第 001 期 2022/06/30發佈
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昆蟲監測與警示系統
 陳琦玲、胡正宏
行政院農委會農業試驗所
摘要
      斜紋夜蛾(Spodoptera litura Fabricius)又稱夜盜蟲,斜紋夜蛾晝伏夜出, 為全年都會出現的雜食性害蟲,尤其6-11月為出沒高峰,其繁衍快速、取食量大與食性廣泛,對蔬果、花卉與糧食作物均有危害,造成作物產量與外觀嚴重損失。本研究以紅外線技術自動計數斜紋夜蛾蟲口數,於誘蟲器中放入斜紋夜蛾性費洛蒙吸引雄蟲進入,當夜蛾雄蟲通過下方收集口進入收集罐時會遮斷紅外線光波,裝置將自動感測並記錄通過之蟲口數。我們整合監測與預警功能,透過網際網路迅速傳達斜紋夜蛾於各監測據點之蟲口數資訊,並應用本系統發佈蟲害警示,達到提早防治與防止災區擴大與降低農業災害損失。

前言
     斜紋夜蛾為我國重要農業害蟲,危害對象包括蔬菜、雜糧及豆類等數十種經濟作物,幼蟲食量大,只要見綠色蔬菜就吃,在田間食物來源充足時易大量繁殖,1隻雌成蟲的產卵量高達400至1000粒,每年6月至11月間常會發生斜紋夜蛾侵害農作物問題,而10月至11月更是發生盛期,嚴重影響作物的產量與品質。常見防治斜紋夜蛾方法有誘蛾燈誘殺成蟲、利用性費洛蒙誘殺雄蛾、大面積噴灑化學農藥等,以噴灑化學農藥方式最為有效果,一般農民常以週期性方式定期定量噴藥防治,但是容易藥物過量與殘留於農作物,造成食安問題。如果能對田間進行長期斜紋夜蛾數量監測,栽種區域由外圍向內部方式佈署斜紋夜蛾偵測裝置,即可針對特定嚴重區域進行防治,減少噴灑化學農藥量,降低藥物過量殘留於農作物的機會,即時性的監測能達到提早防治效果。

硬體組成與原理
     使用中改式誘蟲器作為誘引斜紋夜蛾的容器,以紅外線感測器紅外光遮斷特性感測斜紋夜蛾,利用微控制器作為訊號處理與斜紋夜蛾數量累計,以LoRa傳輸技術作為資料遠距離無線傳輸,通過LoRa閘道器上的4G行動通訊進行連接網際網路將資料回傳伺服器,裝置的供電來源以太陽能為主,以發電功率10W太陽能板與容量4400mAh鋰電池組成(圖1)。

