Lợi ích và ứng dụng của IoT trong nông nghiệp

Theo Liên Hợp Quốc, dân số thế giới sẽ đạt 9,7 tỷ người vào năm 2050, dẫn đến sản lượng nông nghiệp toàn cầu tăng 69% từ năm 2010 đến năm 2050. Do nhu cầu như vậy, nông dân và các công ty nông nghiệp đang chuyển sang IoT để phân tích và tăng năng lực sản xuất.

Chúng ta đang chứng kiến ​​mức độ áp dụng công nghệ chưa từng có trong nông nghiệp. Nhiều công nghệ nông nghiệp sắp ra mắt dường như rất hứa hẹn cho tương lai của ngành nông nghiệp. IoT ban đầu được coi là một công nghệ nông nghiệp mới nổi, nhưng hiện tại nó đã trở thành xu hướng chủ đạo do được sử dụng rộng rãi. Theo mô tả cơ bản nhất, IoT trong nông nghiệp chỉ đơn giản là Internet kiểm soát mọi thứ.

IoT có nghĩa là gì ?

IoT đã nổi lên như một trong những công nghệ quan trọng nhất của thế kỷ XXI trong những năm gần đây. Giờ đây, chúng ta có thể kết nối các vật dụng thông thường với Internet thông qua các thiết bị nhúng, bao gồm thiết bị nhà bếp, xe cộ, máy điều nhiệt và thiết bị giám sát trẻ em, nên việc liên lạc liền mạch giữa con người, quy trình và mọi thứ là điều có thể tưởng tượng được.

Vật chất có thể chia sẻ và thu thập dữ liệu với sự tương tác tối thiểu của con người nhờ máy tính giá rẻ, đám mây, dữ liệu lớn, phân tích và công nghệ di động. Hệ thống kỹ thuật số có thể ghi lại, giám sát và thay đổi từng tương tác giữa các thực thể được kết nối trong môi trường siêu kết nối này. Thế giới vật chất gặp gỡ thế giới kỹ thuật số và chúng hợp tác với nhau.

IoT kết nối thế giới vật lý và kỹ thuật số thông qua một loạt công nghệ. Các cảm biến, có thể theo dõi những thứ như nhiệt độ hoặc chuyển động, hoặc về cơ bản là bất kỳ thay đổi nào trong môi trường, được nhúng vào các vật thể vật lý, cũng như các bộ truyền động, nhận tín hiệu từ cảm biến và sau đó thực hiện điều gì đó để phản ứng lại những thay đổi đó. Các cảm biến và bộ truyền động giao tiếp với các hệ thống máy tính có thể theo dõi hoặc quản lý tình trạng cũng như hành động của các đối tượng và máy móc được liên kết thông qua mạng có dây (ví dụ: Ethernet) hoặc không dây (ví dụ: WiFi, mạng di động). 

Các hạng mục vật chất đang được theo dõi không cần phải được thực hiện; chúng có thể là những vật thể tự nhiên cũng như con người và động vật. Mặc dù một số tổ chức có thể có định nghĩa rộng hơn về IoT, định nghĩa của chúng tôi loại trừ các hệ thống trong đó tất cả các cảm biến nhúng chỉ được sử dụng để nhận thông tin đầu vào có chủ ý của con người, chẳng hạn như ứng dụng điện thoại thông minh nhận dữ liệu đầu vào chủ yếu thông qua màn hình cảm ứng hoặc phần mềm máy tính nối mạng khác trong trong đó các cảm biến bao gồm một bàn phím và chuột tiêu chuẩn. 

Khả năng kết nối liên tục được IoT hỗ trợ, khi kết hợp với dữ liệu và phân tích, sẽ mở ra các tùy chọn mới cho doanh nghiệp để tạo ra sản phẩm và dịch vụ đồng thời tăng hiệu quả hoạt động. Thật vậy, kể từ những năm 2010, IoT đã nổi lên như một trong những bước phát triển quan trọng nhất trong quá trình chuyển đổi kỹ thuật số của doanh nghiệp và nền kinh tế.

Ảnh minh họa

IoT trong nông nghiệp

Các giải pháp nông nghiệp thông minh IoT nhằm hỗ trợ giám sát cánh đồng cây trồng bằng cách sử dụng các cảm biến và hệ thống tưới tiêu tự động. Kết quả là nông dân và các doanh nghiệp liên kết có thể dễ dàng theo dõi điều kiện đồng ruộng từ bất kỳ địa điểm nào.

Sau đây là những ứng dụng khác nhau của IoT trong nông nghiệp:

1. Nông nghiệp và Robot

Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp những năm 1800, tự động hóa đã được cải tiến để thực hiện các nhiệm vụ ngày càng phức tạp và nâng cao sản lượng. Với nhu cầu lao động ngày càng tăng và cuộc khủng hoảng lao động toàn cầu, robot nông nghiệp, còn được gọi là Agribots, đang ngày càng được nông dân ưa chuộng. 

