2016高雄市立第 56屆中小學科學展覽會

作品說明書

科（類）別：農業與食品學科

組 別：高級中等學校組

作品名稱 ：四軸飛行器用於農作物生物防治之研究

關鍵詞：四軸飛行器、監視器、驅鳥

編號：30701

目錄

摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

壹、研究動機．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

貳、研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

参、研究設備及器材．．．．．．．．．．．．．．．．．4

肆、研究過程及方法．．．．．．．．．．．．．．．．．5

伍、研究結果．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

陸、討論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

柒、結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

捌、參考資料及其他．．．．．．．．．．．．．．．．．13

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摘要

蔬菜、水果和糧食等農作物對於人類來說是不可或缺的，但近年來因為氣候變遷農作物產

量逐年減少，鳥類對農作物的影響也相對巨大。有數據顯示全世界的山鳥在一年內吞食了 1500

萬噸糧食，足以養活世界 9000 萬的人口，另外糧食作物之一的小米若防制效果不彰，損失可以

高達 95%，在研究應對氣候變遷的對策之餘，也可以從農作物的鳥害下手。

稻米、雜糧收成前，總是會引來大批的鳥類，尤其是麻雀，往往會成群結隊的來吃免費的

大餐。每年農民都要實施「趕鳥計劃」，傳統驅鳥方式例如放鞭炮、稻草人、綁反光帶，對鳥類

已產生免疫力、效果不彰。所以我們利用四軸飛行器動態驅鳥，達到有效的驅鳥效果，以減少農

作物的鳥害，也藉此以不危害生物也能生物防制的目的。

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壹、研究動機

會做這項研究是因為看到一篇屏東縣萬丹鄉紅豆田真實的「毒鳥」報導(如圖 1-1、圖 1-2)，

屏東萬丹紅豆正直播種發芽期，萬丹鄉一塊紅豆田路邊與田裡，都是遭毒身亡的野生鳥類，有麻

雀、紅鳩、珠頸鳩與紅冠水雞等。遭毒身亡鳥類屍體被其他鳥類啄食肢解，造成更多的鳥類中毒

亡，其中數量最多的就是麻雀。

由於每年到了秋天，高屏地區的許多農夫在稻作收割之後，就會接著種植紅豆，因為最佳

的播種期是在國慶日前後，但播種後，總是會有許多野鳥前往啄食，因此常上演「人鳥大戰」。

農民為了避免紅豆的幼苗被鳥拉起破壞，原本都會力稻草人、田區吊掛反光帶或廢棄光碟、插旗

幟、製造聲響、田區覆蓋鳥網等，但是鳥類對固定驅鳥方式習慣後，即不在畏懼。

所以農夫逼不得已，將內含加保扶成分的農藥「好年冬」，液體混入稻穀中，撒布在紅豆田

田埂及周邊道路來誘殺麻雀，惡意毒死前來覓食的鳥類，而其它的大型鳥吃了這些死亡的小鳥後，

也跟著中毒死亡。這種驅鳥的方式不但手段殘忍，又會汙染大自然破壞生態圈。

看到一整地觸目駭心的鳥類屍體照片，也為了幫助紅豆田的每株芽都能在無毒藥的環境下

順利長大，希望農民生產農作物時，能維護環境生態，兼顧動植物保育，於是我們上網查了資料，

看到了無人機以及空拍機的技術，並想說我們能利用小型的飛行器來驅鳥。利用網路監視器移動

偵測、紅外線感應等，偵測鳥類是否飛入農田，要是偵測到就產生訊號，啟動四軸飛行器動態驅

鳥。

圖 1-1 紅鳩屍體 (註 1) 圖 1-2 被毒死的鳥群 (註 2)

