Xây dựng giải pháp công nghệ và mô hình hệ thống xử lý thông tin tích hợp hỗ trợ công tác chăm sóc cánh đồng lúa giống

Cây lúa (Oryza sativa L.) là một trong năm cây lương thực quan trọng nhất của loài người. Trên thế giới về mặt diện tích gieo trồng, lúa đứng thứ hai sau lúa mì; về tổng sản lượng lúa đứng thứ ba sau lúa mì và ngô. Khoảng 40% dân số thế giới lấy lúa gạo làm nguồn lương thực chính. Trên thế giới, cây lúa được 250 triệu nông dân trồng với diện tích 163,25 triệu ha (FAO, 2015).

Diện tích trồng lúa của nước ta hiện nay hơn 7,4 triệu hecta, nhưng nhìn chung năng suất và sản lượng lúa vẫn còn thấp. Nước ta là nước có diện tích trồng lúa lớn, tuy nhiên lại là nước nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, là điều kiện thuận lợi cho sâu bệnh phát triển. Điều này góp phần làm giảm năng suất lúa. Những thiệt hại do môi trường bao gồm các yếu tố đất đai, nước, nhiệt độ (nóng hoặc lạnh) ảnh hưởng rất lớn đến năng suất cây trồng nói chung và cây lúa nói riêng. Vì vậy, việc xác định các chỉ tiêu về quá trình sinh trưởng, phát hiện dự báo sâu bệnh là nhiệm vụ có vai trò quyết định đến chất lượng lúa giống.

Hiện nay việc thu thập, xử lý các thông tin trên tại cánh đồng lúa giống chủ yếu được thực hiện thủ công, phương pháp này tốn nhiều nhân lực, thời gian và đặc biệt cho kết quả có độ tin cậy thấp.

Nhằm đáp ứng yêu cầu thị trường về sản lượng và chất lượng lúa giống, các cơ sở nhân giống lúa đang rất cần có giải pháp hiện đại cho phép thực hiện công tác trên một cách liên tục, trên diện tích rộng, với độ chính xác cao.

Để giải quyết vấn đề trên, nhóm tác giả gồm Cơ quan chủ trì Viện ứng dụng công nghệ cùng phối hợp với Chủ nhiệm đề tài Bùi Thị Thanh Phương để thực hiện nghiên cứu Xây dựng giải pháp công nghệ và mô hình hệ thống xử lý thông tin tích hợp hỗ trợ công tác chăm sóc cánh đồng lúa giống với mục tiêu xây dựng được giải pháp thu thập xử lý số liệu hỗ trợ xác định, đánh giá một số chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển và phát hiện các dấu hiệu sâu bệnh trên cánh đồng lúa giống bằng kỹ thuật xử lý ảnh; Xây dựng, triển khai được giải pháp tự động thu thập, phân tích các thông số về môi trường (pH, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) tại cánh đồng lúa giống phục vụ xác định các chế độ chăm sóc phù hợp. Đề tài này đề xuất giải pháp sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh chụp từ flycam, kết hợp xử lý dữ liệu từ mạng cảm biến để giám sát quá trình sinh trưởng của cây lúa, cung cấp thông tin hỗ trợ công tác chăm sóc, phòng chống sâu bệnh cho cánh đồng lúa.

Các loại sâu bệnh, côn trùng, động vật gây hại cho cây lúa là rất nhiều với các triệu chứng xâm hại khác nhau và rất đa dạng mà phải sử dụng nhiều phương pháp mới có thể nhận biết và phát hiện được. Với việc sử dụng kỹ thuật xử lý ảnh và công nghệ thuật toán máy học thì nguồn dữ liệu đầu vào là dạng hình ảnh, thể hiện một cách cụ thể, chi tiết đặc tính các loại sâu bệnh mà các phương pháp khác rất hạn chế. Tuy nhiên, chất lượng hình ảnh thu nhận phải đảm bảo sắc nét, màu sắc tốt, độ tương phản cao… và đặc biệt là phải thể hiện hết tất cả đặc tính của các loại sâu bệnh. Dựa theo yêu cầu của đề tài về nhận biết 4 loại sâu bệnh: Sâu cuốn lá, Đạo ôn, Đốm vằn, Rầy nâu. Chúng tôi đã trình bày những đặc điểm nhận biết dấu hiệu của chúng, từ đó tổng hợp, phân tích và đưa ra các phương pháp chụp ảnh, thu thập dữ liệu cho quá trình huấn luyện sau này.

Flycam trong nông nghiệp còn gọi là Drone nông nghiệp hay UAV nông nghiệp là thiết bị bay không người lái sử dụng trong canh tác nhằm giám sát sự tăng trưởng của cây trồng giúp tìm biện pháp chăm bón để tăng sản lượng. Thông qua việc sử dụng các cảm biến tiên tiến và máy ảnh kỹ thuật số đặt trên thiết bị bay không người lái, nông dân có thể thu thập lượng thông tin lớn hơn về các cánh đồng rộng. Thông tin thu được từ các thiết bị như vậy rất hữu ích trong việc chọn lựa cách thức tưới và chăm bón, nâng cao hiệu quả canh tác.

Công nghệ Flycam giúp cho người nông dân ngày nay kiểm soát được trang trại của mình. Nó không thay thế hoàn toàn hoạt động làm việc trực tiếp trên trang trại, nhưng sẽ giúp giảm thời gian và tăng lượng thông tin về tình hình phát triển, sinh trưởng của cây trồng cũng như tăng tính hiệu quả quản lý, năng suất. Nhờ đó có thể cắt giảm các yêu cầu về lao động, nguồn nước tưới tiêu và thuốc trừ sâu…

Đề tài “Xây dựng giải pháp công nghệ và mô hình hệ thống xử lý thông tin tích hợ hỗ trợ công tác chăm sóc cánh đồng lúa giống" đã được thực hiện trong thời gian 24 tháng từ tháng 01/2018 đến tháng 12/2019 do Viện Ứng dụng Công nghệ chủ trì thực hiện, phối hợp với Sở KHCN, Trung tâm giống cây trồng tỉnh Sóc Trăng.

Sản phẩm của đề tài:

- Xây dựng phần mềm xử lý ảnh để xác định các chỉ tiêu sinh trưởng của cây lúa, phát hiện các dấu hiệu sâu bệnh trên cánh đồng lúa.

- Nghiên cứu thiết kế, chế tạo các module cảm biến không dây: pH, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, nghiên cứu thiết kế, chế tạo bộ xử lý quản lý tập trung mạng cảm biến không dây và kết nối máy tính, thử nghiệm và hiệu chỉnh mạng cảm biến không dây

- Xây dựng hệ thống phân tích, xử lý dữ liệu trên máy tính phục vụ truy xuất thông tin cánh đồng lúa qua internet.

- Một bài báo khoa học đăng trên tạp chí khoa học, hội nghị khoa học có uy tín.

- Tổ chức 1 hội nghị trong nước.

Các sản phẩm đều đạt chỉ tiêu kỹ thuật đề ra trong hợp đồng và thuyết minh được phê duyệt.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16861/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)