Nông nghiệp là trọng tâm của phát triển bền vững. Nó có ý nghĩa đa dạng đối với các chuỗi cung ứng thực phẩm và công nghiệp và quản lý nguồn nước hiệu quả. Với những tác động bất lợi của biến đổi khí hậu và nhu cầu ngày càng tăng đối với sản lượng nông nghiệp, việc tận dụng các công nghệ như IoT, AI / ML, di động và đám mây để cải thiện sản lượng nông nghiệp là cấp thiết. Nông nghiệp thông minh thể hiện ở khía cạnh tối ưu hóa tưới tiêu, giám sát tình trạng đất, ước tính năng suất, giám sát vật nuôi và phát hiện dịch bệnh. Với công suất cực thấp, tốn ít điện năng, các thiết bị cảm biến, công nghệ lớp thiết bị cũng đã phát triển để cung cấp các đầu vào dữ liệu cảm biến đa dạng trên toàn bộ trang trại vào thiết bị tới đường ống dẫn dữ liệu đám mây.

Hiểu và giải quyết các thách thức

Các lý do cho việc áp dụng công nghệ thấp bắt nguồn từ các tầng của công nghệ nông nghiệp.

• Khả năng kết nối dữ liệu không dây (chủ yếu là di động) bị hạn chế ở rìa xa trải rộng trên một khu vực rộng lớn – đất nông nghiệp ở vùng sâu vùng xa, chủ yếu là ở các vùng nông thôn. Các kết nối điểm cuối không dây băng thông cao rất hiếm, do thiếu cơ sở hạ tầng và đầu tư. Việc triển khai các cổng biên phức tạp cũng tốn kém chi phí, xem xét phạm vi trên mỗi cổng và khu vực cần được bao phủ.
• Ngân sách điện năng tối thiểu có thể hạn chế phạm vi hoạt động, tần số, công suất tính toán và tuổi thọ của cảm biến. Thực thi một khối lượng công việc – cho dù là cảm biến, điều khiển dựa trên quy tắc hay tính toán, đều cần năng lượng. Các thiết bị Edge thường sử dụng pin. Tuy nhiên, người ta cần phải cân bằng một số lượng lớn các cảm biến nhỏ bé để được triển khai trong một khu vực rộng lớn trong phạm vi với đặc điểm kỹ thuật của pin sẽ được sử dụng (xem xét hiệu quả chi phí). Mặc dù các thiết bị IoT không tốn pin gần đây đã được phát triển với các công nghệ thu hoạch năng lượng như li-fi, nhưng nó vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trên quy mô và chi phí.
• Các điều kiện thời tiết đầy thách thức như mưa, gió, sương mù, nắng nóng và tuyết ảnh hưởng đến độ tin cậy và độ chính xác của luồng dữ liệu trong quá trình chụp cũng như chuyển động. Cảm biến ghi lại các thông số môi trường ngoài trời cần phải có phạm vi hoạt động rộng với nhiệt độ môi trường xung quanh, lượng mưa, độ ẩm, khả năng hiển thị và gió. Điều này có thể ảnh hưởng đến cảm biến cũng như độ chính xác của đường truyền.

Khi công nghệ kỹ thuật số phát triển và trở nên dễ tiếp cận hơn với các tập đoàn, hợp tác xã và nông dân, sẽ có một sự thúc đẩy đối với nhà kính thông minh, canh tác chính xác và nhà kho được kết nối trong lĩnh vực nông nghiệp. Khi dân số và đô thị hóa tăng lên, chúng ta thấy nhu cầu lương thực tăng lên đáng kể (tăng trưởng 70% vào năm 2050) và giảm diện tích đất nông nghiệp. Năng suất và giá cả nông sản tăng cao tạo ra lợi nhuận từ các sáng kiến công nghệ cho phần lớn các cơ sở nông nghiệp.

Giải pháp công nghệ

Các công nghệ thường là cốt lõi của các giải pháp nông nghiệp thông minh bao gồm:
IoT cho kết nối cạnh và truyền dữ liệu đo xa cảm biến qua nhiều giao thức tầm ngắn (mở cũng như độc quyền).

• AI / ML để phân tích dựa trên tầm nhìn của nguồn cấp dữ liệu máy ảnh từ máy bay không người lái.
• Tính di động cho người dùng cuối, các ứng dụng kỹ thuật viên để báo cáo dữ liệu, tự động hóa quy trình làm việc.
• Đám mây cho các nền tảng ứng dụng phân tích và quản lý dữ liệu cảm biến.

Những công nghệ này được tận dụng trong các trường hợp sử dụng như:

• Giám sát đất – Theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của đất định kỳ để giữ chúng trong ngưỡng khuyến nghị là điều cần thiết cho các phương pháp canh tác chính xác. Có thể đạt được điều đó bằng cách sử dụng các đầu dò cảm biến được chôn giấu để truyền dữ liệu đo từ xa tới các bộ định tuyến hoặc cổng được triển khai trong trang trại. Quản lý hoạt động tưới nước và trồng trọt dựa trên điều kiện hiện tại và xu hướng trong quá khứ giúp đảm bảo đủ nước cho sự phát triển của cây trồng, cung cấp hiệu quả các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước trong phân và phân bón, do đó tối đa hóa năng suất. Nhiệt độ đất ảnh hưởng lớn đến sự khoáng hóa của các nguyên tố thiết yếu như nitơ cần thiết cho sự phát triển và hô hấp của rễ.
• Giám sát môi trường – Giám sát thường xuyên dựa trên cảm biến đối với nhiệt độ bề mặt không tiếp xúc xung quanh hạt đã nảy mầm là rất quan trọng để đảm bảo các điều kiện thích hợp cho sự phát triển của cây non. Ngay cả đối với những cây đã phát triển đầy đủ mang hoa và quả, việc đảm bảo nhiệt độ nhất định xung quanh thân cây để chồi phát triển khỏe mạnh thành hoa và sau đó là quả trở nên quan trọng để tối đa hóa năng suất. Nhiều loại cây trồng và thực vật cần nhiều ánh sáng mặt trời để phát triển. Có thể triển khai các cảm biến ánh sáng để đánh giá các mảnh đất trong trang trại nơi những hạt giống đó được trồng.
• Phát hiện sâu bệnh và cỏ dại – Công nghệ tầm nhìn trên các phương tiện tự hành như máy bay không người lái được sử dụng để phát hiện tỷ lệ cỏ dại che phủ trong trang trại, xác định các ô vượt ngưỡng và theo đó quản lý nhân lực canh tác để loại bỏ cỏ dại. Điều quan trọng là phải đảm bảo rằng các yếu tố đầu vào như nước, các chất dinh dưỡng thiết yếu trong phân, phân bón và ánh sáng mặt trời, được sử dụng cho cây trồng. Có thể phát hiện các loài gây hại dưới dạng nấm và côn trùng làm giảm năng suất cây trồng, thông qua các hoạt động công nghệ thị giác máy tính sâu như phân đoạn ngữ nghĩa, phân loại hình ảnh và giám sát đối tượng.
• Giám sát vật nuôi – Theo dõi vị trí dựa trên cảm biến và định vị địa lý cùng với việc theo dõi các chỉ số cơ thể (ví dụ: nhiệt độ) đảm bảo số lượng chính xác và sức khỏe của vật nuôi được quản lý. Đo lường và giám sát các điều kiện xung quanh trong các khu vực sống giúp đảm bảo vệ sinh, an toàn và phúc lợi tổng thể. Sau đó, các sản phẩm từ sữa (sữa, trứng) và thịt từ động vật khỏe mạnh đảm bảo sản lượng nông nghiệp cao.
• Giám sát sản phẩm được lưu trữ – Sản phẩm thu hoạch thường cần được bảo quản gần trang trại do các yếu tố thời tiết, hậu cần và thị trường. Thời hạn sử dụng của sản phẩm được lưu trữ được xác định bởi các yếu tố như nhiệt độ bên ngoài và bên trong của thùng bảo quản và vật chứa, mức độ ẩm và tốc độ luồng không khí, bảo quản và cường độ ánh sáng. Có thể đạt được việc giám sát các thông số này và duy trì chúng ở các mức cụ thể đối với cây trồng đã thu hoạch được lưu trữ bằng cách sử dụng công nghệ IoT, di động, phân tích và đám mây.

Các trường hợp sử dụng trên cho thấy rằng các công nghệ kỹ thuật số này có tiềm năng chuyển đổi chuỗi giá trị nông nghiệp trong suốt vòng đời cây trồng. Nếu được sử dụng ở quy mô một cách có trách nhiệm, những công nghệ này có thể góp phần đạt được nhiều Mục tiêu Phát triển Bền vững (Sustainable Development Goals – SDG) trên toàn cầu.

Theo: https://www.einfochips.com/