註 1：引用自蘋果日報報導 2015 年 10 月 07 日 00:01

註 2: 引用東森新聞雲

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貳、研究目的

麻雀是對農業造成影響最大的鳥類，其原因為麻雀是雜食性的鳥類，會根據季節的不同食

用不同的食物。春夏季昆蟲活動頻繁，而植物較少結出果實，麻雀的主要食物就會是昆蟲，相反

的在秋冬季時，植物開花結果，昆蟲的活動逐漸減弱，麻雀就會以植物的果實種子特別是農作物

為主食。

也因如此有些農民為了對付麻雀等鳥類，會使用毒藥毒鳥或以人力達到驅鳥的目的，但是

這些方法不僅耗費人力，使用藥劑更是會造成環境循環汙染和使得生態圈失衡，因此我們構思了

使用四軸飛行器動態驅鳥的方式，藉由科技的力量，達到不耗費人力，不灑毒藥，不殺生。

由於這只是初步的構想，希望未來經過試驗改善之後，這項技術能夠更為完善，不只在紅

豆田，也能應用在其它農田裡使用，造福更多農民。

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参、研究設備及器材

圖 3-1 四軸飛行器 圖 3-2 四軸飛行器 圖 3-3 網路監視器

圖 3-4麵包板 圖 3-5三用電表 圖 3-6剝線鉗

圖 3-7 電動起子 圖 3-8 示波器 圖 3-9 斜口鉗

圖 3-10 電烙鐵 圖 3-11 藍芽喇叭

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肆、研究過程和方法

一、研究步驟

圖 4-1 研究步驟

定題目

搜尋相關資料

四軸飛行器、網路

監視器 測試

實驗與記錄

硬體裝配

測試與改進

完成報告

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二、實驗歩驟

為了解四軸飛行器動態驅鳥的效果，當然實際到現場操作，就知道效果好不好。攜帶白米(當

成農作物以吸引鳥類來啄食)、四軸飛行器、相機等設備就可以出發了。先在地上撒上白米，等

待鳥類啄食，啟動四軸飛行器動態驅鳥

圖 4-2 實驗步驟

三、實驗結果

鳥類啄食白米時，啟動四軸飛行器動態驅鳥，所有鳥類立即飛離，效果良好。不同鳥類被

驅離後再回來啄食的時間各有不同。如表 4-1 所示，鴿子回來啄食時間較長，麻雀回來回來啄食

時間較長。四軸飛行器動態驅鳥的範圍不因鳥種而有不同(如表 4-2)

