Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - TRUYỀN THÔNG VÀO TRONG NÔNG NGHIỆP...

Tài liệu ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - TRUYỀN THÔNG VÀO TRONG NÔNG NGHIỆP

.PDF
9
311
138

Mô tả:

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - TRUYỀN THÔNG VÀO TRONG NÔNG NGHIỆP
Thoại Nam et al. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - TRUYỀN THÔNG VÀO TRONG NÔNG NGHIỆP Thoại Nam, Dương Ngọc Hiếu, Trần Văn Hoài, Nguyễn Cao Trí, Lê Quốc Tuấn, và Phan Đình Thế Duy Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính Trường Đại Học Bách Khoa – ĐH Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Sự bùng nổ nhanh chóng của dân số thế giới dẫn đến áp lực to lớn về nhu cầu lương thực và mang lại thách thức không nhỏ cho sản xuất nông nghiệp trên thế giới. Tính đến tháng 12 năm 2015, dân số thế giới ước tính là 7,390,865,000 người 1. Theo Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên hợp quốc (Food and Agriculture Organization Of United Nations - FAO) dự đoán dân số thế giới sẽ đạt ngưỡng hơn 10 tỷ người vào năm 2050 [1]. Để nuôi sống được hơn 10 tỷ người thì không chỉ cần phải tăng năng suất sản lượng lương thực mà còn phải tăng diện tích đất sử dụng trong nông nghiệp. Các nhà khoa học dự báo để đáp ứng nhu cầu lương thực thực phẩm cho hơn 10 tỷ người trong năm 2050 thì năng suất lương thực, thực phẩm cần phải tăng 60% [2]. Để đạt được nhu cầu lương thực toàn cầu trong những năm tới thì cần phải áp dụng công nghệ thông tin-truyền thông (ICT) trong công tác quản lý và sản xuất nông nghiệp. Trên thế giới, việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trong nông nghiệp đã xuất hiện từ nhiều thập niên trước, có thể phân loại một số ứng dụng công nghệ thông tin vào trong nông nghiệp gồm sáu nhóm chính.  Ứng dụng Internet trong việc cung cấp thông tin liên quan nông nghiệp.  Ứng dụng thiết bị di động trong xúc tiến thương mại và cảnh báo rủi ro.  Ứng dụng công nghệ RFID trong quản lý nguồn gốc nông sản.  Tự động hóa nhằm tăng năng suất nông nghiệp.  Canh tác chính xác.  Ứng dụng ảnh viễn thám (Remote Sensing) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong việc tăng cường kiểm soát nông nghiệp. 1 http://www.worldometers.info/world-population/ 1 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. Việt Nam là nước xuất khẩu gạo thuộc nhóm năm trên thế giới về số lượng, nhưng việc ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông trong công tác hỗ trợ thâm canh, giao thương vẫn còn rất hạn chế. Chính vì vậy sản lượng và giá thành xuất khẩu gạo vẫn chưa ổn định trong những năm qua; sản lượng gạo sản xuất và xuất khẩu năm sau cao hơn năm trước nhưng thu nhập của người nông dân sản xuất lúa không tăng cùng tỷ lệ [3]. Giống như nông nghiệp lúa, các lãnh vực nông nghiệp trồng trọt và chăn nuôi khác cũng gặp những khó khăn tương tự. Nhận thấy tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào nông nghiệp, ngày 20/08/2008, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn ra Chỉ thị số 87/2008/CTBNN về việc tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lý điều hành của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. Bên cạnh đó các Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn căn cứ các nội dung, nhiệm vụ trong Kế hoạch ứng dụng CNTT trong cơ quan nhà nước. Tuy nhiên, để ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông một cách hiệu quả trong nông nghiệp thực sự là một bài toán khó cho các nhà quản lý và lãnh đạo cấp Phòng, Sở và Bộ. Cần phải có một giải pháp cụ thể và một kế hoạch đầu