3.1 Quá trình hoạt động cơ bản của IoT, WSN trong giám sát môi trường:
- Thu thập dữ liệu: các cảm biến được đặt trong đất để đo các yếu tố môi trường như độ ẩm, nhiệt độ, độ pH,... và chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu số.
- Truyền dữ liệu: Dữ liệu được truyền qua mạng không dây (Wi-Fi, Lora, NB-IoT) hoặc mạng có dây đến một nền tảng trung tâm.
- Xử lý dữ liệu: Nền tảng trung tâm thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu, tạo ra các báo cáo và biểu đồ trực quan.
- Truyền thông: Người dùng có thể truy cập dữ liệu thông qua các ứng dụng di động, web hoặc các thiết bị khác để theo dõi và phân tích tình hình môi trường.
Hình 3.1: Quá trình hoạt động cơ bản của IoT, WSN trong giám sát môi trường
3.2 Quản lý nước và tưới tiêu tự động
- Hoạt động bơm được điều khiển bằng IoT dựa trên học sâu có tiềm năng cho phép vận hành tối ưu, cụ thể theo từng địa điểm. Các máy bơm đơn lẻ trong hệ thống chỉ có thể được kích hoạt khi cần thiết ở những khu vực có nhu cầu nước cao nhất. Phân tích kiểu hình thông lượng cao bằng máy bay không người lái và cảm biến độ ẩm đất phân tán không dây (WiFi) có thể cung cấp thông tin về những vị trí nào cần vận hành máy bơm.
- Hình ảnh nhiệt là một phương pháp để xác định hàm lượng ẩm bằng cách sử dụng máy bay không người lái để thu thập hình ảnh từ cánh đồng. Và khi xử lý hình ảnh nhiệt với các tập dữ liệu ghép chỉnh hình có thể được sử dụng để phát triển các bản đồ
về nước, giúp nhận dạng các khu vực cây trồng thiếu hay đủ nước để từ đó điều chỉnh tưới tiêu cho phù hợp..
Người nông dân có thể theo dõi tình trạng đất, cây trồng và điều khiển hệ thống tưới tiêu từ xa thông qua điện thoại di động.
- Van điện từ: Dựa trên quyết định của hệ thống, các van điện từ sẽ được điều khiển để mở hoặc đóng, từ đó điều chỉnh lượng nước tưới cho từng khu vực
Hệ thống quản lý nước tưới tiêu tự động thông qua IoT và WSN là một giải pháp hiệu quả để nâng cao năng suất nông nghiệp, tiết kiệm nước và bảo vệ môi trường. Với sự phát triển của công nghệ, các hệ thống này sẽ ngày càng trở nên thông minh và dễ sử dụng hơn, góp phần hiện đại hóa ngành nông nghiệp.
Hình 3.2: Quản lý nước và tưới tiêu tự động
3.3 Phát hiện bệnh và xử lý cây trồng
- Cảm biến hình ảnh: Camera chụp ảnh cây trồng ở các góc độ khác nhau để phát hiện các dấu hiệu bất thường như lá vàng, lá héo, sâu ăn lá, bệnh đốm lá,...
- Cảm biến quang phổ: Phân tích quang phổ của lá để phát hiện sự thay đổi về màu sắc, cấu trúc lá, từ đó xác định các loại bệnh mà cây gặp phải.
- Cảm biến âm thanh: Đo các âm thanh phát ra từ cây trồng và côn trùng để phát hiện các dấu hiệu bất thường.
Từ đó, so sánh các hình ảnh dữ liệu thu được với cơ sở dữ liệu về các loại sâu bệnh để xác định loại sâu bệnh cụ thể.
Hệ thống sẽ thông báo đến người nông dân khi phát hiện sâu bệnh hoặc các vấn đề khác và sẽ đề xuất các giải pháp phù hợp dựa trên loài sâu mức độ
nghiêm trọng và điều kiện môi trường qua điện thoại, email hoặc ứng dụng để người nông dân xử lý theo hướng dẫn của hệ thống.
- Tự động hóa: Trong một số trường hợp hệ thống có thể tự động điều khiển các thiết bị như máy phun thuốc, máy tưới để thực hiện các biện pháp xử lý.
Hệ thống sẽ tiếp tực theo dõi tình hình sau khi thực hiện biện pháp xử lý để đánh giá hiệu quả để có thể điều chỉnh các biện pháp để đạt hiệu quả cao nhất.
3.4 Quản lý và tối ưu hóa sản xuất nông nghiệp
3.4.1. Hệ thống dự báo năng suất:
- Dự báo dựa trên dữ liệu lịch sử: Sử dụng dữ liệu về thời tiết, lượng mưa, nhiệt độ, và các thông số khác từ các năm trước để dự báo năng suất.
- Dự báo dựa trên mô hình tăng trưởng: Sử dụng mô hình tăng trưởng của cây trồng để dự báo năng suất.
- Dự báo dựa trên hình ảnh: Sử dụng hình ảnh để ước tính số lượng quả, kích thước quả và từ đó dự báo năng suất.
3.1.2.Hệ thống quản lý tưới tiêu:
- Cảm biến độ ẩm đất: Đo độ ẩm đất để xác định nhu cầu tưới nước.
- Điều khiển van: Tự động điều khiển van tưới để cung cấp lượng nước phù hợp cho cây trồng.
Hình 3.3: Hệ thống cảm biến tự động
3.1.3. Hệ thống quản lý phân bón:
- Cảm biến dinh dưỡng: Đo hàm lượng dinh dưỡng trong đất để xác định nhu cầu bón phân.
- Phân phối phân bón: Tự động phân phối phân bón cho cây trồng.
3.1.4.Hệ thống quản lý sâu bệnh:
- Phát hiện sớm: Sử dụng camera, cảm biến quang phổ để phát hiện sớm sâu bệnh.
- Phòng trừ: Đề xuất các biện pháp phòng trừ sâu bệnh phù hợp.