Sản lượng cây trồng giảm ước tính khoảng 3,1 tỷ USD mỗi năm do hạn chế về lao động chỉ riêng ở Hoa Kỳ. Robot nông nghiệp đã trở nên nổi bật nhờ những đột phá gần đây về cảm biến và công nghệ AI cho phép máy móc đào tạo trong môi trường của chúng. Chúng ta vẫn đang ở giai đoạn đầu của cuộc cách mạng robot nông nghiệp, tận dụng tối đa tiềm năng của Internet of Things trong nông nghiệp, với hầu hết các sản phẩm vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và phát triển.

2. Cảm biến trong nông nghiệp

Nông dân ngày nay sử dụng cảm biến, điện thoại thông minh và máy bay không người lái để tiến hành phân tích chuyên sâu về địa hình và tài nguyên ở vị trí dự định. Các cảm biến canh tác thông minh được đặt trên cánh đồng sẽ thu thập và truyền dữ liệu về các yếu tố môi trường khác nhau lên đám mây. Điều này cung cấp thông tin chính xác về chất lượng đất, nhiệt độ và các khía cạnh khác.

3. Máy bay không người lái nông nghiệp

Máy bay không người lái được sử dụng trong nông nghiệp để cải thiện và tối ưu hóa nhiều hoạt động nông nghiệp như giám sát cây trồng, phun thuốc, phân tích đất và lập bản đồ. Thực tế, nông nghiệp là một trong những ngành công nghiệp chính kết hợp máy bay không người lái. Máy bay không người lái có cảm biến và máy ảnh được sử dụng để chụp ảnh, lập bản đồ và khảo sát các trang trại. Có cả máy bay không người lái trên mặt đất và trên không. 

Máy bay không người lái trên mặt đất là robot di động khảo sát các cánh đồng. Máy bay không người lái là robot bay còn được gọi là máy bay không người lái (UAV) hoặc hệ thống máy bay không người lái (UAS). Máy bay không người lái có thể được vận hành từ xa hoặc tự động thông qua kế hoạch bay được điều khiển bằng phần mềm trong hệ thống nhúng của chúng, hoạt động song song với cảm biến và GPS. Dữ liệu từ máy bay không người lái có thể cung cấp thông tin về sức khỏe cây trồng, tưới tiêu, phun thuốc, trồng trọt và đất.

4. Nhà kính thông minh

Chúng có khả năng tự động sửa đổi các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, tưới nước và ánh sáng. Điều này có thể được thực hiện từ xa bằng cách sử dụng IoT và các thiết bị được kết nối, mang lại một môi trường không rắc rối, không có động vật ăn thịt, thân thiện với cây trồng.

5. Hình ảnh máy tính nông nghiệp

Hình ảnh máy tính là việc sử dụng các camera cảm biến đặt khắp trang trại hoặc máy bay không người lái được trang bị camera để tạo ra các bức ảnh phục vụ xử lý hình ảnh kỹ thuật số. Nguyên tắc cơ bản của xử lý ảnh số là sử dụng các thuật toán máy tính để xử lý ảnh đầu vào. 

Quá trình xử lý hình ảnh kiểm tra các bức ảnh ở nhiều cường độ quang phổ khác nhau, chẳng hạn như tia hồng ngoại, phân tích hình ảnh được thu thập theo thời gian và phát hiện các điểm bất thường, đánh giá các biến giới hạn và hỗ trợ cải thiện quản lý trang trại.

6. Quản lý cây trồng bao gồm

Luân canh, quản lý và giám sát cây trồng có thể được hỗ trợ bởi dữ liệu về tăng trưởng cây trồng, các dị thường, sức khỏe cây trồng, lượng mưa, độ ẩm và điều kiện khí hậu. Công nghệ quản lý cây trồng có thể thay đổi cuộc chơi cho nông dân, khiến các quyết định của họ có lợi hơn.

Lợi ích của IoT trong Nông nghiệp

Việc triển khai Internet of Things trong nông nghiệp, giống như trong các ngành công nghiệp khác, hứa hẹn mang lại hiệu quả không thể đạt được, giảm tài nguyên và chi phí, tự động hóa và các quy trình dựa trên dữ liệu. Tuy nhiên, trong nông nghiệp, những lợi ích này không mang lại tính chất nâng cấp mà là biện pháp khắc phục cho toàn bộ ngành đang phải đối mặt với nhiều khó khăn có hại.