tư chi tiết hiệu quả thì mới có thể ứng dụng công nghệ thông tin-truyền thông thành công vào trong nông nghiệp. Trong bài tham luận này, chúng tôi sẽ trình bày về một số giải pháp ứng dụng ICT vào trong nông nghiệp nhằm nâng cao công tác quản lý của cấp lãnh đạo tỉnh cũng như nâng cao năng suất sản xuất của nông dân trong quá trình chăn nuôi và trồng trọt. 2. GIẢI PHÁP 2.1 Xây dựng cơ sở dữ liệu nông nghiệp Nhiều năm qua, các cơ quan của Bộ Nông nghiệp và PTNT đã cố gắng thu thập nhiều loại dữ liệu, thông tin để phục vụ công tác quản lý, điều hành ngành. Các sản phẩm thông tin ngành đã được biên tập và phát hành dưới nhiều dạng như: niên giám thống kê ngành, các báo cáo thông tin tổng hợp, các thông tin chuyên đề, v.v... Các sản phẩm thông tin đó phần nào đã phục vụ tích cực cho việc quản lý ngành tại Bộ và đáp ứng cho nhiều đối tượng sử dụng khác như cán bộ nghiên cứu, người lập chính sách và các doanh nghiệp ở Trung ương và các địa phương. Tuy nhiên, do việc tập hợp, lưu trữ dữ liệu thông tin chưa được tổ chức hợp lý nên việc tìm kiếm, xử lý, trích rút thông tin còn hạn chế. Phương thức cung cấp, chia sẻ thông tin theo hình thức truyền thống là hạn chế lớn cho các đối tượng có nhu cầu tiếp cận, sử dụng thông tin. Để cải tiến quá trình tập hợp, quản lý số liệu, thông tin ngành nông nghiệp và phát triển nông thôn, nhằm làm 2 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. tăng khả năng tìm kiếm, xử lý, trích rút thông tin thông qua việc áp dụng công nghệ thông tin. Vụ Kế hoạch - Bộ Nông nghiệp và PTNT với sự trợ giúp của dự án MESMARD đã triển khai xây dựng cơ sở dữ liệu quản lý số liệu cơ bản nông nghiệp và nông thôn các tỉnh/thành phố của cả nước. Với mục đích tạo ra một cơ sở dữ liệu trên nền tảng web đơn giản, thuận lợi cho việc 2 truy cập thông tin, thiết thực với nhiều nhóm người dùng . Tuy nhiên, cơ sở dữ liệu trên nền tảng web này chủ yếu phục vụ cho việc tra cứu và nhiều dữ liệu đa số vẫn là dạng tóm tắt, chưa đáp ứng được các yêu cầu đa dạng của người dùng. Tích hợp các hệ cơ sở dữ liệu trên nền bản đồ (GIS) Cơ sở dữ liệu nông nghiệp - Tài nguyên đất trồng nông nghiệp - Giống cây trồng và phương pháp thâm canh - Chăn nuôi - Dịch vụ - ... Cơ sở dữ liệu lâm nghiệp - Tài nguyên rừng - Trồng rừng - Khai thác gỗ - Xây dựng rừng - Bảo vệ rừng - ... Cơ sở dữ liệu thuỷ sản - Tài nguyên thuỷ hải sản - Nuôi trồng và đánh bắt thuỷ hải sản - ... HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU TÍCH HỢP NGÀNH NÔNG NGHIỆP TRÊN NỀN BẢN ĐỒ Hình 1. Cơ sở dữ liệu ngành nông nghiệp trên nền bản đồ. Do đó việc xây dựng cơ sở dữ liệu riêng cho Kiên Giang quản lý đầy đủ thông tin về nông nghiệp trên nền tảng thừa kế những cơ sở dữ liệu đã có là cần thiết. Cần lưu ý rằng để phục vụ cho những công tác ra quyết định ở mức chiến lược như đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên nông nghiệp, cần có một cơ sở dữ liệu toàn ngành nông nghiệp như nông nghiệp thuần, thuỷ sản, lâm nghiệp và liên ngành như môi trường, tài nguyên, v.v… Một số hệ cơ sở dữ liệu cần ưu tiên xây dựng trước được trình bày trong Hình 1. Như trong Hình 1, cần tập trung xây dựng đầy đủ và hoàn chỉnh 3 hệ cơ sở dữ liệu chính là cơ sở dữ liệu nông nghiệp, thuỷ sản, và lâm nghiệp. Đây là các hệ cơ sở không gian và thời gian, và vì vậy cần phải tích hợp cơ sở dữ liệu trên nền bản đồ cũng như phải đảm bảo tính liên tục của dữ liệu theo thời gian. 2 http://dlnn.csdldd.com/ 3 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. 