聯，因無人飛行載具之發展逐漸朝低成本且易於操作，加上其機動性強，附掛農用設備可協助農務進行，又搭配感測器可進行資訊收集，故與遙測相關研究密切關聯，其次包含運動恢復結構、植被指數、無人飛行系統、攝影測量、機器學習、作物表面模型、多光譜、無人機、圖像分析及隨機森林演算等，運用該技術幫助監測、環境與作物生長情形診斷及預測等，使農業發展更為智慧化，也更能協助管理者進行決策支援。 

(二).物聯網(IoT)

因應萬物聯網之趨勢下，使物聯網於農業發揮重要作用，故與無線感知網路之關聯度強，其次包含資安、人工智慧、監控、大數據、雲端計算、智慧城市、智慧物聯網常用的無線傳輸技術(如ZigBee、LoRa、LoRaWAN)及區塊鏈等，涵蓋基礎設施與訊息傳輸技術等項目，以及遠端數據之收集與監管等，期經由強化技術精準度與應用標的，推升農業物聯網發展廣度與深度，促使產業達到精準與智慧化之目標。

結論

針對臺灣農業數位化發展，農委會亦相當關注，且如能善用 ICT 能量，再結合人工智慧與專家經驗，透過數位化方式同步記錄並模擬虛實環境，達到精準農業監控與生產之效益。國外已有研究指出，深化數位化技術具有提高生產效率，並減少能源耗損之潛力，且可廣泛應用於作物栽培、農業機械、採收後處理及食品加工等，惟因門檻(如參數收集之品質與數量等)較高，發展之挑戰仍待產學研共同努力。

考量數位化農業之成長可期，且發展價值高，然而其需發展期程較長，已有文獻探討其發展過程遇到之瓶頸主要為資金投入，其次包括如技術能力掌握度、發展成效反映於營收程度、管理階層意願、技術發展項目可行性及缺乏發展目標等原因，以及其他如語言隔閡、產業數位發展落差、基礎設施完整度及企業規模等間接因素。此外，新興技術對於農民來說其門檻較高，尚待農業生產者進行知識培訓，或經由具規模之農企業或產銷集團以逐步擴散應用，故如何將數位化技術跨域應用於農業，並能因地制宜彈性發展適用當地且符合成本效益之軟硬體，創造農業生產者與數位化服務者雙贏模式，將為數位化農業發展之關鍵。我國也持續鼓勵農業投入創新研發，並深化數位化能力之發展，舉農業業界科專計畫近年公告徵求之主題即包含智慧農業之相關發展，期達到省時省工並創造高效率之農業環境，且已有部分計畫成果開枝散葉，至於如何評估或自評針對農企業、團體、組織或農民等發展數位化之潛力與方向，下篇內容將介紹農業生產者衡量數位發展能力之方式，以及投入數位化農業資訊服務業者可能之樣態。

參考資料：

1. Abozar Nasirahmadi and Oliver Hensel. 2022. Toward the Next Generation of Digitalization in Agriculture Based on Digital Twin Paradigm. Sensors. 22. 498.
2. Michele Kremer Sott, Leandro da Silva Nascimento, Cristian Rogério Foguesatto, Leonardo B. Furstenau, Kadígia Faccin, Paulo Antônio Zawislak, Bruce Mellado, Jude Dzevela Kong, and Nicola Luigi Bragazzi. 2021. A Bibliometric Network Analysis of Recent Publications on Digital Agriculture to Depict Strategic Themes and Evolution Structure. Preprints (www.preprints.org). 31 May 2021.
3. Solodovnik A.I. and Dokalskaya V.K.. 2020. TO THE QUESTION OF A DIGITAL TRANSFORMATION IN THE AGRO-INDUSTRIAL COMPLEX: DIFFICULTIES AND PERSPECTIVES. Вестник аграрной науки. 6(87).
4. 2021智慧農業數位分身創新應用競賽冠軍揭曉 [online]. https://www.coa.gov.tw/theme_data.php?theme=news&sub_theme=agri&id=8358 (Access 1/3/2022).
5. 行政院農業委員會農業科技專案計畫服務網。https://agtech.coa.gov.tw/。
6. 氣候智慧型農業將有助於農民對抗全球氣候變遷之衝擊 [online]. https://agritech-foresight.atri.org.tw/article/contents/1657 (Access 28/2/2022).
7. 國家發展委員會。109年。國家發展計畫110至113年。