城市农场中的物联网应用 - 文章

城市农场中的物联网应用

作者：建国科技大学资管系饶瑞佶

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城市农场与物联网两者可说是相辅相成，城市农场因为物联网的协助加速了信息的透明、传递与再利用，物联网因为城市农场得以更加无远弗届。对于强调安全与减少剥削的城市农场而言，如果可以利用物联网来协助进行生产、流通、销售与推广，便可以达到重建人与人、物与物及都市粮食网络的关系，让城市与农业进行有机融合。

城市农场

“城市农场”或“都市农业”(Urban Agriculture)，一个在台湾不常听到的名词，在许多国家确已经推动与实施多年。城市农场可以简单定义成在城市内或外围进行的农业活动，包含作物生产、动物眷养、加工处理与流通等活动(参1)。其与传统乡村农业(Rural Agriculture)最大差别在于高度整合都市的经济活动，例如使用都市有机废弃物做堆肥，用都市废水进行灌溉，直接与都市内生活的人息息相关，冲击到食物供给链、土地的利用与竞争，并随时受到都市政策与计划之影响，是整个都市活动中不可或缺的一环；未来将可以看到越来越多像图1这样整合生活、工作、绿化与生产的建筑在都市中出现。

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图1、城市农场建筑示意图

当人们开始意识到农业不再只是单纯的生产出食物，还包含环境保护、生态平衡与健康安全时，农业将带给人们力量与尊严；因为可以百分之百确定食物与环境的安全，值得您为自己、家庭与社群(Community)付出，特别是城市农场已经是一个不可避免的趋势。

城市农场的概念最早来自于小区支持型农业(Community Supported Agriculture，CSA)的想法，此想法源于1960年代的德国、瑞士和日本，关心的是食物安全和农业土地都市化的问题。根据美国全国永续农业运动的共同主席伊莉萨白．韩德森(Elizabeth Henderson)女士的解释：“小区支持型农业的本质是人、土地与区域的互动。土地生产喂养人们，而人们保护土地作为回报，并共同承担风险与享有生产报酬。也就是田地、农务、生产不再是农人(生产者)的事情，而是紧紧与消费食物的人联系在一起，大家共享收获与承担风险(参2)。”

1996年英国的狂牛症、1997 年香港禽流感、1998年东南亚猪脑炎、2001年欧洲爆发口蹄疫、2003年SARS与日本O-157事件及雪印奶粉事件等，对各国产生了重要的影响，也影响国际贸易。其它诸如：重金属、农药、化肥等残留于植物体内，抗生素、激素等残留于禽、畜、水产品体内，食品加工与储运过程中病原微生物控制不当，食品加工过程中使用劣质原料，用病死畜禽加工熟肉制品，用回锅油加工油炸食品等，食品加工过程中使用不当添加剂，如：面粉、馒头、包子中添加增白剂，使用矿物油做增亮剂或不当使用添加剂，如：腌制品中超量使用苯甲酸，饮料中超量使用人工甜味剂，与使用不当原始材料如引起众多争议的转基因产品等，让全球食品安全亮红灯，因此国际间吹起一阵食品安全管控风潮。

追求优质与安全的食品正是人性的基本诉求，生产者如何凸显其产品满足消费者的需求，只是营销的第一步。因此各国积极推动农产与食品可追溯体系的主要目的，就是为了提高农产与食品的安全性，以强化消费者对农渔牧产品的信心，特别是针对生鲜食品的质量与安全两方面。透过城市农场机制与小区的参与，农夫与小区参与者彼此熟识，并且有机会直接参与农务，共同监督与协助农夫的农务，直接确保了食物的安全性。

城市农场已成为城市发展的方略之一，不仅是城市的绿色指标，同时连结了最弱势的生产和消费，不论其社经地位为何，都有能力和管道享用好的食物。小区支持型农业会视各小区不同的文化、品味、想象、社经状况和自然条件，发展出适合该小区连结生产者、销售者与消费者的方式，整体来说是为了解决生产者被层层剥削、食物安全疑虑以及维持环境永续等问题，如图2所示。

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图2、城市农场连结生产者、销售者与消费者的方式

物联网与城市农场

物联网(Internet of Things，IOT)是由国际电信联盟(International Telecommunication Union，ITU)于2005年所提出，指出除了人跟人之间可以透过网络相互联系外，人与物品或物品与物品之间亦可以透过网络互通信息(参3)。物联网的架构可分为“时间”(Time)、“地点”(Place)与“物品”(Thing)三个维度，创造出所有物品皆可在任何时间、任何地点相互沟通的环境。对于强调安全与减少剥削的城市农场而言，如果可以利用物联网来协助进行生产、流通、销售与推广，便可以重建人与人、物与物及都市粮食网络的关系，让城市与农业进行有机融合。达到生产与流通过程可追溯化、透明化、标准化与规格化(四化)，消费者或食用者买的安心与吃的安全(两安)，两安与四化可以说是物联网应用于城市农场最终要达成的使命。