2.2 Mô hình mô phỏng và dự báo Khi đã có cơ sở dữ liệu ngành nông nghiệp được xây dựng đầy đủ, việc áp dụng các mô hình tính toán để phác thảo nên nhưng viễn cảnh có khả năng xảy ra trong tương lai là điều rất cần thiết cho cấp quản lý và người dân. Năm 2015-2016, do ảnh hưởng của biến đổi khi hậu, hạn hán kéo dài, diện tích nông nghiệp lưu vực đồng bằng sông Cửu Long bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Riêng tại Kiên Giang, năm 2015 đã thiệt hại gần 34.000 ha ruông lúa 3. Do đó cần có những mô hình mô phỏng và dự báo như mô phỏng lan truyền mặn, mô hình dự báo sự biến đổi dòng chảy sông, lũ lụt, v.v... để hỗ trợ cho cấp quản lý trong việc ra quyết định. Ngoài ra, trong những năm gần đây, biến đổi khí hậu là một vấn nạn, gây thiệt hại rất lớn đến sản xuất và đời sống của người dân. Tuy nhiên để xây dựng những mô hình đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và những biện pháp giảm thiểu là một thách thức rất lớn đối với các nhà Hình 2. Mô phỏng mực nước dâng lưu vực sông MeKong. khoa học. Việc xây dựng hoàn chỉnh cơ sở dữ liệu nông nghiệp và các mô hình mô phỏng, dự báo là tiền đề cho việc đánh giá tác động của biến đổi khí hậu với nhiều kịch bản khác nhau. Đó cũng là cơ sở để các nhà khoa học, nhà quản lý đề xuất những biện pháp ứng phó phù hợp. 2.3 Ứng dụng công nghệ cao trong thâm canh Việc ứng dụng kỹ thuật công nghệ cao trong thâm canh tại những nước phát triển luôn được quan tâm và ưu tiên đầu tư. Có rất nhiều kỹ thuật giúp người dân có thể thâm canh, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm đầu ra. Một số ứng dụng kỹ thuật công nghệ cao có thể áp dụng cho Kiên Giang như sau. 2.3.1 3 Xây dựng hệ hỗ trợ ra quyết định cho nông dân trong việc chọn giống cây trồng (vật nuôi) và phương pháp chăm sóc phù hợp để nâng cao năng suất. http://www.tongcucthuyloi.gov.vn/ 4 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. Hệ hỗ trợ ra quyết định này là một cách hiểu khác của canh tác chính xác (precision farming). Canh tác chính xác cho phép người nông dân xác định được lúc nào nên làm gì, làm với mức độ nào là hợp lý và tối ưu nhất để tiết kiệm công sức và chi phí. Canh tác chính xác được hỗ trợ bằng việc lập trình các chương trình điều hành thích hợp để sau khi tiếp nhận thông tin thì xử lý, chọn lựa và chuyển thành lệnh thực hiện các công việc đồng áng như: chọn giống phù hợp thổ nhưỡng, lúc nào phải cày, lúc nào phải tưới và tưới bao nhiêu nước, loại phân bón nào phải bón và bón bao nhiêu vào lúc nào, v.v... Các hệ thống thử nghiệm cho thấy mức chi phí công nghệ thông tin cho 1 hecta vào khoảng 2.000-3.000 USD nhưng đã tiết kiệm hàng năm được trên dưới 15.000 USD lượng thừa phân bón và nước, cùng với sản lượng tăng cao và giảm bớt chi phí vận chuyển, xây dựng mương máng thủy lợi 4. Ngoài ra vấn đề giảm thiểu tác động xấu của dư lượng thuốc trừ sâu vào môi trường cũng là vấn đề cần phải quan tâm. 2.3.2 Ứng dụng kỹ thuật viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong tăng cường kiểm soát nông nghiệp. Remote sensing (không ảnh) sử dụng các thiết bị bay có gắn camera quan sát, hoặc sử dụng vệ tinh để chụp ảnh trên những cánh đồng rộng lớn, sau đó gửi về cho chương trình phân tích. Chương trình sẽ xử lý phân tích các bức ảnh để biết được tình hình của mùa vụ, tăng cường sự kiểm soát để có thể biết được những vấn đề đang diễn ra từ đó có thể đưa ra những quyết định công việc đúng đắn [4]. Hệ thống thông tin địa lý (GIS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và các hệ thống thông minh, tự động hoá trên nền công nghệ Internet of Things (IoT) cũng mang lại cho nông nghiệp nhiều lợi ích. Trong khi IoT giúp