以邊緣智慧提升農業生產力
以邊緣智慧提升農業生產力
如果您在自家花園裡種植過蔬果，就能體會生長季節的天氣變化對植物有多大的影響。年收好時，你會擁有豐收的喜悅，自豪地與家人朋友分享蔬菜農獲；但如果當年天氣異常炎熱乾燥，或者雨水偏多，您的收穫可能甚至還不夠做一頓飯。這當然談不上好事，但終歸還有來年可以期望。
然而，對於低收入經濟體而言，家庭種植的成功與否會帶來更深遠的影響。人們可能長期食不果腹，甚至更糟。誠然，面對由氣候變化導致的更加捉摸不透的天氣模式，即使是大型商業化農場主人也束手無策。但在經濟不發達的國家和地區，農業是GDP的主要支柱之一，農場的收成好壞不僅影響經濟，還可能危及國家穩定。
在一些發展中國家和地區，以農業為生的農戶高達80%。面對氣候變化引發的饑荒和糧食不足問題，首當其衝的便是這些地區的人口，其中尤以婦女和兒童為甚。糧食匱乏是一個全球性問題，全球營養不良的人口多達8.22億，其中1.49億為兒童——他們因營養不足而發育不良。1
氣候變化合併糧食匱乏問題為人類帶來了生死存亡的挑戰。根據國際貨幣基金組織(IMF)指出：「確保氣候變化不會危及貧困國家和地區的發展與穩定是符合全球利益的。斥資提升氣候恢復力等成本，可能低於災難後人道主義救濟與重建的成本。」
氣候變化的不均等代價
料來源：國際貨幣基金組織2
高溫、水資源匱乏、乾旱、洪災以及大氣層二氧化碳濃度升高都會影響主要作物生長，這可能導致糧食產量下降。國際糧食政策研究所的一項多年研究預測，到2050年時，氣候變遷將導致瓜地馬拉和哥斯大黎加的旱作玉米減產17%；洪都拉斯的旱作玉米將減產12%；哥倫比亞、秘魯、薩爾瓦多和尼加拉瓜各將減產約8%。3
基於邊緣技術的農業
面對氣候變化引起的颶風頻繁或海平面上升等威脅，可用於保護植物的手段極其有限。不過，在長期天氣變化下，智慧邊緣(Intelligent Edge)技術的出現與推廣正協助人們在大農場和小花園中更能管理和提升作物產量。智慧邊緣解決方案正將算力移至傳統運算網路邊緣處使用的智慧裝置中。
傳統網路採用中心輻射型模式，數據需要遠距離發送到集中化資料中心進行分析和決策，為獲得資料處理能力犧牲了即時性和傳輸安全性。若能將處理能力向數據來源遷移，將有助於提升回應性與效率。此一做法在發展中國家和地區的偏遠農業社區的效果尤為明顯。
如今，ADI工程師正與菲律賓的小型農場主合作研發閉迴路智慧邊緣解決方案，用於監控農場中咖啡作物的即時灌溉和肥料需求，並做出適當回應。此方案可以提高有限農場資源的使用效率，大幅度提升咖啡作物產量。在國家層面上，也可望使菲律賓重回全球最大咖啡出口國的行列。
菲律賓的咖啡
菲律賓的咖啡產量已從2016年的68,800公噸降低到2020年的60,600公噸，僅四年便減產8,200公噸，降幅達12%。4 咖啡減產背後的原因包括氣候變遷引發的天氣模式變化，以及缺少對抗天氣變化不確定性的農業技術。
菲律賓政府於2017年發表五年咖啡發展規劃5，致力於振興咖啡產業。這項規劃推動ADI與位於菲律賓甲米地省阿馬德奧Minantok East的阿馬德奧咖啡農場合作社達成合作。雙方攜手開發了一個零誤差閉迴路系統，用於感測和分析土壤和植物葉片中的水分和肥料含量。此系統可適時為植物供應水分和營養，確保達到最佳含量，進而大幅提升作物產量。「菲律賓為逆轉咖啡減產趨勢做出了種種努力。這讓菲律賓成為ADI智慧邊緣技術的理想應用場域。無論是立竿見影的效果還是未來的更多潛力，都讓我們欣喜萬分，」ADI環境團隊的COS資深總監與專案發起人Manny Malaki表示。
以技術支援咖啡種植
邊緣農業技術能夠感測當地天氣和微氣候變化並立即採取行動。不論天氣模式如何，都可以協助農場主控制可控的環節，確保作物得到妥善灌溉、施肥。
ADI的太陽能動力系統以菲律賓充足的光照為能源，收集並分析土壤狀態和咖啡樹健康狀態等資訊，同時將資料和指示透過無線網路即時傳輸給灌溉和施肥系統。系統透過ADI MAX78000 AI微控制器中的人工智慧引擎不斷學習，提高對水源、大量營養素和pH值平衡的能力，即使是微弱的環境影響也能及時做出反應。在菲律賓，潮濕酷熱三天之後連下兩天暴雨的天氣並不少見，而ADI的解決方案能夠以所需的時間間隔檢測所有變數，確保以最佳方式滿足作物需求，保障植物健康生長。
適應未來氣候變化的潛能
