Chương I của luận văn gồm 3 phần, phần đầu trình bày về tình hình ứng dụng dụng công nghệ trong nông nghiệp thông minh trên thế giới và Việt Nam và một số phần mềm trong nông nghiệp thông minh đã được công bố, tiếp theo học viên sẽ trình bày một số phương pháp trao đổi dữ liệu trong nông nghiệp thông minh,phần cuối sẽ trình bày một số chuẩn giao thức truyền tải dữ liệu trong IoT. Tình hình ứng dụng công nghệ trong nông nghiệp thông minh Do nước ta là một quốc gia nông nghiệp với ưu thế về tự nhiên, khí hậu, đất đai và nguồn lao động thuận lợi cho sản xuất các loại nông sản có giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao. Khi cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư bùng nổ, rất nhiều ứng dụng áp dụng công nghệ cao vào trong sản xuất nông nghiệp đã được triển khai. Các công nghệ mới nhất như IoT (theo dõi dữ liệu cảm biến, điều khiển tự động/từ xa các động cơ, máy bơm, quạt, rèm che…), Big Data (trích xuất, xử lý dữ liệu lớn, xây dựng các mô hình dữ liệu), Deep learning (Xử lý ảnh, đưa ra cảnh báo dịch bệnh trên diện rộng)… đều đã được ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau của nông nghiệp công nghệ cao.1 Ứng dụng công nghệ trong nông sản hữu cơ Nông sản là hướng phát triển quan trọng của nước ta, đặc biệt là khi đô thị hóa phát triển nhanh, các vùng nguyên liệu trên thế giới nói chung đều đang ngày càng thu hẹp.
Trong nông nghiệp hữu cơ, thì sản xuất nông sản, đặc biệt là rau theo phương thức hữu cơ chiếm vị trí quan trọng hàng đầu bởi vì các cây rau là đối tượng chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của nền sản xuất hóa nông nghiệp. Việc sản xuất rau an toàn nói chung và sản xuất rau hữu cơ nói riêng là vấn đề bức thiết cần giải quyết hiện nay. Trồng rau hữu cơ đòi hỏi phải thực hiện một quy trình nghiêm ngặt, từ chọn vùng đất trồng phải có quy hoạch cách xa khu công nghiệp, xí nghiệp, bệnh viện hay bãi rác… nguồn nước, không khí phải đảm bảo yêu cầu sạch không bị ô nhiễm, Luan van 4 phải đảm bảo vùng đệm để cách ly với các khu vực không an toàn. Hạt giống cần được thu từ cây trồng đã qua quy trình sản xuất rau hữu cơ có kiểm định.
Lập kế hoạch xen canh và luân canh cho các loại rau trồng hữu cơ là yếu tố tất yếu giúp trang trại rau hữu cơ hạn chế khả năng dịch sâu bệnh hại tấn công. Luân canh quay vòng giữa các nhóm rau nên cân nhắc mùa vụ và thời tiết trong năm để sắp xếp loại cây trồng phù hợp. Sử dụng nguồn phân hữu cơ đúng quy cách, có thể tự làm phân hữu cơ bằng cách ủ phân chuồng hoại mục hoặc ủ phân xanh. Các phương pháp sinh học, cơ học và vật lý luôn được ưu tiên.
Ví dụ như thu hút thiên địch vào ruộng, đặt bẫy đèn, bẫy dính, trồng cây xua đuổi côn trùng như gừng, tỏi, hành, hoa cúc… Những công nghệ về IoT không phải là quá mới trong những năm gần đây, đã được triển khai tại nhiều nơi, trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, chưa có mô hình nông nghiệp công nghệ cao điển hình ứng dụng IoT cho toàn bộ chuỗi sản xuất, thu hoạch và cung cấp tới tận tay người tiêu dùng một cách hoàn chỉnh, đảm bảo quy trình, sự kết hợp giữa nền tảng hệ thống phần cứng, nền tảng hệ thống phần mềm dùng để theo dõi, điều khiển với mô hình nhà kính hiện đại. Những vấn đề kỹ thuật được giải quyết, đảm bảo tính cập nhật của công nghệ mà luận văn định hướng áp dụng, so với các công nghệ tiên tiến trên thế giới. - Đầu tiên là phần mềm quản lý, IoT Platform, được bảo mật, sử dụng được trên nền tảng web và ứng dụng máy tính nội bộ.