giảm bớt chi phí vận hành, gia tăng hiệu quả và công sức quản lý trang trại, thì GIS giúp nhà nông tận dụng hiệu quả hơn đất trồng. Ngoài ra việc sử dụng công nghệ GIS để tạo ra một bản đồ kỹ thuật số về đất, phân tích các chỉ số đất, qua đó tư vấn cho nông dân cách cải thiện độ phì của đất và cách tăng nă ng suất cây trồng cũng được ứng dụng khá phổ biến. Các ứng dụng này tập trung vào việc thiết lập hệ thống cảm biến đặt giữa các ruộng để theo dõi độ dinh dưỡng của đất, lượng vi khuẩn trong đất, nước ngầm dưới mặt ruộng, tình trạng tăng trưởng của cây trồng, mật độ và chủng loại sâu bệnh… Tất cả tín hiệu được xử lý thành thông tin rồi chuyển trực tiếp vào chương trình điều hành. Từ những thông tin này, các chương trình phần mềm sẽ xử lý để gửi đến người nông dân những cảnh báo tức thời một cách hữu hiệu. 4 http://sac.edu.vn/ tinchitiet.php?id1=131&id2=183&id=225 5 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. Ứng dụng không ảnh trong nông nghiệp được Mỹ sử dụng từ năm 1970 để ước lượng diện tích cây trồng. Hiện nay đang được sử dụng để ước lượng năng suất cây trồng, giám sát, đánh giá thảm họa, và xây dựng bản đồ độ ẩm đất. Ngoài ra ứng dụng không ảnh còn được sử dụng trong nông nghiệp để hướng dẫn áp dụng phân bón, thuốc trừ sâu và nguyên liệu đầu vào cho các nông trại rộng lớn. Không ảnh được đánh giá có tiềm năng để cải thiện lợi nhuận trang trại trung bình khoảng 31,74 $/ha . Ngoài ra không ảnh, đặc biệt là không ảnh tầm thấp và cực thấp (có được chủ động từ các hệ thống thiết bị bay khôn gngười lái UAV) cung cấp thông tin hữu ích cho nhiều quyết định quản lý cây trồng, bao gồm cả việc phát hiện/xử lý thiếu dinh dưỡng, dư thừa hoặc thiếu hụt nước trong đất, thiệt hại gây ra bởi côn trùng, cỏ dại, hoặc các phát hiện kịp thời các bệnh trên cây trồng. Trong [5] nhóm nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ UAV và học sâu (Deep Learning) nhằm đánh giá hiệu quả của việc gieo sạ lúa cho các cánh đồng lúa thuộc tỉnh Tây Ninh. Với cách làm truyền thống, người nông dân sẽ tự mình đi đến cánh đồng và quan sát để nhận định tình hình sâu bệnh, tốc độ, giai đoạn sinh trưởng của cây trồng cũng như độ ẩm của đất, độ thiếu hụt phân bón, v.v... để từ đó đưa ra quyết định công việc cần làm. Cách làm này thường chậm chạp, mất nhiều công sức và tốn kém, đặc biệt khi phải thực hiện trên những cánh đồng rộng lớn. Điều này làm giảm tần suất giám sát đồng ruộng và ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng nông sản. Ảnh viễn thám cung cấp giải pháp hữu ích cho vấn đề trên [4]. 2.3.3 Ứng dụng công nghệ không dây và quan trắc tự động trong nâng cao năng suất nuôi trồng thuỷ hải sản. Hình 3 Hệ thống quan trắc môi trường nuôi tôm 6 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. Với xu thế phát triển của công nghệ thu thập, tập trung dữ liệu bằng công nghệ IoT và các hệ thống cảm biến ngày càng đa dạng, việc giám sát thường xuyên, tức thời các thông số về môi trường, lý hoá tính của đất, v.v... cho phép có nguồn thông tin dồi dào, chính xác để từ đó có thể đưa ra những cảnh báo tức thời cho các điều chỉnh hiệu quả và tiết kiệm hơn trong nông nghiệp. Đồng thời với quá trình phân tích dữ liệu quan trắc liên tục, có thể đưa ra những hướng dẫn mang tính định hướng, quy trình cả cho bài toán quy hoạch và cải tiến kỹ thuật trong mùa vụ, giúp nâng cao năng suất, giảm rủi ro do tác động của môi trường hay côn trùng, sâu bệnh. Hình 3 trình bày một nghiên cứu ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác quan trắc tự động môi trường nuôi tôm, giúp giảm thiệt hại và tăng năng suất nuôi tôm. Mô hình đã được Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính xây dựng và triển khai thử nghiệm tại nhiều địa phương. 