第1章 緒論
第一節 研究動機
近年來農村的勞動力流失已成為國內產業結構的嚴重問題。觀察台灣各地區 農業就業人數如圖 1-1。2002 年以來台灣各地區農業就業人數均呈現減少趨勢，
直到 2006 年左右才趨於穩定。尤其在 2002 年 1 月 1 日加入 WTO 世界貿易組織 以來，僅有 70 萬人左右的務農就業人口數平均每年減少兩萬九千人，目前務農就 業人口數約為 55 萬人左右。務農就業人口數不斷萎縮的主因是海關開放後，國內 脆弱的農業環境禁不起世界農業大國的競爭，少了關稅的制約，國外同等品質的 進口農產品加上運費後售價可能還遠低於國內自產的農產品。隨著國外農產品挾 帶規模經濟的優勢與精良農業技術叩關，多元的農產品稀釋了我國主要經濟作物 的市場，並改變國人飲食習慣。另外，原本就與我國重疊的農產品低價傾銷無疑 是對國內的農業環境雪上加霜。
依國際勞工組織(International Labour Organization)1991 年至 2013 年統計資料 如表 1-1，已開發國家和歐盟等先進國家農業就業人口約佔 3.6％，而根據行政院 農委會公布結果 [1]，近年來國內農業就業人口所佔比重持續下降，由表 1-2 顯 示國內 104 年農業就業人口約佔 4.43％，使台灣越來越接近先進國家比例，達已 開發國家之水準。另查鄰近東亞國家平均之農業勞動力比重，也由 1991 年之 56.8
％下降至 2013 年的 30.3％，同樣處於下降的趨勢。
圖 1-1 台灣各地區農業就業人數變動趨勢圖 [1]
0 100 200 300 400 500 600 700 800
thousand people
year
Agricultural Employed Population
2
Latin America & the Caribbean 24.7 14.8 -40.1
Middle East 24.5 14.3 -41.6
3 內的鬱閉度(cover rate)、生長量與枯損量(volume growth) ，這些植生指數是反映 林分密度(單位面積上林木疏密之程度)以及提供建立生長與收穫模式的指標。
Jan.-Current Month vs. the Same Period(%)
4
農事生產者希望能建立生長與收穫模式的理想資料，需要有數個基於相同或 類似環境條件且具有由建造到收穫伐採的完整年度的林分記載資料，稱之為真實 生長序列(real growth series)。然而因為長時間的收集工作相當困難，當可供利用 的永久樣區資料不足時，則使用涵蓋區域、林齡較廣範圍的臨時樣區，以空間換 取時間的資料，這樣的林分資料稱為抽象生長序列（abstract growth series）。
鬱閉度直接影響了平均的栽植距離。以茶園為例，在其他條件相同的情況下，
不同的茶樹栽植距離會擁有不同的(淨)生長量與(淨)枯損量如圖 1-3。以茶園經營 的角度而言，透過已知的生長序列可以精算出最佳的累計生長量，也就是圖 1-3 中曲線與橫軸所截面積。根據不同的採收時間點與茶樹樹種，會有不同的最佳策 略；比如短作期的茶樹就適合較窄的栽植距離。因為在茶樹間過分影響彼此受光 面積、養分競爭與根系空間之前，就已經完成收穫，故較窄栽植距離可確保單位 面積產出最大生產量。反之，若是長作期的茶樹就適合較寬的栽植距離，給予茶 樹足夠的生長空間才能保持最佳的生長速率，也省下需要不斷移植擁擠的茶樹的 人力且避免移植過程中茶樹死亡的風險。
圖 1-3 不同寬窄植栽距離對淨生長量之影響 [4]
本研究提出的空拍影像分析系統便是針對農業技術的改良與更有效率的人 力資源運用來做改善的目標，結合了現代化的運輸機械與資訊技術達到遠端監控 的自動控制，並自動調整適合目標樣區的分類群數 (K-means)、超像素個數
5
(superpixel-N)以及對於超像素內部變異數的篩選閥值(Variance-Var)，透過遙感探 測的技術利用無人飛行載具蒐集農地資料，以線下(off-line)運算的方式估計出農 地的鬱閉度(覆蓋率)、生長量與枯損量，以供農事生產者即時針對農地現況做相 應的調整，規劃出適合不同樣區的灌溉方式與理想的栽植疏密程度。
然而這些精緻化的農業管理所需空拍影像常受限於複雜地形或是高海拔地 區的雲霧遮蔽。傳統衛星與載人空載所拍攝的影像，容易受到天候條件、攝影週 期與人員安全性等多種條件限制，無法即時取得樣區影像資料，進而延誤茶園經 營管理所需的一些即時資訊。故如何在特殊環境及氣候條件下，發展一套可安全 快速取得樣區資訊的空拍系統確實有其必要性。
因此本研究實驗的茶園以青心大冇作為主要的實驗對象，根據台大種子研究 室 [5]提供的資料，台灣的茶樹品種以青心大冇、大葉烏龍與青心烏龍最適合製 造綠茶，其中又以青心大冇最佳。如表 1-3 所示，單一評分項目的滿分為 15 分，
總分最高為 75 分。在色澤、水色、香氣與滋味的分數評比下，可以看出青心大冇 的確是台灣重要的茶葉品種之一。
圖 1-4 為青心大冇的外觀。青心大冇學名為 Camellia sinensis，樹形中等，葉 長橢圓形，葉鋸齒緣，葉厚稍硬呈暗綠色，中肋明顯，幼葉紫紅色密生絨毛。
表 1-3 茶葉品種成績列表 [5]
圖 1-4 青心大冇近拍與鳥瞰圖
品種名稱 形狀 色澤 水色 香氣 滋味 總分 位次
青心大冇 14.9 14.4 13.8 13.6 14.3 71.0 1 大葉烏龍 14.4 14.2 14.5 13.3 14.0 70.4 2 青心烏龍 14.4 14.1 14.2 13.4 13.9 70.0 3
6 無人飛行載具(unmanned aerial vehicles, UAV)。本研究使用無人飛行載具開發的系 統 在 國 際 民 用 航 空 組 織 (ICAO) 中 又 被 廣 泛 定 義 為 遙 控 無 人 駕 駛 飛 機 系 統
Categorical value Example of activity
1 Area of mobility Air Ground Water
2 Area of application Military Industry Surveying Agriculture Aquaculture Forestry 3 Application
Mapping Monitoring Scouting Applying 4 Processing
5 Data analysis Online Offline
6 Level of data fusion Regression Classification Data mining (Low Intermediate High)
7 Software architect Modular Blackboard Control Multi-agent Component Dataflow Redundant Complementary Cooperative 8 Sensors set
Active Passive 9 Sensing activity
10 Method
Optical Thermal Electrical Magnetic Acoustic Mechanical Chemical (Small / Light Medium Large / Heavy) 11 Platform size
12 Propulsion
13 Automation degree Electric Combustion Manual Automated Autonomous