Ứng dụng IoT trong nông nghiệp vô cùng đa dạng và hữu dụng, lợi cả cho con người lẫn môi trường (Nguồn: libelium).

Chuyển đổi số là xu hướng tất yếu trong nông nghiệp

Với sự chấp nhận ngày càng tăng của Internet of Things (Internet vạn vật hay IoT), các thiết bị được kết nối đã thâm nhập vào mọi khía cạnh của cuộc sống, từ sức khỏe, tự động hóa gia đình, ô tô và hậu cần, cho đến thành phố thông minh, IoT công nghiệp và nay có thêm IoT trong nông nghiệp. Nông nghiệp đã chứng kiến ​​một số chuyển đổi lớn nhờ công nghệ. Bằng cách sử dụng các tiện ích nông nghiệp thông minh, nông dân đã kiểm soát tốt hơn quá trình chăn nuôi và trồng trọt, giúp dễ dự đoán hơn và nâng cao hiệu quả canh tác. Theo thống kê, năm 2020, thị phần cho IoT trong nông nghiệp thế giới đã đạt 5,6 tỷ USD.

Bằng cách sử dụng các cảm biến IoT để thu thập các số liệu về môi trường và máy móc, nông dân có thể đưa ra quyết định sáng suốt, cải thiện mọi khía cạnh công việc đồng áng, từ chăn nuôi đến trồng trọt. Ví dụ, bằng cách sử dụng các cảm biến nông nghiệp thông minh giúp theo dõi trạng thái của cây trồng, nông dân có thể xác định chính xác lượng thuốc trừ sâu và phân bón mà họ phải sử dụng để đạt được hiệu quả tối ưu. Điều này cũng áp dụng cho định nghĩa canh tác thông minh.

Mặc dù IoT nông nghiệp thông minh, cũng như IoT công nghiệp nói chung, không phổ biến như các thiết bị kết nối của người tiêu dùng nhưng thị trường vẫn rất sôi động. Việc áp dụng các giải pháp IoT cho nông nghiệp tại Israel không ngừng phát triển. Cụ thể, COVID-19 đã có tác động tích cực đến IoT trong thị phần nông nghiệp. Sự gián đoạn trong chuỗi cung ứng và sự thiếu hụt lao động có trình độ đã đẩy CAGR (tốc độ tăng trưởng hằng năm kép) của nó lên 9,9%. Trên thực tế, theo các báo cáo gần đây, thị phần khung thông minh dự kiến ​​đạt 6,2 tỷ USD vào năm 2021. Đồng thời, quy mô thị trường nông nghiệp thông minh toàn cầu dự kiến ​​sẽ tăng gấp ba lần vào năm 2025, đạt 15,3 tỷ USD (so với hơn 5 tỷ USD một chút vào năm 2016).

Năm 2020, thị phần cho IoT trong nông nghiệp thế giới đã đạt 5,6 tỷ USD. (Nguồn:TET).

Do thị trường vẫn đang phát triển, còn rất nhiều cơ hội cho các doanh nghiệp sẵn sàng tham gia. Việc xây dựng các sản phẩm IoT cho nông nghiệp trong những năm tới có thể giúp mọi mọi nhà nông trở thành người áp dụng sớm và mở đường dẫn tới thành công. Công nghệ và IoT có tiềm năng biến đổi nền nông nghiệp về nhiều mặt. Cụ thể, 5 cách IoT có thể cải thiện, định hình nền nông nghiệp thế giới trong tương lai như sau:

Một, dữ liệu, hàng tấn dữ liệu, được thu thập bởi các cảm biến nông nghiệp thông minh, ví dụ: điều kiện thời tiết, chất lượng đất, tiến độ phát triển của cây trồng hoặc sức khỏe của gia súc. Dữ liệu này có thể được sử dụng để theo dõi trạng thái kinh doanh của trang trại nói chung cũng như hiệu suất của nhân viên, hiệu quả thiết bị...

Hai, kiểm soát tốt hơn các quy trình nội bộ và kết quả là giảm rủi ro sản xuất. Khả năng thấy trước sản lượng sản xuất cho phép chúng ta lập kế hoạch để phân phối sản phẩm tốt hơn. Nếu biết chính xác số lượng cây trồng sẽ thu hoạch, chúng ta có thể đảm bảo rằng sản phẩm làm đến đâu bán hết đến đó không lo tồn kho hay không bán được.

