Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế của nhiều quốc gia đặc biệt là Việt Nam. Để đảm bảo an ninh lương thực, cần có những thay đổi trong phương thức sản xuất và bảo quản. Nền nông nghiệp truyền thống cần được thay thế bởi nền nông nghiệp thông minh hơn. Bài viết đề cập đến vai trò của ứng dụng công nghệ thông tin trong sản nông nghiệp thông minh và đề xuất một số giải pháp phát triển nông nghiệp thông minh trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa.

1.Tổng quan về ứng dụng công nghệ thông tin trong nông nghiệp thông minh

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin (CNTT) đã ảnh hưởng sâu rộng đến tất cả các lĩnh vực của cuộc sống bao gồm cả ngành nông nghiệp vốn được xem là ngành kinh tế có vị trí chiến lược của nhiều quốc gia. Nông nghiệp truyền thống chịu ảnh hưởng nhiều từ điều kiện khách quan của môi trường sản xuất như nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng không khí, nguồn nước và các điều kiện tự nhiên khác. Sản lượng của nông nghiệp truyền thống hiện nay thấp, chất lượng nông sản không cao, nhiều khi không đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của khách hàng dẫn đến giá trị xuất khẩu giảm, giá trị thặng dư thấp. Nông nghiệp truyền thống đã và đang dần được thay thế bằng một nền nông nghiệp hiện đại hơn, tiến bộ khoa học công nghệ đang được áp dụng để nâng cao sản lượng và chất lượng.

Vai trò của ngành CNTT trong nông nghiệp đang từng bước trở nên quan trọng. Các ứng dụng CNTT cho nông nghiệp đã trở nên quen thuộc hơn và đã mang lại những hiệu quả đáng ghi nhận. Trong thập kỷ gần đây, nông nghiệp hiện đại đang chuyển dịch dần sang nông nghiệp thông minh trong đó công nghiệp cơ khí điện máy kết hợp với công nghệ thông tin tạo nên bước nhảy vọt trong sản xuất, cụ thể là tăng năng suất, chất lượng, độ an toàn và đặc biệt quan tâm đến yếu tố môi trường.

Ứng dụng CNTT trong nông nghiệp thông minh thường được chia thành ba dạng cơ bản: (1) các ứng dụng quản lý được phát triển để hỗ trợ quá trình sản xuất nông nghiệp bằng việc xây dựng một mạng lưới trao đổi thông tin các bên liên quan đến quá trình sản xuất và phân phối sản phẩm nông nghiệp [1]; (2) các hệ thống quan trắc, giám sát các thông số liên quan đến quá trình môi trường, tối ưu hóa quá trình sản xuất các sản phẩm nông nghiệp. Các hệ thống này sử dụng mạng các loại cảm biến khác nhau với số lượng lớn để thu nhận thông tin về các thông số môi trường như độ ẩm của đất, nhiệt độ và chất lượng không khí của môi trường nuôi trồng; (3) các hệ thống hỗ trợ sản xuất nông nghiệp chính xác. Các hệ thống này cho phép nhà sản xuất giám sát sản phẩm nuôi trồng theo từng giai đoạn sinh trưởng và đưa ra những kiến nghị phù hợp với từng giai đoạn và từng chủng loại.

Hệ thống quan trắc môi trường sử dụng các mạng cảm biến hiện đang được quan tâm nhiều từ các nhà nghiên cứu khác nhau. Mạng cảm biến gồm một số lượng lớn các nốt cảm biến có kích thước nhỏ và có giá thành rẻ. Các nốt cảm biến kết nối với nhau thông qua đường truyền không dây. Việc sử dụng mạng cảm biến trong quan trắc môi trường nông nghiệp mang lại những ưu điểm sau [2]: (1) không phải sử dụng dây kết nối, can thiệp của con người lên môi trường cần giám sát là không đáng kể; (2) các nốt cảm biến được thiết kế dày đặc nên dữ liệu thu nhận được có chất lượng cao; (3) các nốt cảm biến có khả năng tự thu nhận, xử lý và tương tác với các nốt cảm biến khác nên phù hợp với việc giám sát tự động. Các nghiên cứu tiêu biểu như hệ thống giám sát lúa mỳ tại Trung quốc [3], hệ thống giám sát nhà kính dựa trên mạng kết nối vạn vật [4], các hệ thống quản lý thủy lợi tự động, thông minh dựa trên mạng vạn kết kết nối [5], [6].