Phần mềm quản lý đáp ứng được các tiêu chí đề bài đưa ra và có tính cập nhật với thế giới về mặt công nghệ. - Thứ hai là về chuẩn truyền thông trong IoT như LoRA. Đây đang là công nghệ phát triển bậc nhất trên thế giới về truyền thông trong IoT. Mặc dù ở VN, dải tần 800-900MHz không được cấp phép cho LoRA, nhưng dải tần 433MHz vẫn được sử dụng tốt trong phạm vi trang trại (hỗ trợ lên đến 10km).
- Giải pháp công nghệ về IoT cho phép người dùng theo dõi, kiểm soát thông số môi trường thông qua hệ thống mạng cảm biến, tự động hóa quy Luan van 5 trình sản xuất bằng việc đưa ra các kịch bản điều khiển dựa trên yêu cầu của từng thời kỳ phát triển của từng loại cây. Quy trình tự động hóa trong trồng trọt giúp quản lý quy trình sản xuất, cũng như quản lý chất lượng sản phẩm đầu ra.2 Một số phần mềm trong nông nghiệp thông minh a) Phần mềm Hifarm HiFarm có thể nói là một trong những doanh nghiệp ứng dụng công nghệ cao vào nông nghiệp khá thành công tại Đà Lạt. Với việc tích hợp nhiều công nghệ lại với nhau để tận dụng triệt để những ưu điểm của nông nghiệp công nghệ cao trong trồng trọt, HiFarm đang chiếm được thị phần khá lớn tại khu vực Đà Lạt.1: Phần mềm nông nghiệp thông minh HiFarm Hiện tại HiFarm đang có hơn 5 nông trại thông minh với diện tích 4,2 hecta đất canh tác. Đặc biệt HiFarm cũng đã nghiên cứu và cho ra đời những giống cây, loại quả đạt chất lượng chuẩn 100% VietGAP và 90% GlobalGAP như Dâu New Luan van 6 Zealand, Cà Cherry Vàng, Cà Cherry Socola, Dưa Pepino.
Và hiện tại HiFarm cũng đang áp dụng giải pháp nông nghiệp công nghệ cao này vào vườn của mình để sản xuất nông sản xuất ra thị trường. Cả 3 đều rất được thị trường ưa chuộng và có mặt trên rất nhiều siêu thị tại thành phố Hồ Chí Minh. Một số chức năng chính: STT Chức năng Điều khiển tưới nước, bón phân, phun sương, rèm, quạt từ xa trên 1 smarphone Hệ thống điều khiển tưới, bón phân, phun sương, quạt, rèm, lưới 2 vách bằng công tắc tại vườn Kiểm tra trạng thái vườn (Nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh 3 sáng, EC và PH) 4 Kiểm tra lượng nước đầu vào, đo chất lượng nước và lọc nước 5 Lập lịch hẹn giờ tưới tiêu 6 Theo dõi lịch sử hoạt động của vườn Tự động cân bằng môi trường về điều kiện chuẩn cho cây trồng 7 (Nhiệt độ, độ ẩm không khí và đất, ánh sáng) 8 Tự động thu hoạch khi trái chín Bảng 1.1: Chức năng chính của phần mềm nông nghiệp thông minh HiFarm b) Phần mềm NextFarm Nextfarm thuộc Công ty Cổ phần NextVision, chuyên trong lĩnh vực nông nghiệp thông minh và chuyển đổi số nông nghiệp. Nextfarm là đơn vị đi đầu và phổ biến trong lĩnh vực Nông nghiệp thông minh tại Việt Nam, hiện tại đơn vị này có gần 1000 khách hàng trên toàn quốc.