2.4 Xây dựng cổng thông tin nông nghiệp cho Kiên Giang Cần có một cổng thông tin nông nghiệp đúng nghĩa cho Kiên Giang. Cổng thông tin này không chỉ đơn thuần cung cấp thông tin, tin tức mà là một kho tri thức, một kim tự điển cho người nông dân. Người nông dân có thể tìm thấy những giống lúa, vật nuôi, v.v… phù hợp với thổ nhưỡng và điều kiện kinh tế của họ sao cho tối ưu năng suất nuôi trồng. Ngoài ra họ có thể quảng cáo sản phẩm của mình thông qua cổng thông tin, có thể giao dịch trực tuyến, và có thể chia sẽ những kinh nghiệm bản thân tại đây. Nông dân Việt Nam trong những năm qua thường xuyên gặp khó khăn trong vấn đề tìm đầu ra và lựa cho giống cây trồng cho phù hợp với mùa vụ, thổ nhưỡng. Vì vậy nếu có một cổng thông tin nông nghiệp đúng nghĩa sẽ giúp ích rất nhiều cho nông dân cho trong việc tăng năng suất và giá thành sản phẩm. 3. KẾT LUẬN Bài tham luận tóm tắt lại một số kỹ thuật công nghệ cao đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Tại Việt Nam nói chung và Kiên Giang nói riêng cần từng bước qui hoạch việc áp dụng Công nghệ thông tin – truyền thông mạnh mẽ hơn để hỗ trợ cho việc quản lý của cấp lãnh đạo cũng như hỗ trợ nông dân trong việc tăng năng suất và giá trị nuôi trồng. Tựu trung lại, Hình 4 là sự tóm tắt lại toàn cảnh của việc áp dụng Công nghệ thông tin - truyền thông vào nông nghiệp Kiên Giang. Tuy nhiên, cần lưu ý các giải pháp hạ 7 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. tầng mạng và máy chủ phải được xem xét để đồng bộ với các hệ thống phần mềm khi NGƯỜI DÙNG được xây dựng và triển khai. Internet PHẦN MỀM CỔNG THÔNG TIN NÔNG NGHIỆP TỈNH KIÊN GIANG Hệ hỗ trợ ra quyết định cho nông dân trong công tác thâm canh Cơ sở dữ liệu nông nghiệp Cơ sở dữ liệu lâm nghiệp PHẦN CỨNG HỆ THỐNG THÔNG TIN NÔNG NGHIỆP THEO KHÔNG, THỜI GIAN Mô phỏng và dự báo tình hình xâm nhập mặn, lũ, lụt, v.v... Ứng dụng công nghệ không dây và quan trắc tự động trong nuôi trồng thuỷ hải sản Mô phỏng và dự báo dòng chảy sông, lượng mưa, giờ nắng, v.v... Cơ sở dữ liệu thuỷ sản Ứng dụng viễn thám và hệ thống thông tin địa lý trong công tác tăng cường kiểm soát nông nghiệp Hệ hỗ trợ đánh giá tác động của biến đổi khí hậu lên nông nghiệp CÁC ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ CAO Công nghệ ảo hoá, bảo mật, an ninh mạng Hạ tầng mạng nội bộ Hạ tầng máy chủ Hình 4. Mô hình tổng thể của giải pháp ứng dụng ICT vào nông nghiệp. Tài liệu tham khảo [1] N. Alexandratos, J. Bruinsma, “World agriculture towards 2030/2050”, ESA Working, Vol. 12(03), June 2012. [2] D. K. Ray, N. D. Mueller, P. C. West, J. A. Foley, “Yield Trends Are Insufficient to Double Global Crop Production by 2050”, PLoS ONE, Vol. 8(6), June-19 2013. 8 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp Thoại Nam et al. [3] Nguyễn Đình Luận, “Xuất khẩu gạo Việt Nam: thực trạng và giải pháp”, Kinh tế & Phát triển, số 193, trang 9-15, 2012. [4] F. Tenkorang, J. Lowenberg-DoBoer, “On-Farm Profitability of Remote Sensing in Agriculture”, The Journal of Terrestrial Observation, Vol. 1 (1), 2008. [5] Nguyen Cao Tri, Hieu N. Duong, Tran Van Hoai, “A Novel Framework Based on Deep Learning and Unmanned Aerial Vehicles to Assess the Quality of Rice Fields”, Proceedings of the International Conference, ICTA 2016, pages 84-93, 2016. 9 Ứng dụng công nghệ thông tin - truyền thông vào trong nông nghiệp
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan