襖熱的晴日，一輛車載著9架小型無人機，來到南臺灣某處蓮霧園。操作人員下車後，快速地將以一只手掌托起的無人機，一架架整齊排列在空地上。
不一會兒，9架無人機一起轉動螺旋槳，往上升至預設的高度後，以雁行隊形往前飛到目標點，接著下降高度，進入各自的責任區域。
這一支無人機隊就像一群蜜蜂，繞著每一棵果樹上上下下地打轉、攝影，遇到擋路的障礙物，還會自動閃避，然後再飛回到原先設定的路徑。
不過，它們的飛航任務並非農業植保用途的噴藥，而是透過機上加掛的光學攝影設備，進行可見光與高光譜的偵測，將果樹的樹形、枝葉、花朵、果實、品種、所在區位、周邊地表等3D立體影像與頻譜，同步上傳雲端，分析果樹的生長狀況、建立3D模型，並判讀哪一棵樹缺水、缺肥或有病蟲害，擬定修枝除葉、灌溉施肥、噴藥防治等因應策略，通知果農趕快採取處置行動。
收集果樹生長數據 找出高產值樹形
長期研究CPS（Cyber-Physical Systems，網宇實體系統）3D建模、高光譜儀的交通大學電機工程系教授歐陽盟，是這一支蜂群無人機隊的催生者之一。他將過去投入高光譜篩檢前期口腔癌的研發能量，延續到農業領域，聯手研究蓮霧育種與栽培的農委會農業試驗所鳳山熱帶園藝試驗所助理研究員黃基倬、擅長無人機動力與飛控技術的逢甲大學航太與系統工程學系副教授陳宗正、專攻全球定位與精密導航系統的海洋大學通訊與導航工程學系副教授林修國，開發監控果樹生長的CPS 3D建模，獲得科技部「智慧科技於農業生產之應用」專案計畫的支持。
但是這項計畫為何選擇蓮霧做示範？黃基倬解釋，市場價格高、外銷產值潛力大的蓮霧，近年受到果樹衰弱、果農老化、氣候變遷的影響，導致結果品質不穩定，栽種面積大幅銳減，目前農業專家為了挽回蓮霧產業的競爭力，已經培育出栽培管理容易、耐逆境氣候、果形大、口感風味佳的新品種，授權給果農種植，接下來若能搭配3D建模的監測，將可讓新品種的蓮霧樹，維持標準以上的結果產量與品質，有助日後拓展海外市場。
歐陽盟也指出，蓮霧果樹自扎根成長、開花後，產果時間有3、40年之久，透過3D建模，長期監測果樹從苗木到成株的生長過程，能從中找出產值最高的樹形，或者提早預警、處理樹勢不良的果樹。
無人機如蜂群過境 快速幫專家查訪果園
然而，在建模之前進行的影像數據採集，只仰賴農業專家的兩隻腳，調查果園的區域十分有限。所以研究團隊選擇無人機負責這項工作，並針對在狹窄的果樹間距裡巡航無礙、近距離快速拍攝果樹的需求，研發機型小、多機齊飛的蜂群無人機隊。
不同於業界多將大廠牌無人機「改機」的做法，研究團隊堅持自行設計，利用臺灣電子零組件產業群聚的優勢、市面現有的樹莓派（Raspberry Pi）模組化飛控系統、3D列印技術，開發出250釐米（對角線長度）、升力與載重表現俱佳的雙層反轉螺旋槳等成本便宜且維修容易的多款國產新機種，希望提高廠商技轉的意願。
由於機體、零件儘可能縮小，進行系統整合時，要用「減法」去蕪存菁，「像我們買樹莓派模組化的控制器，就拿掉介面上用不到的USB，只取其一部份的功能。」陳宗正舉例說明。
此外，研究團隊考量蜂群無人機使用體積小的電池，電力不夠持久，導入RTK（實時動態技術）的定位系統，讓無人機不僅可以精準飛行，還能自動返航充電，準確地降落在充電站。林修國強調，團隊已經把無人機的著陸誤差範圍，控制在10公分以內，並在今年度計畫裡更進一步研究視覺導航的SLAM（同步定位與構圖）技術，讓無人機不用GPS定位，也能在室內（溫網室）飛行順暢。
目前這支機隊每個月前往受測蓮霧園兩趟，執行飛航作業，已經收集222筆果樹不同生長時期的3D建模資料；針對粉紅種、台農2號、泰國、巴掌、臺農1號及臺農3號等臺灣蓮霧6個主流品種，完成葉、花、果的部位判斷分析，以及900筆不同生育期葉片的高光譜資料庫、178筆葉片遭遇低溫寒害的高光譜資料；成功研發出手持式農產品快篩譜儀，可以直接對準果實的表面，利用高光譜快速檢測水分與糖度，有助提升果品的分級效率與價格，而且儀器造價僅是同類型進口貨的二十分之一，農民人人都買得起。
當農業被注入智慧科技的創新能量之後，比拚的是跨領域的整合力。在南臺灣的蓮霧園裡，已經鋪出技術賽道，一群農業、科技的專家在這裡集結彼此的研發能量，迸發出令人驚豔的新應用。（財團法人農業科技研究院/協力執行）
本次科技部專案成果，由農科院智慧農業小組協助推動。
#欲了解技術詳情，資訊請洽：[email protected]；03-5185092 陳小姐
國家科學及技術委員會
國家科學及技術委員會為政府推動科技發展的專責機構，肩負「推動全國科技發展」、「支援學術研究」及「發展科學園區」三大任務。其核心職掌涵蓋國家科技政策與計畫的統籌規劃、審議及資源分配；推動基礎應用研究、重大研發及學研新創；並負責科學園區的發展規劃與國家科學技術發展基金之管理。