要达成上述使命，物联网需要有四项核心技术，包括：

1、射频辨识技术(Radio-frequency Identification，RFID)－用于个别农产品、生产单位或小区人员身分辨识与产销履历记录。

2、无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)－结合传感器(Sensor)与无线网络，提供生产与流通环境数据，例如温度、湿度、光量与影像等。这些信息可以让消费者了解从田间到餐桌的完整变化，让生产者得以分析与改善生产方式。

3、移动技术－为配合都市生活脚步，让信息可以在任何时间与任何地点相互沟通，那就需要移动技术，例如手机、平板电脑等，目前这些都已具备移动网络通讯与信息处理分析的能力。

4、微型化技术－为了让整个过程能无声自动进行与方便操作，传感器、RFID、移动装置等，都需要配合进行尺寸缩小或微型化。

物联网应用于城市农场之整体运作架构如图3所示，利用RFID技术在生产、流通与销售阶段标定个别物品(可以是农场、作物、牲畜、加工品等)与记录物品履历信息，搭配WSN搜集物品整个生命周期的环境状况，透过无线网络将上述数据储存于云端数据库。这些数据经过分析可以协助生产者快速正确知道农场的环境及生产对象的状态，帮助建立有效的生产与作业规画；让消费者能透过网络或移动装置快速知道物品是在哪里被如何生产的信息，进而安心的采购与食用；再者协助发生食品安全问题时得以追溯到问题根源；最后可以结合社群网络，进行串连与扩散式营销。这些信息最大的意义，并不是要教育社会大众生产知识，而是要让消费者感受到生产者负责的态度，完成“两安”与“四化”的使命。

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图3、物联网应用于城市农场之架构图

应用上问题

城市农场与物联网两者可说是相辅相成，城市农场因为物联网的协助加速了信息的透明、流通与再利用，物联网因为城市农场得以更加无远弗届。以往许多研究与报告也都提到过物联网在农业上的应用，但多半指的都是传统的农业生产环境，首先要面对的就是网络与电力两个大问题；但当环境改变成都市农场时，上述两个问题就不存在，便可以将重心放在物联网的联结议题上，思考怎么样可以让信息连结的更完整、更快速、更广泛与有效再利用。

但如果要将物联网应用在都市农场上，仍然存在着几点待突破的瓶颈，包括有：

1、无法保证100%辨识－物联网主要透过RFID技术进行个别物品辨识，但RF的讯号容易受到含有金属和水份(农场环境特别是)的环境所干扰，尤其是在超高频频段。实际的应用效果总是不如预期的自动化，阻碍了应用的普及，导致设备成本仍然居高不下，此部分仍有待硬件技术上的突破与克服。

2、建置成本高－因为无法保证100%辨识，普及性不佳，致使现阶段相关设备与系统的价格仍偏高，让多数的应用还停留在实验室阶段与计划性质。

3、环境条件变化大－农业环境常常是温湿度变化大的环境，如何能确保系统能在这样恶劣的环境中长时间使用是ㄧ大问题，导致于客制化比率过高。

4、标准尚未完全统一－若要将物联网技术应用于农产品的生产与流通追踪上，部分的技术标准尚未完全确认，使用上仍有整合的问题。

5、使用上多数需要加上传感器－多数农业上的应用需要是与传感器整合，目前最大问题仍在于传感器的尺寸与精度、讯号如何有效的传送、使用寿命等问题。

6、尺寸大小与摆放方式－农业上需要面对很多的活体，例如猪或海鲡等生物，如何在此些活体上标定RFID标签仍然还在研究阶段。这些活体都会活动与成长，如何透过物联网技术进行有效的辨识、追踪与数据纪录，则还有待研究与突破。

7、频率问题－美国食品暨药物管理局(Food and Drug Administration，FDA)试验使用超高频读取器，连续对一瓶装满胰岛素的药瓶连续读取1小时，发现温度升高1 °C。这样的实验没有任何结论，只是一个事实的陈述。就像大家讨论与争辩已久的大哥大电磁波，到底有没有害？目前尚未有一个定论。但农业应用的场合上多数是有活体的环境， RFID到底对此些活体有没有影响？仍有待进一步实验证实。

未来展望与结论

物联网在城市农场上的应用，可强化供应链的管理、有效提升物流管理效率，帮助农业转型与发展农业品牌。例如推动中的农产品产销履历，若完善导入物联网，除了对于节省人力资源与提升效率相当有帮助外，完整的个体纪录，对于农产品的安全也可望严格把关，协助建立现代化城市农场。

然而，物联网应用于城市农场上仍存在着一些障碍，包括居高不下的成本、初期投资费用高、RF技术无法100%辨识、技术标准尚未统一，与设备及数据管理等问题。此些问题让目前的应用仍停留在计划示范阶段，尚未真正导入实际运转应用。但随着技术与标准的精进及环保意识抬头，未来物联网真正落实在城市农场上是指日可待。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/9/2012)


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