Hình 1: Một nốt cảm biến được sử dụng để thu nhận thông tin trong Nông nghiệp thông minh (Nguồn: Internet)

Một cách tiếp cận khác của nông nghiệp thông minh là nông nghiệp chính xác, đây được coi là thành phần chủ chốt trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Nông nghiệp chính xác, hay còn gọi là nông nghiệp vệ tinh là khái niệm quản trị nông nghiệp dựa trên những quan sát, đo đạc và điều chỉnh các thông số trực tiếp và gián tiếp tới quá trình nuôi trồng. Mục tiêu của nông nghiệp chính xác là xây dựng các hệ thống hỗ trợ ra quyết định thông minh cho người nông dân để quản trị vụ mùa của mình, tối ưu hóa quá trình được thu hoạch trong khi tiết kiệm được tối đa nguồn lực và tài nguyên.

Một số công nghệ được sử dụng trong nông nghiệp chính xác như Viễn thám (Remote Sensing), Hệ thống định vị toàn cầu (GPS), Hệ thống thông tin địa lý (GIS) [7]. Một số tổ chức tham gia nghiên cứu và triển khai các dự án liên quan đến nông nghiệp chính xác như Công ty ListenField tại Nhật Bản, công ty TNHH MIMOSA, công ty Kuji Việt Nam, Công ty cổ phần ThinkLABs đang là những công ty tiên phong về lĩnh vực này.

Mô hình nông nghiệp chính xác gắn liền với những công nghệ hiện đại về viễn thám, định vị toàn cầu và mạng vạn vật kết nối. Mô hình nông nghiệp chính xác được bắt đầu bằng việc tập hợp và phân tích các dữ liệu vệ tinh, viễn thám, ảnh chụp từ trên cao, thông tin dự báo thời tiết để đưa ra những dự đoán về mùa màng. Tiếp đó, những thông tin liên quan sẽ được số hóa, mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính để hỗ trợ đưa ra những quyết định chính xác về lịch nuôi trồng các sản phẩm nông nghiệp. Các công nghệ cao thường được ứng dụng trong nông nghiệp chính xác gồm có:

– Rô bốt: là các máy móc nông nghiệp như máy cày, máy bón phân, máy làm đất không người lái. Các máy móc này được vận hành tự động theo một kế hoạch đã được lập sẵn.

– Máy bay không người lái và ảnh vệ tinh: dùng để thu nhận thông tin về hình ảnh tại các địa điểm sản xuất nông nghiệp. Dữ liệu hình ảnh sẽ được xử lý, phân tích bằng các kỹ thuật liên quan đến trí tuệ nhân tạo để hỗ trợ đưa ra các quyết định về phương thức nuôi trồng.

– Mạng vạn vật kết nối (Internet of Things – IoT): thu nhận các thông tin liên quan đến môi trường như độ ẩm của đất, nhiệt độ, chất lượng không khí để cung cấp dữ liệu đầu vào cho hệ thống hỗ trợ quyết định. Dữ liệu thu nhận từ IoT được sử dụng để xây dựng các bản đồ tương đối chính xác về đất, về vụ mùa hoặc các mô hình của các cánh đồng nông nghiệp.

Hình 2: Hình ảnh minh họa của các công nghệ cao liên quan ứng dụng trong nông nghiệp chính xác (nguồn: Internet)

Nông nghiệp chính xác cho phép người sản xuất nông nghiệp can thiệp đến từng đối tượng trong sản xuất thay vì toàn bộ hệ thống nông nghiệp. Với những hỗ trợ của các chuyên gia nông nghiệp, hệ thống hỗ trợ sản xuất nông nghiệp chính xác có thể đưa ra những quyết định phù hợp với quá trình sinh trưởng của đối tượng sản xuất. Người sản xuất có thể kiểm soát được thời gian thu hoạch các sản phẩm nông nghiệp, có thể kiểm soát tốt thời gian hoạt động của các trang trại, kết nối được với cộng đồng và tối ưu hóa được chi phí sản xuất, tăng cường lợi nhuận

2. Giải pháp ứng dụng CNTT trong sản xuất nông nghiệp thông minh tại Thanh Hóa

Nông nghiệp Thanh Hóa đã có những dấu hiệu chuyển mình với việc đưa công nghệ cao vào sản xuất và đã có những kết quả tương đối khả quan. Tuy nhiên các mô hình sản xuất nông nghiệp công nghệ cao mang tính điển hình và chỉ dừng lại ở việc tạo môi trường nuôi trồng tốt tăng năng suất, tăng sản lượng và chất lượng. Hiện tại, đã có một vài tổ chức, cá nhân áp dụng CNTT vào quá trình sản xuất, tuy nhiên, hiệu quả của quá trình áp dụng này chưa được cao như mong đợi. Do chưa phát triển được một hệ thống có thể giám sát và thay đổi được các tác nhân liên quan đến sản xuất (độ ẩm trong không khí, lượng mưa, nhiệt độ…) nên các hoạt động nuôi trồng, lập kế hoạch mùa vụ vẫn phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết và thiên nhiên. Chưa có nhiều giải pháp cho các sản phẩm nuôi trồng trái vụ, chất lượng cao.