圖1. 斜紋夜蛾偵測裝置
 

      本裝置利用專一誘引性費洛蒙吸引雄性標的物種之特性,於誘蟲器中放入吸引雄性斜紋夜蛾的性費洛蒙,基於誘蟲器入口只能進入無法出來的設計,當雄性斜紋夜蛾進入誘蟲器無法往外逃出,只能向下進入收集網內,在誘蟲器下方安裝特別設計且由3D列印製造而成的轉接環 (圖2),轉接環二側可安裝紅外線感測器,一側為紅外線發射端,另一側為紅外線接收端,當斜紋夜蛾通過下方收集口時會遮斷紅外線光波,此特性可用來判斷斜紋夜蛾是否通過感應處(圖3),微處理器接收紅外線遮斷訊號,自動記錄蟲口數量。在誘蟲器最下方安裝收集網,可達到捕捉防治效果。在農業試驗所85號試驗田間準確度測試,每日進行人工計算誘捕斜紋夜蛾的數量與紅外線自動偵測數量比對,其準確度約達80%。
圖2. 3D列印轉接環
圖3. 誘蟲器與紅外線感測器
應用實例
      斜紋夜蛾偵測裝置係使用LoRa無線傳輸技術進行數據資料傳送,在每一監測站建構私有LoRa無線區域網路,網路內互相傳輸資料無需額外通訊費用,空曠無遮蔽物地區傳輸距離可達8公里,此傳輸範圍可含括一個鄉鎮(5000公頃),終端由1組LoRa閘道器透過4G行動通訊技術連接網際網路,以MQTT(訊息佇列遙測傳輸)網路協定將資料傳送到雲端伺服器,藉由視覺化呈現即時數據圖,並儲存資料庫,完成資料傳輸流程(圖4)。目前佈署在3個鄉鎮的蔬菜合作社進行測試(圖5),大庄果菜生產合作社佈署8組斜紋夜蛾偵測裝置與1組LoRa閘道器,斜紋夜蛾偵測裝置與LoRa閘道器最遠距離為5.4公里,LoRa訊號可正常無線傳輸。新湖果菜生產合作社佈署8組斜紋夜蛾偵測裝置與1組LoRa閘道器,紋夜蛾偵測裝置與LoRa閘道器最遠距離為4.9公里,LoRa訊號可正常無線傳輸。台灣生菜村佈署10組斜紋夜蛾偵測裝置與1組LoRa閘道器,紋夜蛾偵測裝置與LoRa閘道器最遠距離為2.9公里,LoRa訊號可正常無線傳輸。數據的傳輸與顯示以15分鐘為間隔,使用者可使用電腦或智慧手機,透過網頁可觀看斜紋夜蛾誘捕數量情況。

圖4. 無線傳輸架構圖
圖5. 3個蔬菜合作社實際應用
圖6. 即時通訊應用程式LINE App推播與設定

警示通報

      斜紋夜蛾偵測系統除了接收各個監測站自動計數的資訊,還能設定推播警示閾值,單日累計數量超過閾值,自動進行即時通訊應用程式LINE App推播(圖6),使用LINE Notify功能透過超文本傳輸協定將警示訊息發送至LINE App群組,第一時間提醒受蟲害區域的農民開始準備實施防治,降低臨近田區蟲害擴散,減少農作物損害。


 
結論
     使用LoRa無線傳輸技術結合4G行動通訊技術作為長期監測斜紋夜蛾系統,適合遠距離與大量佈署監測,此網路架構可節省大筆通訊費用的支出,並且減少人力成本,無需要人工計算蟲口數量。警示通報功能帶給農民更準確的防治時機與區域,減少化學農藥使用量與藥物殘留,更能節省藥物成本,提高農作物收獲量。本系統亦可依害蟲的特性稍作修改,應用於其它害蟲之防治。


 
技轉公告
公告日期:2021/06/15
研究單位:農試所
適用產業:農業,農會及中大型蔬果合作社
技術領域:安全農業
授權方式:非專屬
授權地區:台灣地區
授權年限:5年
公告內容
一、農試所研發之「昆蟲監測與警示系統」,擬非專屬授權國內法人機構,於中華民國臺灣地區(指本國臺、澎、金、馬自由地區)實施。
二、本案授權內容與範圍:
(一)授權內容:昆蟲監測、警示系統技術(含「昆蟲誘蟲器之轉接環」新型專利之實施,專利證號:新型第M609241號)。
(二)交付材料:昆蟲監測與警示系統技術手冊。
(三)輔導時數:24小時。
三、本案授權期限5年,授權金新台幣15.75萬元(含5%營業稅),合約生效後15日內一次付清。權利金不收取。
四、申請業者需檢附:(一)技術移轉(授權)意願書與申請業者基本資料表。(二)合法設立登記證明文件影本;(三)營業稅或營利事業所得稅最近一期之繳款收據聯等影本,向農試所提出申請;本技術移轉案為非專屬授權方式,凡符合資格皆可向農試所簽訂契約後據以實施。
五、申請期間:自公告日起1年內,逾申請期間始提出申請者,農試所保有受理與否之決定權。
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