應用紅外線熱影像儀之智慧農業

     現今科技產業處於一個發展蓬勃的時代,智慧農業主要運用物聯網的概念與技術,在農場既有的實體物件如農機具、農業設施、土壤、作物等,導入感測元件(如:生物感測、環境感測影像辨識),例舉紅外線熱影像技術,在智慧農業學術上的應用已有多年的歷史,主要作為監測植物及樹木病蟲害或環境逆境時,作物植株溫度的變異監測,相信結合傳統目視觀察及紅外線熱像技術監測更具有說服力。本文將提供紅外線熱像技術的監測資訊,如:小胡瓜植冠監測設施溫度變化情形、樹木病蟲害檢測實例,作為應用紅外線熱影像儀之智慧農業監測參考。

l  實例一:《利用紅外線熱影像儀監測設施小胡瓜植冠溫度變化情形》

    紅外線熱影像(Infrared thermal image)乃藉由紅外線相機記錄受測物體之輻射熱,此技術為非破壞性檢測並可輔助應用於植物生理觀測等各項生理特徵之評估,如作物在環境逆境、病蟲害感染及初期營養缺乏等症狀判別。由圖1可發現設施內高溫主要分布於設施結構及植株上方,經由植體熱傳導方式逐漸向下層層傳遞。因此,由熱影像結果顯示上層植冠葉溫較高而下層葉溫較低的情形。另一方面,葉表面溫度與當下設施內溫度達平衡狀態,惟葉片若有病害或營養缺乏等症狀時則該部位之溫度會有增加情形(2

及圖2-2),如圖所示:

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綜觀上述所示,運用紅外線熱影像儀拍攝小胡瓜設施,在不同生育期間之植冠層表面溫度,以評估小胡瓜葉面冠層溫度與環境溫度之間的互動關係,並嘗試建立葉溫感測數據資料,形成此作物智慧溫感調控技術支援達到科技監測之效。

l  實例二:《應用紅外線熱像技術檢測樹木受病蟲危害時葉片溫度的變異

    溫度是植物重要的生理指標之一,從監測葉子的溫度變化能得知植物的生理狀態,應用紅外線溫度計,檢測植物葉溫的研究顯示,利用植冠溫度變化,可以評估作物生長是否正常(周檳源,2004)。熱樣儀得應用在Liew et al.(2008)結合熱及螢光影像的檢測結果,已可成功的在植物體發生病症之前做診斷,確認並追蹤病原體入侵植物的現象。Lindenthal et al. (2005)近一步指出黃瓜葉子的蒸散作用與葉片溫度之間具有直線負相關性存在,相對於健康葉片,受病害感染初期的葉片,葉溫會先降低。藉由熱影像技術分析溫差,可以區別健康及感染植株,如圖三溫度監測所示:

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如上圖顯示,菌葉片的平均溫度為26.3℃,統計兩者之間具 有顯著性差異存在,表示感染疫病菌葉片的 平均溫度較健全未感染疫病菌葉片的平均溫度有較高的現象,紅外線熱像技術可以作為評估尚未有目視症狀但是受到疫病菌感染樟樹的監測,圖3為樟樹感染疫病菌葉片,及圖3-1樟樹健全葉片,紅外線熱像檢測的結果。

l  參考文獻:

1.          何佳勳(2021)。利用紅外線熱影像儀監測設施小胡瓜植冠溫度變化情形〔線上資源〕。行政院農業委員會農業試驗所作物組。2022.04.22取自:https://www.intelligentagri.com.tw/xmdoc/cont?xsmsid=0J142604730042131234&sid=0K364525126354429416

2.          林振榮、林謙佑、鍾智昕、陳源郅、林世宗、張東柱(2010)。〈應用紅外線熱像技術檢測樹木受病蟲危害時葉片溫度的變異〉。林業論壇Vol.17 No6,頁72-77

2022-05-25