Đây là một đơn vị phát triển nông nghiệp thông minh khá sớm và đã giới thiệu sản phẩm sang cả một số quốc gia Đông Nam Luan van 7 Á như Myanmar, Campuchia, Singapore. Nextfarm phát triển một hệ sinh thái nông nghiệp thông minh khá rộng, từ sản xuất và đảm bảo vùng nguyên liệu đến giám sát chất lượng sản phẩm và định danh sản phẩm cũng như phân phối đến người tiêu dùng.2: Phần mềm nông nghiệp thông minh NextFarm Hiện tại đơn vị NextFarm phát triển ở khá nhiều địa phương tại nước ta, đặc biệt có sự hợp tác của một số đơn vị phần mềm lớn để phát triển hệ thống như Viettel. Luan van 8 Một số chức năng chính: STT Chức năng 1 Điều khiển từ xa bằng smartphone 2 Hệ thống điều khiển tại tủ trung tâm Kiểm tra trạng thái vườn (Nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, ánh 3 sáng, EC và PH) 4 Kiểm tra lượng nước đầu vào, đo chất lượng nước và lọc nước 5 Lập lịch hẹn giờ tưới tiêu 6 Theo dõi lịch sử hoạt động của vườn 7 Hệ thống châm dinh dưỡng tự động 8 Truy suất nguồn gốc bằng QR code 9 Quản lý cơ sở dữ liệu trang trại 10 Quan trắc khí tượng và điều khiển khí hậu Bảng 1.2: Chức năng của phần mềm nông nghiệp thông minh NextFarm Nhìn chung các phần mềm phục vụ nông nghiệp công nghệ cao đã và đang được phát triển ở nước ta, các đơn vị phát triển đang có gắng phủ thị trường nên đa dạng hóa nhiều giải pháp dịch vụ trên hệ sinh thái nông nghiệp thông minh. Các giải pháp chưa có sự tối ưu so với các hệ thống tương tự trên thế giới, khi giải pháp nông nghiệp công nghệ cao được phổ biến, người dân bắt đầu biết đến nhiều hơn và tạo cơ hết các đơn vị hoàn thiện hệ thống.
Một số giao thức trao đổi dữ liệu 1.1 Phương thức CoAP CoAP là một giao thức truyền tải tài liệu theo mô hình client/server dự trên internet tương tự như giao thức HTTP nhưng được thiết kế cho các thiết bị ràng Luan van 9 buộc. Giao thức này hỗ trợ một giao thức one-to-one để chuyển đổi trạng thái thông tin giữa client và server. 3: Mô hình giao thức CoAP so sánh với HTTP Các gói CoAP nhỏ hơn nhiều so với dòng HTTP TCP. Các trường bit và ánh từ chuỗi các số nguyên được sử dụng rộng rãi để tiết kiệm không gian.
Các gói rất đơn giản có thể được tạo ra và phân tích tại chỗ mà không tốn thêm RAM trong các thiết bị bị hạn chế. CoAP sử dụng UDP (User Datagram Protocol), không hỗ trợ TCP, ngoài ra còn hỗ trợ địa chỉ broadcast và multicast, truyền thông CoAP thông qua các datagram phi kết nối (connectionless) có thể được sử dụng trên các giao thức truyền thông dựa trên các gói. UDP có thể dễ dàng triển khai trên các vi điều khiển hơn TCP nhưng các công cụ bảo mật như SSL/TSL không có sẵn, tuy nhiên ta có thể sử dụng Datagram Transport Layer Security (DTLS) để thay thế. CoAP theo mô hình client/server.
Client gửi yêu cầu đến máy chủ, sau đó máy chủ gửi lại phản hồi. Client có thể GET, PUT, POST và DELETE các tài nguyên. CoAP có tính linh động và hỗ trợ đàm phán nội dung. Điều này cho phép client và máy chủ có thể nâng cấp, thêm mới một cách độc lập mà ko ảnh hưởng gì đến phía còn lại.
CoAP đưa ra các yêu cầu quan sát tài nguyên. Cả hai bên đều có thể tác động hoặc xóa các yêu cầu quan sát. Khi cờ quan sát được thiết lập, máy chủ vẫn có thể tiếp tục hồi đáp sau khi các dữ liệu đã truyền đi. Với CoAP, máy chủ Luan van 10 cung cấp một hệ thống các tài nguyên cho phép client khám phá tài nguyên và các loại phương tiện truyền thông.