Ba, quản lý chi phí và giảm lãng phí nhờ tăng cường kiểm soát sản xuất. Có thể nhìn thấy bất kỳ sự bất thường nào trong sự phát triển của cây trồng hoặc sức khỏe của vật nuôi, từ đây giúp giảm thiểu rủi ro tác động tới năng suất nông nghiệp.

Bốn, tăng hiệu quả kinh doanh thông qua tự động hóa quy trình. Bằng cách sử dụng các thiết bị thông minh, chúng ta có thể tự động hóa nhiều quy trình trong chu kỳ sản xuất của mình, ví dụ tưới tiêu, bón phân, hoặc phòng trừ sâu bệnh. Và năm, nâng cao chất lượng và khối lượng sản phẩm. Kiểm soát tốt hơn quá trình sản xuất và duy trì các tiêu chuẩn cao hơn về chất lượng cây trồng và khả năng tăng trưởng thông qua tự động hóa. Kết quả, tất cả các yếu tố này cuối cùng có thể dẫn đến doanh thu cao hơn.

Công nghệ và IoT có tiềm năng biến đổi nền nông nghiệp về nhiều mặt, giúp doanh thu tăng cao hơn. (Nguồn: Businessinsider).

8 cách ứng dụng IoT thành công trong nông nghiệp của Israel

1. Giám sát các điều kiện khí hậu

Có lẽ các tiện ích nông nghiệp thông minh phổ biến nhất là các trạm thời tiết, kết hợp các cảm biến canh tác thông minh khác nhau. Nằm trên toàn lĩnh vực, họ thu thập nhiều dữ liệu khác nhau từ môi trường và gửi lên đám mây. Các phép đo được cung cấp có thể được sử dụng để lập bản đồ điều kiện khí hậu, chọn cây trồng thích hợp và thực hiện các biện pháp cần thiết để nâng cao năng lực của chúng (tức là canh tác chính xác).

Các thiết bị IoT dùng cho giám sát các điều kiện khí hậu trong nông nghiệp của Israel sản xuất hoạt động rất hiệu quả như allMETEO, Smart Elements và Pycno.

2. Tự động hóa nhà kính

Thông thường, nông dân sử dụng biện pháp can thiệp thủ công để kiểm soát môi trường nhà kính. Tại Israel, việc sử dụng các cảm biến IoT cho phép họ nhận được thông tin thời gian thực chính xác về các điều kiện nhà kính như ánh sáng, nhiệt độ, điều kiện đất và độ ẩm. Ngoài việc tìm nguồn dữ liệu môi trường, các trạm thời tiết có thể tự động điều chỉnh các điều kiện để phù hợp với các thông số đã cho. Cụ thể, các hệ thống tự động hóa trong nhà kính sử dụng một nguyên tắc tương tự.

Ví dụ, Farmapp và Growlink cũng là các sản phẩm nông nghiệp IoT cung cấp các khả năng như vậy trong số những sản phẩm khác. Hay GreenIQ cũng là một sản phẩm thú vị sử dụng cảm biến nông nghiệp thông minh. Nó là một bộ điều khiển vòi phun nước thông minh cho phép bạn quản lý hệ thống tưới tiêu và chiếu sáng của mình từ xa. Với bộ điều khiển tưới cây thông minh GreenIQ, bạn sẽ tiết kiệm đến 50% hóa đơn tiền nước ngoài trời.

Hệ thống cảm biến nông nghiệp thông minh GreenIQ (Nguồn: Easternpeak).

3. Quản lý cây trồng

Thêm một loại sản phẩm IoT trong nông nghiệp và một yếu tố khác của canh tác chính xác là các thiết bị quản lý cây trồng. Cũng giống như các trạm thời tiết, chúng nên được đặt tại hiện trường để thu thập dữ liệu cụ thể về canh tác cây trồng; từ nhiệt độ và lượng mưa đến tiềm năng nước của lá và sức khỏe tổng thể của cây trồng.

Nhờ sản phẩm này, nông dân Israel có thể theo dõi sự phát triển của cây trồng và bất kỳ sự bất thường nào để ngăn ngừa hiệu quả bất kỳ bệnh hoặc sự xâm nhập nào có thể gây hại cho năng suất của bạn. Arable và Semios có thể là những sản phẩm tiêu biểu để quản lý cây trồng được người Israel ứng dụng thành công, giúp nông dân tăng chuỗi giá trị nông sản và thực phẩm tối ưu hóa các quyết định, nâng cao hiệu quả và mang lại mức độ bền vững cao hơn..

