Nông nghiệp thông minh với sự ứng dụng của internet of things (IOT)

1. Đặt vấn đề

Việt Nam là một quốc gia đang phát triển, nông nghiệp vẫn giữ vai trò quan trọng trong nền kinh tế. Tuy nhiên, sự bùng nổ của công nghệ thông tin, quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao.

Bên cạnh đó, diện tích đất bị thu hẹp do đô thị hóa, biến đổi khí hậu trong khi dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… là những thách thức rất lớn đối với sản xuất nông nghiệp nước ta.

Giải bài toán cho các vấn đề này, theo các chuyên gia, phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao là xu hướng tất yếu, là câu trả lời cho việc phát triển nền nông nghiệp nước nhà.

Nông nghiệp công nghệ cao là một nền nông nghiệp ứng dụng hợp lý những công nghệ mới, tiên tiến vào sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả, tạo bước đột phá về năng suất, chất lượng nông sản, thỏa mãn nhu cầu ngày càng cao của xã hội và bảo đảm sự phát triển nông nghiệp bền vững.

Phát triển nông nghiệp công nghệ cao, đổi mới khoa học công nghệ được coi là một trong những giải pháp then chốt, trọng tâm.

2. Giới thiệu nông nghiệp thông minh (Smart Agriculture)

1. Khái niệm về nông nghiệp thông minh

Nông nghiệp thông minh (Smart Agriculture) là lĩnh vực nông nghiệp hiện đại, nơi các công nghệ thông tin và truyền thông được tích hợp để tối ưu hóa quản lý, sản xuất, năng suất và phân phối nông sản.

Minh họa nông nghiệp thông minh

2. Lợi ích

Nông nghiệp thông minh đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và tăng cường kết nối giữa các phần tử trong ngành. Nhờ vào sự kết nối, nông nghiệp thông minh giảm chi phí tổng thể, cải thiện chất lượng và số lượng sản phẩm, đồng thời tăng tính bền vững của ngành nông nghiệp.

Qua việc theo dõi sự sinh trưởng của cây trồng và sức khỏe của vật nuôi, nông nghiệp thông minh giúp phát hiện sớm các vấn đề và nguy cơ mất năng suất. Sự tự động hóa quy trình sản xuất cũng tăng cường kiểm soát chặt chẽ và giảm lãng phí nguồn lực.

3. IoT trong Nông Nghiệp Thông Minh

1. IoT là gì?

IoT (Internet of Things) nghĩa là Internet vạn vật. Một hệ thống các thiết bị tính toán, máy móc cơ khí và kỹ thuật số hoặc con người có liên quan với nhau và khả năng truyền dữ liệu qua mạng mà không yêu cầu sự tương tác giữa con người với máy tính.

 

2. IOT trong nông nghiệp thông minh

IoT trong nông nghiệp (còn được gọi là AgriTech IoT) là một hệ thống kết nối các thiết bị có khả năng thu thập và truyền dữ liệu thông qua internet, nhằm cung cấp các giải pháp tự động hoá, tối ưu hóa quản lý và giám sát các hoạt động trong lĩnh vực nông nghiệp.

 

3. Hệ thống IoT trong nông nghiệp

Hệ thống IoT trong nông nghiệp bao gồm các thành phần chính như sau:

Thiết bị cảm biến: Bao gồm một loạt các cảm biến như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, độ pH, chất lượng nước, độ bão hòa của đất, mức độ ánh sáng, độ ẩm không khí, và các thông số khác. Các cảm biến này được đặt trực tiếp vào cây trồng hoặc được đặt trong môi trường xung quanh như trên đất, trong nước, hoặc trên thiết bị.

Thiết bị thu thập dữ liệu: Là thiết bị chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các cảm biến và chuyển dữ liệu đến hệ thống điều khiển hoặc hệ thống điều khiển trung tâm. Đây có thể là một bộ điều khiển đơn giản hoặc một máy tính nhúng.

Hệ thống điều khiển: Được sử dụng để quản lý và điều khiển các thiết bị IoT, thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu, và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thu thập được. Hệ thống này có thể được quản lý từ xa thông qua internet.

Hệ thống giám sát: Sử dụng để theo dõi trạng thái và hoạt động của các thiết bị IoT trong hệ thống, bao gồm cả cảm biến và thiết bị điều khiển. Hệ thống giám sát có thể cung cấp thông tin trực tiếp cho nhân viên quản lý hoặc được giám sát từ xa thông qua hệ thống điều khiển trung tâm.

Phần mềm phân tích dữ liệu: Được sử dụng để phân tích dữ liệu thu thập được từ các thiết bị IoT và cung cấp thông tin hữu ích như báo cáo, biểu đồ, và dự đoán cho quản lý nông nghiệp. Phần mềm phân tích dữ liệu cũng có thể được áp dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất và tăng hiệu suất sản xuất.

4. Các công nghệ IoT trong nông nghiệp

Công nghệ IoT đang được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp và đang giúp nông dân tăng cường khả năng quản lý và tối ưu hóa quá trình sản xuất.

Dưới đây là một số ứng dụng của công nghệ IoT trong nông nghiệp:

• Thiết bị cảm biến: Thiết bị cảm biến là một phần quan trọng trong hệ thống IoT trong nông nghiệp. Chúng có thể được sử dụng để giám sát nhiều thông số khác nhau trong trang trại như độ ẩm đất, nhiệt độ, độ ẩm không khí, mức độ ánh sáng, độ pH của đất và nước. Các thiết bị cảm biến này có thể được cài đặt ở nhiều vị trí khác nhau trên trang trại để giúp nông dân thu thập dữ liệu và quản lý các hoạt động trồng trọt một cách hiệu quả hơn.
• Mạng cảm biến không dây: Mạng cảm biến không dây là một phần quan trọng trong hệ thống IoT. Nó giúp nông dân kết nối các thiết bị cảm biến và thu thập dữ liệu một cách hiệu quả. Mạng cảm biến không dây có thể truyền dữ liệu từ các thiết bị cảm biến đến các thiết bị di động hoặc máy tính trung tâm để phân tích và xử lý dữ liệu.
• Các hệ thống quản lý nước: Công nghệ IoT có thể được sử dụng để quản lý nước trong nông nghiệp. Nó giúp nông dân giám sát lượng nước được sử dụng và tối ưu hóa việc tưới cây, từ đó giảm thiểu lãng phí nước.
• Tự động hóa quá trình sản xuất: Công nghệ IoT có thể được sử dụng để tự động hóa quá trình sản xuất. Chẳng hạn, nó có thể giúp nông dân kiểm soát lượng phân bón và thuốc trừ sâu được sử dụng, từ đó giảm thiểu lượng hóa chất được sử dụng và tăng hiệu quả sản xuất.
• Phân tích dữ liệu: Dữ liệu là một phần quan trọng của công nghệ IoT trong nông nghiệp. Dữ liệu được thu thập từ các thiết bị cảm biến và các thiết bị khác có thể được sử dụng để phân tích và tối ưu hóa quá trình sản xuất. Nông dân có thể sử dụng các công cụ phân tích dữ liệu để đưa ra các quyết định dựa trên dữ liệu thu thập được từ các thiết bị IoT. Các hệ thống phân tích dữ liệu cũng có thể giúp nông dân phát hiện các vấn đề và giải quyết chúng kịp thời, giúp tăng hiệu quả sản xuất và giảm thiểu chi phí.
• Truy xuất nguồn gốc sản phẩm: Công nghệ IoT có thể được sử dụng để giúp nông dân truy xuất nguồn gốc sản phẩm. Chẳng hạn, các thiết bị cảm biến có thể giúp giám sát quá trình sản xuất của các cây trồng, từ đó giúp nông dân theo dõi chất lượng của sản phẩm. Điều này cũng giúp tăng tính minh bạch trong quá trình sản xuất và tạo độ tin cậy cho người tiêu dùng.
• Hệ thống thông báo: Công nghệ IoT cũng có thể được sử dụng để giúp nông dân nhận thông báo về các sự kiện quan trọng trong quá trình sản xuất. Chẳng hạn, các thiết bị cảm biến có thể giúp giám sát tình trạng của các cây trồng và gửi thông báo cho nông dân khi có vấn đề xảy ra. Điều này giúp nông dân đưa ra các quyết định kịp thời và giảm thiểu thiệt hại trong quá trình sản xuất.

• Lợi ích và các giá trị chính của IoT trong nông nghiệp

Sử dụng IoT trong nông nghiệp có nhiều lợi ích như sau:

1. Tăng năng suất: Hệ thống IoT giúp nông dân giảm thời gian và chi phí giám sát và quản lý sản xuất, từ đó tăng năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm.
2. Tối ưu chi phí: IoT giúp giảm chi phí sản xuất bằng cách giúp nông dân tối ưu hóa sử dụng tài nguyên, giảm lãng phí và nguy cơ tổn thất.
3. Nâng cao chất lượng sản phẩm: Hệ thống IoT giúp nông dân quản lý chất lượng sản phẩm, giúp đảm bảo chất lượng và tăng giá trị thương mại của sản phẩm.
4. Bảo vệ môi trường và tiết kiệm tài nguyên : IoT giúp giảm sử dụng hóa chất và tài nguyên, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
5. Tạo ra một mô hình kinh doanh mới trong lĩnh vực phát triển nông nghiệp.

• Thách thức và đối mặt trong triển khai IoT

Tuy nhiên, việc triển khai IoT trong nông nghiệp vẫn đang đối mặt với một số thách thức, bao gồm:

1. Chi phí: Sử dụng các thiết bị IoT và triển khai hệ thống tương tác đòi hỏi chi phí đầu tư ban đầu khá lớn. Điều này có thể là một trở ngại đối với các nông dân và doanh nghiệp nhỏ.
2. Sự phức tạp: Việc triển khai IoT trong nông nghiệp đòi hỏi sự phức tạp trong việc kết nối các thiết bị, quản lý dữ liệu và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thu thập được.
3. Bảo mật: Dữ liệu được thu thập và chia sẻ thông qua các thiết bị IoT có thể gặp phải nguy cơ bị lộ thông tin hoặc tấn công mạng, gây thiệt hại đến nông nghiệp và doanh nghiệp.

5. Các ứng dụng của IOT trong nông nghiệp thông minh

Nông nghiệp thông minh dựa trên nền tảng IoT đóng một vai trò quan trọng trong việc cách mạng hóa các phương pháp canh tác bảo thủ. Nó nhắm mục tiêu các phương pháp tiếp cận nông nghiệp như nông nghiệp hữu cơ, canh tác gia đình và thúc đẩy canh tác minh bạch cao.

Một số ứng dụng chính của nông nghiệp thông minh dựa trên IoT chuyển đổi ngành nông nghiệp là;

1. Canh tác chính xác

Còn được gọi là nông nghiệp chính xác, canh tác chính xác liên quan đến tất cả các thành phần làm cho toàn bộ quy trình nông nghiệp trở nên chính xác và dễ kiểm soát khi nói đến trồng trọt và chăn nuôi. Thành phần chính của kỹ thuật canh tác này là việc sử dụng Công nghệ thông tin và nhiều công nghệ khác như cảm biến, robot, phương tiện tự động hóa, hệ thống điều khiển, phần cứng tự động, công nghệ tốc độ thay đổi, v.v.

 

Nông nghiệp chính xác

2. Phân tích dự báo cho nông nghiệp thông minh

Nông nghiệp chính xác và nghiệp vụ phân tích số liệu đưa ra dự báo luôn đi song hành với nhau. Trong khi kỹ thuật IoT và các dạng thức cảm biến là hợp phần cung cấp số liệu thời gian thực vô cùng quan trọng, thì các ứng dụng phân tích sâu số liệu thu được sẽ giúp cho người quản lý và nông dân sử dụng chúng một cách hiệu quả, đặc biệt với những thông tin dự báo như: thời điểm canh tác, thời điểm thu hoạch, rủi ro tiềm tàng bởi sâu bệnh, tổng sản lượng thu hoạch, thời gian cần cho thu hoạch, tối ưu hóa sau thu hoạch.

 

Phân tích dự báo cho nông nghiệp thông minh

3. Máy bay không người lái trong nông nghiệp thông minh

Máy bay không người lái trong nông nghiệp được sử dụng để tăng cường và tối ưu hóa các hoạt động nông nghiệp khác nhau như giám sát cây trồng, phun thuốc, phân tích đất và lập bản đồ. Trên thực tế, nông nghiệp là một trong những lĩnh vực chính được sử dụng máy bay không người lái. Máy bay không người lái được trang bị cảm biến và máy ảnh được sử dụng để chụp ảnh, lập bản đồ và khảo sát các trang trại.

Kết hợp dữ liệu từ máy bay không người lái với IoT giúp nông dân đưa ra quyết định dựa trên thông tin chi tiết và thời gian thực, từ việc quản lý tài nguyên đến lên lịch canh tác.

Máy bay không người lái được ứng dụng cho nông nghiệp thông minh gồm:

1. Giám Sát Nông Trại
2. Quản Lý Nước và Tài Nguyên
3. Phân Tích Hình Ảnh Đa Chiều
4. Quản Lý Chuỗi Cung Ứng
5. Tăng Cường Hiệu Suất

 

Máy bay không người lái trong nông nghiệp

4. Giám sát chăn nuôi

Các chủ trang trại lớn sử dụng các ứng dụng IoT không dây để theo dõi vị trí vật nuôi của họ, Sức khỏe, và thể dục. Dữ liệu được thu thập bởi các thiết bị IoT cho phép những người chủ chăn nuôi này dễ dàng xác định những con vật bị bệnh và tách những con bị bệnh ra khỏi đàn để chăm sóc chúng. hơn thế nữa, cảm biến IoT giúp chủ sở hữu xác định vị trí gia súc của họ, do đó dễ dàng cắt giảm chi phí nhân công.

5. Nhà kính thông minh

Một nhà kính thông minh có thể được thiết kế với sự trợ giúp của IoT. Thiết kế này giám sát cũng như kiểm soát khí hậu một cách thông minh, loại bỏ nhu cầu can thiệp thủ công.

Các cảm biến IoT trong nhà kính thông minh cung cấp dữ liệu cần thiết về áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, và mức độ ánh sáng ở các khu vực xung quanh. Các cảm biến IoT này sử dụng tín hiệu Wi-Fi để điều khiển mọi thứ trong nhà kính, từ quản lý nhiệt độ bằng cách mở cửa sổ đến bật và tắt đèn.

 

 

IoT trong nhà kính thông minh

6. Robotics trong nông nghiệp

Robotics trong nông nghiệp, còn được gọi là "nông nghiệp thông minh" hoặc "nông nghiệp 4.0", là một lĩnh vực ngày càng phát triển nhanh chóng. Các công nghệ robot và tự động hóa được tích hợp vào quy trình sản xuất nông nghiệp để tăng cường hiệu suất, giảm chi phí và đáp ứng những thách thức ngày càng tăng của ngành nông nghiệp. Robot có thể được trang bị camera và cảm biến để nhận diện các vấn đề như bệnh tật hoặc sâu bệnh.

Kết hợp giữa Robotics và IoT mang lại cơ hội lớn để nâng cao tự động hóa trong nông nghiệp, từ việc quản lý cây trồng đến quá trình thu hoạch và chuỗi cung ứng, giúp nâng cao hiệu quả và bền vững của ngành nông nghiệp.

Dưới đây là một số ứng dụng và lợi ích chính của việc sử dụng Robotics IoT trong nông nghiệp:

1. Tự động hóa công việc nông nghiệp
2. Quản lý tổ hợp Robot
3. Sử dụng dữ liệu thời gian thực
4. Giảm lãng phí và tối Ưu hóa tài nguyên

 

Ứng dụng Robotics trong nhà kính

7. Giám sát điều kiện khí hậu

Khí hậu là yếu tố cần thiết trong sản xuất cây trồng. Để các loại cây trồng khác nhau phát triển, họ yêu cầu các điều kiện khí hậu khác nhau. Một nông dân có thể sử dụng các giải pháp IoT để xác định điều kiện thời tiết theo thời gian thực. Các bộ cảm biến được gắn trong các cánh đồng nông nghiệp thu thập dữ liệu từ xung quanh để giúp nông dân biết một loại cây trồng có thể cho năng suất cao hơn khi được trồng trong các điều kiện khí hậu nhất định.