1. Hiệu quả vượt trội

Nông nghiệp ngày nay là một cuộc đua. Nông dân phải sản xuất nhiều sản phẩm hơn khi đối mặt với tình trạng đất bạc màu, giảm lượng đất sẵn có và biến động thời tiết gia tăng. Nông dân có thể theo dõi sản phẩm và điều kiện của họ trong thời gian thực nhờ nền nông nghiệp hỗ trợ IoT. Họ có được những hiểu biết sâu sắc một cách nhanh chóng, có thể xác định những thách thức trước khi chúng xảy ra và đưa ra những đánh giá sáng suốt về cách tránh chúng. Ngoài ra, các giải pháp IoT trong nông nghiệp còn áp dụng tự động hóa, chẳng hạn như tưới tiêu, bón phân và thu hoạch bằng robot theo nhu cầu.

2. Sự mở rộng quá trình sản xuất

70% dân số thế giới sẽ sống ở các thành phố vào thời điểm chúng ta đạt 9 tỷ người. Các nhà kính và hệ thống thủy canh dựa trên IoT cho phép chuỗi cung ứng thực phẩm ngắn hơn và có thể cung cấp cho những người này trái cây và rau quả tươi. Hệ thống nông nghiệp khép kín thông minh cho phép thực phẩm được trồng hầu như ở mọi nơi—trong siêu thị, trên tường và mái nhà của các tòa nhà, trong các container vận chuyển và tất nhiên là trong sự thoải mái ngay tại nhà của mọi người.

3. Quy trình sạch hơn

Nông nghiệp thông minh sử dụng IoT là một cách tiếp cận thực sự để cắt giảm việc sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón. Canh tác chính xác không chỉ tiết kiệm nước và năng lượng cho nông dân, đồng thời làm cho việc canh tác trở nên thân thiện với môi trường hơn mà còn giảm đáng kể việc tiêu thụ thuốc trừ sâu và phân bón. Khi so sánh với các quy trình canh tác thông thường, chiến lược này mang lại sản phẩm cuối cùng sạch hơn và hữu cơ hơn.

4. Linh hoạt hơn

Tính linh hoạt trong vận hành được nâng cao là một trong những lợi thế của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp. Nông dân có thể nhanh chóng ứng phó với bất kỳ thay đổi đáng kể nào về thời tiết, độ ẩm, chất lượng không khí hoặc sức khỏe của từng loại cây trồng hoặc đất trên đồng ruộng nhờ hệ thống giám sát và dự báo theo thời gian thực. Các khả năng mới hỗ trợ các chuyên gia nông nghiệp tiết kiệm cây trồng trong thời tiết biến động khắc nghiệt.

5. Cải thiện chất lượng sản phẩm

Nông nghiệp dựa trên dữ liệu hỗ trợ việc sản xuất nhiều sản phẩm tốt hơn. Nông dân có thể nắm bắt tốt hơn mối quan hệ chi tiết giữa thời tiết và chất lượng cây trồng bằng cách sử dụng cảm biến đất và cây trồng, giám sát bằng máy bay không người lái và lập bản đồ trang trại. Họ có thể tái tạo các điều kiện tối ưu và tăng giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm bằng cách sử dụng các hệ thống được kết nối.

6. Bảo tồn nước

Sử dụng dự báo thời tiết và cảm biến độ ẩm của đất, nước chỉ được sử dụng khi và ở nơi cần thiết. Cho dù bạn tin rằng mình hiểu rõ môi trường xung quanh đến mức nào thì Mẹ Thiên nhiên vẫn khó bị đánh bại. Nếu người dự báo thời tiết không chính xác thì sao? Điều gì sẽ xảy ra nếu trời không mưa khi bạn thực sự cần?

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn tưới nước khi không cần thiết? Câu trả lời rất đơn giản: bạn có thể sử dụng máy đo mưa để đo lượng mưa rơi xuống khu vườn của mình và sử dụng thông tin đó để xác định thời điểm và lượng nước cần tưới. Máy đo mưa theo dõi lượng mưa bằng cách cân những giọt nước rơi vào một bộ thu cụ thể. Một số máy đo hoạt động song song với cảm biến độ ẩm đất, đây là thiết bị phát hiện độ ẩm trong đất.

7. Giảm chi phí vận hành

Khi thuốc diệt nấm được sử dụng quá mức, chúng sẽ bị lãng phí. Bằng cách sử dụng hệ thống tự động đo nồng độ thuốc diệt nấm trong đất đều đặn trong mùa sinh trưởng, người trồng có thể sửa đổi ứng dụng của mình dựa trên dữ liệu thời gian thực. Tự động hóa quy trình có thể giảm đáng kể lượng tài nguyên tiêu thụ, lỗi của con người và chi phí tổng thể.

Nguồn: Vrinda Mathur - analyticssteps.com