4. Giám sát và quản lý gia súc

Cũng giống như giám sát cây trồng, có các cảm biến nông nghiệp IoT có thể được gắn vào động vật trong trang trại để theo dõi sức khỏe và ghi nhật ký hoạt động của chúng. Theo dõi và giám sát vật nuôi giúp thu thập dữ liệu về tình trạng sức khỏe, tình trạng sức khỏe và vị trí thực tế của đàn gia súc.

Ví dụ, những cảm biến như vậy có thể xác định những con vật bị bệnh để người chăn nuôi có thể tách chúng ra khỏi đàn và tránh ô nhiễm. Sử dụng máy bay không người lái để theo dõi gia súc trong thời gian thực cũng giúp nông dân giảm chi phí thuê nhân viên. Điều này hoạt động tương tự như các thiết bị IoT cho chăm sóc thú cưng.

Ví dụ, hệ giám sát và quản lý gia súc có tên SCR của Allflex và Cowlar sử dụng các cảm biến nông nghiệp thông minh (thẻ đeo cổ) để cung cấp thông tin chi tiết về nhiệt độ, sức khỏe, hoạt động và dinh dưỡng về từng cá thể bò cũng như thông tin chung về đàn bò.

Hệ giám sát và quản lý gia súc có tên SCR của Allflex (Nguồn: Easternpeak).

5. Canh tác chính xác

Còn được gọi là nông nghiệp chính xác, canh tác chính xác là tất cả về hiệu quả và đưa ra các quyết định chính xác dựa trên dữ liệu. Đây cũng là một trong những ứng dụng rộng rãi và hiệu quả nhất của IoT trong nông nghiệp và được người Israel thực hành thành công.

Bằng cách sử dụng các cảm biến IoT, nông dân Israel có thể thu thập một loạt các số liệu về mọi khía cạnh của vi khí hậu và hệ sinh thái trên đồng ruộng: ánh sáng, nhiệt độ, tình trạng đất, độ ẩm, mức CO2 và nhiễm sâu bệnh. Dữ liệu này cho phép nông dân ước tính lượng nước, phân bón và thuốc trừ sâu tối ưu mà cây trồng của họ cần, giảm chi phí và trồng trọt tốt hơn và khỏe mạnh hơn.

Ví dụ, hãng CropX xây dựng các cảm biến đất IoT đo độ ẩm của đất, nhiệt độ và độ dẫn điện cho phép nông dân tiếp cận nhu cầu riêng của từng loại cây trồng. Kết hợp với dữ liệu không gian địa lý, công nghệ này giúp tạo ra các bản đồ đất chính xác cho từng lĩnh vực. Hay hãng Mothive cung cấp các dịch vụ tương tự, giúp nông dân giảm thiểu chất thải, cải thiện sản lượng và tăng tính bền vững của trang trại.

6. Máy bay không người lái nông nghiệp

Có lẽ một trong những tiến bộ hứa hẹn nhất của agritech là việc sử dụng máy bay không người lái nông nghiệp trong canh tác thông minh. Còn được gọi là UAV (máy bay không người lái), máy bay không người lái được trang bị tốt hơn máy bay và vệ tinh để thu thập dữ liệu nông nghiệp. Ngoài khả năng giám sát, máy bay không người lái còn có thể thực hiện một số nhiệm vụ mà trước đây cần đến sức lao động của con người: trồng trọt, chống sâu bệnh và nhiễm trùng, phun thuốc nông nghiệp, giám sát mùa màng, v.v.

Ví dụ, DroneSeed chế tạo máy bay không người lái để trồng cây ở những khu vực rừng bị chặt phá. Việc sử dụng các thiết bị bay không người lái như vậy hiệu quả hơn gấp 6 lần so với sức lao động của con người. Máy bay không người lái dành cho nông nghiệp Sense Fly eBee SQ sử dụng các phân tích hình ảnh đa phương diện để ước tính sức khỏe của cây trồng và có giá cả phải chăng.

Máy bay không người lái dùng để trồng cây của DroneSeed (Nguồn:Droneseed )

7. Phân tích dự đoán cho canh tác thông minh

Nông nghiệp chính xác và phân tích dữ liệu dự đoán đi đôi với nhau. Mặc dù IoT và công nghệ cảm biến thông minh là mỏ vàng cho dữ liệu thời gian thực có liên quan cao, việc sử dụng phân tích dữ liệu giúp nông dân hiểu về nó và đưa ra các dự đoán quan trọng: thời gian thu hoạch cây trồng, rủi ro về dịch bệnh và sâu bệnh, sản lượng năng suất... Các công cụ phân tích dữ liệu giúp việc canh tác vốn dĩ phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết trở nên dễ quản lý và dễ dự đoán hơn.