 

 

8. QR Code – Nông nghiệp thông minh

Công nghệ QR có tiềm năng lớn trong ngành nông nghiệp. Sự kết hợp giữa mã QR và nông nghiệp thông minh có thể mang lại nhiều lợi ích, từ quản lý hiệu quả đến cung cấp thông tin chi tiết và tạo ra một liên kết chặt chẽ hơn giữa người tiêu dùng và nguồn gốc sản phẩm nông nghiệp. QR Code với các ứng dụng cụ thể trong nông nghiệp thông minh như sau:

1. Theo dõi nguồn gốc
2. Thông tin về sản phẩm
3. Quản lý vận chuyển và lưu kho
4. Nâng cao hiệu quả nông nghiệp
5. Tiếp cận thông tin nông nghiệp
6. Quảng cáo và tiếp thị

 

Ứng dụng QR – Code truy xuất nguồn gốc sản phẩm

9. KIKAI SOLUTION với Nông nghiệp thông minh

Sản phẩm ứng dụng của Công ty Cổ phần Giải pháp KIKAI - KIKAI Solution trong lĩnh vực IoT cho Nông nghiệp thông minh: Giải pháp Kikai IOT

Sản phầm của công ty đáp ứng các nhu cầu của việc giám sát và điểu khiển: nhiệt độ, độ ẩm đất, mức độc cắt xén cũng như trạng thái tưới tiêu có thể áp dụng và theo dõi trên nhiều địa điểm khác nhau dựa trên thời gian thực.

Bên cạnh đó, từ việc theo dõi có thể đưa ra các cảnh bảo cũng nhưng thông báo cho người dùng về trạng thái các địa điểm nông nghiệp thông minh cần được theo dõi.

Sản phấm của Công ty đã đem lại giá trị cụ thể nhằm nâng cao năng suất, tối ưu hóa tài nguyên, sức người trong canh tách và quản lý nông nghiệp, ứng dụng công nghê cao trong nông nghiệp. Bước đầu, nâng cao giá trị nông sản, đáp ứng GIẢI PHÁP CHUYỂN ĐỔI SỐ TOÀN DIỆN cho nền nông nghiệp nước nhà. Từ đó, không ngừng chuyển đổi, xây dựng mô hình nông nghiệp mới thông minh, phát triển bền vững.

Sau đây mà một số hình minh họa cho sản phẩm của Công ty Cổ phần Giải pháp KIKAI trong Nông nghiệp thông minh:

 

Theo dõi các trang thái trên 1 Silo A trên thời gian thực

 

Theo dõi nhiều Silo cùng một lúc

 

Theo dõi độ ấm đất mà mức độ tiêu thụ nước trên một diện tích nông nghiệp cụ thể.

Bên cạnh đó Công ty Cổ phần Giải pháp Kikai - Kikai Solution: Xây dựng và phát triển thành công phần mềm KIKAI IoT FACTORY – phầm mềm đa nền tảng, đa chức năng, đa ứng dụng, điều khiển thông minh, cấu hình thời gian thực, giám sát thời gian thực đặc biệt là gần gũi mà dễ sử dụng cho người nông dân.
Phần mềm sẽ là phần mềm triển vọng và sẽ hỗ trợ rất lớn trong lĩnh vực Nông nghiệp thông minh trong việc quản lý máy móc, giám sát năng lượng, giám sát nông nghiệp.

 

 

6. Kết Luận

Trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, nông nghiệp thông minh đã nổi lên như một xu hướng quan trọng, đặc biệt khi kết hợp với Internet of Things (IoT). Việc áp dụng công nghệ này đã mở ra một loạt các cơ hội mới cho ngành nông nghiệp, tạo ra những thay đổi sâu sắc trong cách chúng ta quản lý và sản xuất nông sản.

Việc sử dụng IoT trong nông nghiệp mang lại nhiều lợi ích và tiềm năng cho sự phát triển của ngành nông nghiệp. Tuy nhiên, việc triển khai IoT trong nông nghiệp đòi hỏi sự đầu tư và sự phức tạp trong việc kết nối thiết bị, quản lý dữ liệu và bảo mật thông tin. Với sự phát triển của công nghệ IoT và sự hỗ trợ từ các tổ chức và chính phủ, việc sử dụng IoT trong nông nghiệp sẽ tiếp tục được phát triển và mở ra nhiều cơ hội cho nông dân và doanh nghiệp trong ngành nông nghiệp.