Để có được một nền nông nghiệp thông minh, tỉnh Thanh Hóa cần tập trung phát triển một mô hình nông nghiệp đồng bộ, thống nhất mà trong đó, CNTT được xem như trung tâm của hệ thống, cung cấp các phương tiện quản lý, truyền thông và hỗ trợ ra quyết định. Hình 3 biểu diễn giải pháp nông nghiệp thông minh cho tỉnh Thanh Hóa với sự hỗ trợ của CNTT.

Hình 3: Mô hình nông nghiệp thông minh ứng dụng CNTT tại Thanh Hóa

Nông nghiệp thông minh dựa trên ứng dụng CNTT không chỉ tạo ra một kênh kết nối giữa các bên liên quan như nhà sản xuất, nhà khoa học, nhà quản lý và nhà phân phối mà còn xây dựng được một hệ thống hỗ trợ lập kế hoạch và ra quyết định tại các thời điểm phù hợp nhằm tăng năng suất và chất lượng. Hệ thống quan trắc các chỉ số môi trường sẽ cung cấp thông tin đầy đủ về môi trường trồng trọt và chăn nuôi cho nhà sản xuất. Kết hợp với kiến thức, công nghệ của nhà khoa học, hệ thống hỗ trợ nhà sản xuất đưa ra được những quyết định chính xác cho quá trình chăm sóc. Dựa vào hệ thống hỗ trợ, các nhà quản lý và hoạch định chính sách có thể đánh giá được mức độ hiệu quả của các chính sách phát triển, từ đó có cơ sở điều chỉnh cho phù hợp với tình hình thực tế. Trong nông nghiệp hiện nay, việc truy xuất nguồn gốc của sản phẩm là một vấn đề cần lưu ý. Với những dữ liệu được lưu trữ trong quá trình sản xuất, hệ thống hoàn toàn cho phép việc tra cứu thông tin về sản phẩm cũng như xây dựng được chiến lược thu mua và phân phối sản phẩm theo từng mùa vụ.

Định hướng phát triển nông nghiệp thông minh là một định hướng đúng đắn trong giai đoạn hiện nay. Cùng với sự phát triển của CNTT, việc xây dựng một nền nông nghiệp thông minh cho tỉnh Thanh Hóa là tương đối khả thi trong điều kiện hiện nay. Tuy nhiên, cần có sự thống nhất cao về mặt chủ trương và có những chính sách phù hợp nhằm thúc đẩy việc phát triển những giải pháp công nghệ cho sản xuất nông nghiệp. Bên cạnh đó, cần có những ưu đãi tích cực cho những cá nhân, công ty công nghệ đã và đang phát triển các giải pháp về nông nghiệp thông minh.

Tiến sỹ Nguyễn Thế Cường
co-author: cử nhân Nghia Tran
Bộ phận Nghiên cứu và Phát triển công ty ThinkLabs

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]     Viettel, “Agri.ONE – Nông nghiệp điện tử, kết nối 4 Nhà,” 2014.

[2]     Y. Zhu, J. Song, and F. Dong, “Applications of Wireless Sensor Network in the agriculture environment monitoring,” Procedia Eng., vol. 16, pp. 608–614, 2011.

[3]     Z. Liqiang, Y. Shouyi, L. Leibo, Z. Zhen, and W. Shaojun., “A Crop Monitoring System Based on Wireless Sensor Network,” Procedia Environ. Sci., vol. 11, pp. 558–565, 2011.

[4]     G. N. Kodandaramaiah and K. V, “Cloud IoT Based Greenhouse Monitoring System,” Int. J. Eng. Res. Appl., vol. 5, no. 10, pp. 35–41, 2015.

[5]     B. Khelifa and D. Amel, “Smart Irrigation Using Internet of Things,” Fourth Int. Conf. Futur. Gener. Commun. Technol., vol. 6, no. November, pp. 91–96, 2015.

[6]     P. Rajalakshmi and S. Devi Mahalakshmi, “IOT based crop-field monitoring and irrigation automation,” Proc. 10th Int. Conf. Intell. Syst. Control. ISCO 2016, vol. 4, no. 19, 2016.

[7]     S. M. Abd El-Kader and B. M. Mohammad El-Basioni, “Precision farming solution in Egypt using the wireless sensor network technology,” Egypt. Informatics J., vol. 14, no. 3, pp. 221–233, 2013