Ví dụ, nền tảng Crop Performance giúp nông dân Israel tiếp cận trước khối lượng và chất lượng sản lượng, cũng như tính dễ bị tổn thương của họ trước các điều kiện thời tiết bất lợi, chẳng hạn như lũ lụt và hạn hán. Nó cũng cho phép nông dân tối ưu hóa việc cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho từng loại cây trồng và thậm chí chọn lọc các đặc điểm năng suất để cải thiện chất lượng. Được áp dụng trong nông nghiệp, các giải pháp như SoilScout cho phép nông dân tiết kiệm đến 50% lượng nước tưới, giảm thất thoát phân bón do tưới quá nhiều và cung cấp những hiểu biết hữu ích bất kể mùa hoặc điều kiện thời tiết.

8. Hệ thống quản lý trang trại theo end-to-end (quy trình đầu cuối)

Một cách tiếp cận phức tạp hơn đối với các sản phẩm IoT trong nông nghiệp có thể được thể hiện bằng cái gọi là hệ thống quản lý năng suất nông trại. Chúng thường bao gồm một số thiết bị và cảm biến IoT nông nghiệp, được lắp đặt tại cơ sở cũng như một bảng điều khiển mạnh mẽ với khả năng phân tích và các tính năng báo cáo/kế toán được tích hợp sẵn.

Điều này cung cấp khả năng giám sát trang trại từ xa và cho phép các trang trại hợp lý hóa hầu hết các hoạt động kinh doanh. Các giải pháp tương tự như của hãng FarmLogs và Cropio đã được áp dụng thành công trong nông nghiệp. Ngoài các trường hợp sử dụng nông nghiệp IoT được liệt kê, một số cơ hội nổi bật bao gồm theo dõi phương tiện (hoặc thậm chí tự động hóa), quản lý lưu trữ, hậu cần...

Hệ thống quản lý trang trại theo end-to-end của hãng của hãng FarmLogs (Nguồn: Linkedin).

Những điều cân nhắc trước khi phát triển giải pháp canh tác thông minh trong nông nghiệp cho Việt Nam

Như chúng ta thấy, sử dụng cho IoT trong nông nghiệp là vô tận. Israel là quốc gia có nhiều đặc điểm tương đồng với Việt Nam và để phát triển sản xuất nông nghiệp bền vững, Việt Nam cần học tập, vận dụng một số kinh nghiệm của Israel trong phát triển nền nông nghiêp thông minh. Có nhiều cách thiết bị thông minh có thể giúp nông nghiệp Việt Nam tăng hiệu suất và doanh thu. Tuy nhiên, phát triển ứng dụng IoT trong nông nghiệp không phải là dễ dàng. Có những thách thức nhất định cần phải lưu ý nếu muốn đầu tư vào canh tác thông minh.

1. Phần cứng

Để xây dựng giải pháp IoT cho nông nghiệp, chúng ta cần chọn cảm biến cho thiết bị của mình (hoặc tạo một cảm biến tùy chỉnh). Lựa chọn sẽ phụ thuộc vào loại thông tin cần thu thập và mục đích của giải pháp nói chung. Trong mọi trường hợp, chất lượng của các cảm biến là rất quan trọng đối với sự thành công của sản phẩm: nó sẽ phụ thuộc vào độ chính xác của dữ liệu được thu thập và độ tin cậy của nó.

2. Bộ não

Phân tích dữ liệu phải là cốt lõi của mọi giải pháp nông nghiệp thông minh. Bản thân dữ liệu được thu thập sẽ giúp ích rất ít nếu bạn không thể hiểu được nó. Do đó, cần có khả năng phân tích dữ liệu mạnh mẽ và áp dụng các thuật toán dự đoán và học máy để có được thông tin chi tiết hữu ích dựa trên dữ liệu thu thập được.

3. Việc bảo trì

Bảo trì phần cứng là một thách thức có tầm quan trọng hàng đầu đối với các sản phẩm IoT trong nông nghiệp, vì các cảm biến thường được sử dụng tại hiện trường và có thể dễ bị hỏng. Do vậy, cần đảm bảo phần cứng bền và dễ bảo trì, nếu không, sẽ phải thay các cảm biến thường xuyên, gây tốn kém.

4. Tính di động

Các ứng dụng canh tác thông minh nên được điều chỉnh để sử dụng trên đồng ruộng. Chủ doanh nghiệp hoặc người quản lý trang trại phải có thể truy cập thông tin tại chỗ hoặc từ xa thông qua điện thoại thông minh hoặc máy tính để bàn. Ngoài ra, mỗi thiết bị được kết nối phải tự trị và có đủ phạm vi không dây để giao tiếp với các thiết bị khác và gửi dữ liệu đến máy chủ trung tâm.

5. Cơ sở hạ tầng

Để đảm bảo ứng dụng canh tác thông minh hoạt động tốt (và để đảm bảo nó có thể xử lý tải dữ liệu), cần có một cơ sở hạ tầng nội bộ vững chắc. Hơn nữa, hệ thống nội bộ phải được bảo mật. Không bảo mật đúng cách hệ thống sẽ làm tăng nguy cơ đột nhập, đánh cắp dữ liệu của bạn hoặc thậm chí chiếm quyền kiểm soát máy kéo tự hành của bạn.

6. Kết nối

Nhu cầu truyền dữ liệu giữa nhiều cơ sở nông nghiệp vẫn đặt ra thách thức cho việc áp dụng phương thức canh tác thông minh. Không cần phải nói nhiều , kết nối giữa các cơ sở này phải đủ tin cậy để chịu được điều kiện thời tiết xấu và đảm bảo hoạt động không bị gián đoạn. Ngày nay, các thiết bị IoT vẫn sử dụng các giao thức kết nối khác nhau, mặc dù các nỗ lực phát triển các tiêu chuẩn thống nhất trong lĩnh vực này hiện đang được tiến hành. Hy vọng rằng sự ra đời của 5G và các công nghệ như Internet dựa trên không gian sẽ giúp tìm ra giải pháp cho vấn đề này.

7. Tần suất thu thập dữ liệu

Do có nhiều loại dữ liệu trong ngành nông nghiệp nên việc đảm bảo tần suất thu thập dữ liệu tối ưu có thể là vấn đề. Dữ liệu từ các cảm biến, ứng dụng, máy móc và thiết bị dựa trên hiện trường, trên không và môi trường, cũng như dữ liệu phân tích đã xử lý, có thể là đối tượng của các quy định và hạn chế. Ngày nay, việc cung cấp và chia sẻ dữ liệu này một cách an toàn và kịp thời là một trong những thách thức canh tác thông minh hiện nay.

8. Bảo mật dữ liệu trong ngành nông nghiệp

Nông nghiệp chính xác và công nghệ IoT thường làm việc với các bộ dữ liệu lớn, làm tăng số lượng lỗ hổng bảo mật tiềm ẩn mà thủ phạm có thể sử dụng để đánh cắp dữ liệu và tấn công hack. Thật không may, bảo mật dữ liệu trong nông nghiệp nói chung vẫn là một khái niệm xa lạ. Ví dụ, nhiều trang trại sử dụng máy bay không người lái để truyền dữ liệu đến máy móc trang trại. Máy móc này kết nối với Internet nhưng có ít hoặc không bảo vệ an ninh, chẳng hạn như mật khẩu người dùng hoặc xác thực truy cập từ xa.

Một số đề xuất bảo mật IoT cơ bản bao gồm giám sát lưu lượng dữ liệu, sử dụng các phương pháp mã hóa để bảo vệ dữ liệu nhạy cảm, tận dụng các công cụ bảo mật dựa trên AI để phát hiện dấu vết của hoạt động đáng ngờ trong thời gian thực và lưu trữ dữ liệu trong chuỗi khối để đảm bảo tính toàn vẹn của nó. Để hưởng lợi đầy đủ từ IoT, nông dân sẽ phải làm quen với khái niệm bảo mật dữ liệu, thiết lập các chính sách bảo mật nội bộ và tuân thủ chúng theo các quy định của nhà nước./.

Bảo mật dữ liệu trong ngành nông nghiệp quan trọng không khác gì bảo mật ở các ngành kinh tế khác (Nguồn: SAS).

Khắc Nam

Theo BCNN- 4/2022

Tham khảo từ nguồn: https://easternpeak.com/blog/iot-in-agriculture-technology-use-cases-for-smart-farming-and-challenges-to-consider/