表 4-1 不同鳥類被驅離後再回來啄食的時間

鳥種 回來啄食時間

鴿子 平均 5 分鐘

麻雀 平均 15 分鐘

表 4-2 四軸飛行器驅鳥範圍

鳥種 距離

鴿子 方圓 5 公尺

麻雀 方圓 5 公尺

撒上白米

等待鳥類啄食

啟動四軸飛行器

動態驅鳥

記錄驅鳥後，多久時間

後，鳥類會再回來啄食

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四、自動驅鳥

四軸飛行器動態驅鳥效果非常良好，但如果需要人去操作，這樣就不是很理想，因此希望

能自動動態驅鳥。自動驅鳥的方式有二種，一種是比較簡單的定時驅鳥，另一種是偵測有鳥類進

入農田再驅鳥。

由實驗結果表 4-1 可知，只要設定定時器，每隔一段時間(如 15 分鐘)就自動啟動四軸飛行

器動態驅鳥。另一種方式就是偵測鳥類是否進入農田，當鳥類進入農田，經過網路監視器 的鏡

頭時， 畫面會有變化，網路監視器產生一個警告訊息並產生警報聲。經由電子電路去檢測網路

監示器的喇叭電壓訊號判斷是否要驅動四軸飛行器。

聲音訊號是一種脈波，揚聲器的工作原理是讓電流通過線圈產生磁場，利用電流產生的磁

場和揚聲器原有的磁場作用產生振動，由此可知聲音的高低大小取決於頻率與振幅。因此我們將

揚聲器的兩條線路拆出來後,利用示波器觀測電壓變化,並設計一套電路。

移動偵測所產生的警報聲波形如圖 4-3，經過第一個運算放大器電壓放大，再經過第二個運

算放大器電流放大，再由電容電阻組成的濾波器後，波形如圖 4- 4，電壓約 4V，電壓會稍為波動，

範圍 3.5V- 4V 之間

圖 4-3 圖 4-4

實驗中的這台網路監視器會偵測網路,如果沒有連上網路時，每隔一段時間會發出聲音訊號

如圖 4-5，經放大濾波後波形如圖 4- 6，電壓範圍 0.5V - 1V 之間，為了避免其信號影響,我們使用

比較器，比較參考電壓 2.5V，就可以避免偵測網路時產生的聲音造成誤動作。當比較器偵測電壓

高於 2.5V，就啟動四軸飛行器動態驅鳥。

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圖 4- 5 圖 4- 6

五、電路圖

圖 4 - 7 控制電路

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六、硬體組裝

圖 4-8 拆解網路監視器 圖 4- 9 將喇叭拆除改裝 圖 4- 10 改裝完成

圖 4-11 改裝小型四軸飛行器 圖 4-12 製作控制電路

圖 4- 13 整體外觀

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伍、研究結果

傳統的趕鳥方式，例綁稻草人、反光帶等，成本低，環保，初期有效，長期則效果降低。

使用四軸飛行器動態驅鳥效果優良，減少農作物受鳥類侵害。麻雀在秋冬兩季的時候會因為昆蟲

活動減弱，而改食用植物的種子果實為主；紅豆正值播種發芽期受鳥害嚴重，因此四軸飛行器在

秋冬時或作物播種發芽期驅鳥，可以達到最好的效果，不需要全年全時驅鳥。

因為是自動驅鳥，所以人不需要 24 小時守在田裡，節省人力以及不浪費時間。麻雀經過驅

趕後，大約 15 分鐘會再飛回來（在有食物無人的狀況下），因此使用定時驅鳥的方式，是一種簡

單方便的驅鳥方式。

一分地等於 969.917 平方公尺，等於 31.14 公尺正方型面積。一台四軸飛行器飛行速度 1 公尺

/秒，32 秒可完成驅鳥一次。四軸飛行器每台有效驅鳥距離約方圓 5 公尺，同時使用三台驅鳥，

才不會造成將鳥從 A 區趕到 B 區(如表 5-1)。

表 5-1 驅鳥方式的比較

方式

項目

四飛行器使用數量 3 台 1 台

完成飛行時間 32 秒 96 秒

效果

3 台四軸飛行器同

時掃過農田,鳥不會

飛回農田

1 台四軸飛行器掃

過之後,鳥會去沒掃

到的農田

關於加保扶我們有上網蒐集了一些相關之料，加保扶又稱好年冬，被歸類於「胺基甲酸鹽類」，

是一種殺蟲劑，濃度過高被列為高劇毒農藥，在台灣已是禁藥，主要用於防蟲害，好年冬一旦進

入植物體內，會逐漸滲透到各部位，使整株產生抗蟲性，由於毒性猛烈，無法輕易被洗去，所已

藥效可維持比較久。人類若吸到好年冬，可能會導致頭痛、盜汗、噁心、腹瀉，胸痛、視線模糊，

焦慮與肌肉疲勞等症狀，長期吸入則可能造成生殖系統與神經的病變。

農夫藉由好年冬強烈的毒性將它加入於稻穀，放在田埂間及道路旁，使麻雀吃下後死亡，解

決鳥害的問題，但高等消費者如黑鳶吃下了麻雀也中毒死亡，使台灣黑鳶保育遭受難，也將有可

影響到食物鏈頂端的人類。

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除了利用四軸飛行器動態驅鳥外我們也嘗試過用聲音驅趕，將藍芽喇叭放在距離鳥類