ADI與阿馬德奧咖啡農場合作社的合作始於一位ADI工程師地下室裡一株小小的植物。他將完整的系統實物模型安裝於一個花盆中，在植物生長燈照射下試驗，最後得到令人滿意的結果。在乾旱和暴雨輪番出現的生長環境下，系統即時收集相關資料，並相應調整植物的水分和肥料含量。「我們很快發現，邊緣解決方案能夠為合作社帶來顛覆性作用。工程團隊分析完試驗結果後，我們無比激動地與合作社分享了這個消息，推動開展了更多試驗。」ADI公司首席工程師及專案負責人Romulo Maggay表示。
阿馬德奧農場主協會農場業主Randy Mendoza表示：「下一步就是在農場中運用一株植物再次試驗，然後再擴大到十株。阿馬德奧咖啡農場合作社利用十株植物開展為期七個月的試驗後得到一些驚人的結果，而這正是我們咖啡農場主當下極需的東西。」
阿馬德奧咖啡農場合作社試驗結果
120%
產量增加
50%
肥料成本降低
14%
人工成本降低
64%
利潤增加
智慧咖啡農場中的單株咖啡產量的相關資料（相較於對照組農場）
智慧邊緣系統的第二階段試驗正在菲律賓三個不同地區的三個大型農場中進行，每個農場都具有獨特的微氣候環境。三個農場都使用了更大規模的系統，以檢視其在熱帶天氣模式變化下的適應力。在更大層面上，合作社也正著手制定荒地複墾和擴大生產的長期計畫。
阿馬德奧農業部部長Luzviminda Amparo表示：「利用新技術大幅提高作物產量——這是以智慧和遠見因應氣候變化的典範。期待雙方擴大合作，將其擴散至對我國經濟和地方食物來源非常重要的作物。」
從一小株植物入手，ADI工程師和阿馬德奧合作社的農場主展示了邊緣技術的巨大潛力。阿馬德奧咖啡農場主合作社主席Rolando Angcao提到：「有了咖啡豆的穩產能力，我們可望再次躋身最大咖啡產地的行列。」
不論是菲律賓或是其他國家都有可能實現政府層面的合作，為農場主人提供額外經濟支援來使用邊緣系統，提升生產力和效率。此外，由於這些系統能降低作物風險，民營銀行也將更願意以優惠的利率為農場主提供貸款，協助農場主人在生長季節開始時購買種子和肥料。這些舉措，對於菲律賓農民盈利能力的協助不言而喻。
有效的發展道路
隨著氣候變遷持續，我們需要開發新技術降低由此帶來的影響，這一點非常重要。智慧邊緣技術帶來全新可能，可望在天氣模式逐漸不可預測的情況下大幅提升作物產量。
全球饑荒加劇，影響近10%世界人口。
加拿大世界展望組織(World Vision)
進行閉迴路解決方案更有利於將智慧邊緣技術的適用範圍從咖啡擴大到大米和豆類，而後者正是眾多未發達國家的主要糧食作物。推廣這項新技術可明顯提升作物產量，削減成本，也能積極改善第三世界、甚至全球的糧食匱乏現象。雖然全球大部分饑餓人口居住在開發中國家，但許多已開發國家也不乏此類現象，例如美國營養不良的兒童人數高達3,000萬。
以邊緣智能對抗氣候變化與饑餓
隨著全球人口增加，城市化進程繼續，農業實踐將繼續演變。ADI可以根據大型商業農場、溫室、家庭庭園等不同需求，推出量身訂作的AI邊緣系統。除了咖啡之外，具有自主學習能力的施肥灌溉系統亦能為大部份糧食作物帶來裨益。
從播種收割機械，再到大型灌溉和供水系統，技術進步一直在推動農場提升生產效率。如今，智慧邊緣技術已革命性地改變了我們改造住宅、控制住宅的方式。未來，其也將以同樣的方式顛覆農場及其日常經營。在智慧的閉迴路加肥灌溉系統的加持下，農場主人可以消除氣候變化帶來的部分影響，節省照料作物的時間，留出更多時間規劃更美好的未來，為滿足全球糧食需求做出更大貢獻。
「未來，我們可以設計更多學習型智慧技術系統來解決氣候變化對農業的影響，為全球更多人口供應糧食，這個前景令人為之振奮」，ADI Manny Malaki總結。
References
1 聯合國糧農組織(FAO)、國際農業發展基金會(IFAD)、聯合國兒童基金會(UNICEF)、世界糧食計畫署(WFP)、世界衛生組織，「2019年全球糧食安全與營養狀況：經濟發展減速與衰退下的安全措施」，聯合國糧農組織，2019年。
2Kristalina Georgieva、Vitor Gaspar和Ceyla Pazarbasioglu，「貧困脆弱的國家需要支援才能適應氣候變化」，國際貨幣基金組織部落格，2022年3月。
3Timothy S. Thomas、Ana Maria Loboguerrero、Ana R. Rios、Deissy Martinez、Baron、Graciela Magrin和Vincente Barros，「氣候變化將如何影響中美洲和安第斯山脈地區的農業生產力」，國際糧食政策研究所博客，2019年8月。
4 Yvette Tan.，「菲律賓咖啡發展規劃（修訂案）致力於振興當地咖啡產業」，《馬尼拉公報》，2021年10月。
5 「2017——2022年菲律賓咖啡產業發展規劃」，菲律賓農業部。