一公尺的地方，分別用不同的分貝播放老鷹的叫聲，從表 5-2 得知分貝大約 70 左右鳥類才有

所動靜，利用聲音驅趕效果並不彰，但我們可以把聲音與四軸飛行器做結合，發揮出更大的

效果。

表 5-2 音量驅鳥效果比較

圖 5-1 未播放音效 圖 5-2 已播放音效 圖 5-3 用藍芽喇叭驅鳥

分貝

鳥是否飛走

20 否

30 否

40 否

50 否

60 否

70 是（少數幾隻）

80 是

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陸、討論

藉由實際的測試我們發現，四軸飛行器驅鳥效果非常好，可以保護農民辛苦耕作的農作物，

又不會汙染大自然破壞生態圈。

四軸飛行器充完電之後，續航力最高只可達十分鐘左右，但是鳥類經過驅趕之後，15 分鐘後

又陸續飛回來繼續覓食（以無人的狀況下），需要飛行器間隔一段時間持續去驅趕，可能發生來

不及充電的現象，所以必須在農田中，增設兩倍以上的四軸飛行器，輪流來趕鳥、充電。

或在農田裡增設導引線，讓四軸飛行器沿著導引線飛行，就可不需使用 GPS 定位系統，可以

購買便宜的四軸飛行器驅鳥，降低建置成本，且四軸飛行器在導引線上能夠直接供電，就不會發

生來不及充電的現象。

移動偵測有可能出現誤動作，如風吹農作物，造成畫面改變，網路監視器就會當成有物體

進入農田，發出移動偵測警報。還有此誤動作並不會造成太大影嚮，只是多驅鳥一次。

將網路監視器揚聲器之兩條線路拉出來後，接於放大電路上，由於連接之間未加電容器將

直流隔離，使得放大電路中的直流逆流回網路監視器而使得聲音晶片燒毀，又要多花錢買一台。

圖 6-1 實際驅鳥照圖 圖 6-2 飛行器飛向鳥鳥飛走

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柒、結論

四軸飛行器用於農作物生物防治，不但有效而且，能維護環境生態，兼顧動植物保育。從

發現問題，上網搜尋資料，實際測試、製作的過程中，獲益良多。學到了如何將學校所融入於生

活中，應用的理論包含：電源電路、整流、濾波、運算放大器、電晶體放大、等相關知識，幾乎

是電子學大部份內容，利用這些來完成一個電路，有句話說：「理論需要實務來驗証」，不但能複

習，還能先預習呢！

相信未來飛行器驅鳥的普及，方便有效率也節省了人力的開支，同時也可減少農夫用藥毒

鳥破壞生態的惡況降低。除了能實際運用所學的，還能運用科技讓人們過得更好，這就是參與科

展最好的意義了！

所謂三個臭皮匠勝過一個諸葛亮，團隊的力量真是大。感謝老師的指導，家人的支持，加

上隊友的努力順利完成這次的報告。

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捌、參考資料及其他

一、網路監視器

http://ssscart.com/security-surveillance/ip-camera.html

二、四軸飛行器

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9B%E8%BD%B4%E9%A3%9E%E8%A1%8C%E5%99%A8

三、蔡朝洋、蔡承佑(2015)。 電子學 I。 全華圖書股份有限公司

四、楊德明、陳伯爵(2015)。電工機械 I。科友圖書股份有限公司

五、400 鳥屍集體躺紅豆田萬丹「寂靜的大地」多殘忍！ ETtoday 地方新聞 ETtoday 新聞雲

http://www.ettoday.net/news/20151007/575874.htm#ixzz40XBgoGc6

六、農業知識入口網

https://kmweb.coa.gov.tw/ct.asp?xItem=909273&ctNode=1580&mp=1&kpi=0&rowId=&hashid=

七、Yahoo 奇摩知識＋（電容濾波原理）

https://tw.answers.yahoo.com/question/index?qid=20071101000015KK08752

八、維基百科 麻雀

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%BA%BB%E9%9B%80

九、農藥使用資訊系統 加保扶（殺蟲劑）

http://pesticide.tactri.gov.tw/index.php?option=com_content&view=article&id=152&Itemid=53

十、The News Lens 關鍵評論

http://www.thenewslens.com/post/14177