Công nghệ máy bay không người lái (UAV) đang dần trở thành công cụ hữu ích của người nông dân trong các hoạt động canh tác, chăm sóc cây trồng ở nhiều nước trên thế giới. Nhờ việc thu thập và phân tích dữ liệu có độ phân giải cao và linh hoạt trong thời gian ngắn, những thông tin về diễn biến cây trồng được cung cấp bởi UAV có giá trị quan trọng trong việc phát triển các kỹ thuật canh tác chính xác, tạo ra năng suất cao hơn và tiết kiệm chi phí sản xuất. Ngoài ra, UAV có khả năng cung cấp thông tin đồng bộ và nhanh chóng về tình trạng cây trồng trên diện tích lớn, các khu vực sản xuất tập trung, đặc biệt ở các khu vực có địa hình phức tạp. Đặc biệt, quá trình bay thu thập và xử lý dữ liệu UAV sử dụng các kỹ thuật tự động, tích hợp với công nghệ 4.0 giám sát sức khỏe cây trồng, lập bản đồ canh tác, cung cấp giải pháp toàn diện giúp giải quyết những thách thức của canh tác truyền thống, từ đó bổ sung những định hướng quan trọng cho quy trình canh tác chính xác trên đồng ruộng.

          Với diện tích trên 84.000 ha cây ăn quả, tỉnh Sơn La trở thành địa phương có diện tích cây ăn quả lớn thứ 2 của cả nước và đứng thứ nhất của miền Bắc, theo số liệu từ Ban Chỉ đạo 598 tỉnh Sơn La, 6 tháng đầu năm 2024, tổng sản lượng cây ăn quả của tỉnh được tiêu thụ khoảng 190.000 tấn, giá trị ước đạt gần 2.500 tỷ đồng. Cây ăn quả đang giữ một vị trí rất quan trọng đối với phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh. Tuy nhiên, đứng trước các diễn biến ngày càng phức tạp của biến đổi khí hậu và sự gia tăng của các loài sâu bệnh hại thì việc ứng dụng các công nghệ trong theo dõi diễn biến cây trồng, cung cấp dữ liệu và thông tin chính xác để nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm có vai trò vô cùng quan trọng. Các phương pháp theo dõi, giám sát cây trồng thủ công truyền thống thường rất tốn kém về chi phí, thời gian và nhân lực, chỉ áp dụng được ở quy mô nhỏ hẹp và không phù hợp với xu hướng sản xuất nông nghiệp theo hướng hàng hóa trên diện tích lớn. Để phát triển nền nông nghiệp công nghệ cao theo hướng chú trọng nông nghiệp thông minh, nông nghiệp chính xác, năm 2022, tỉnh Sơn La phê duyệt triển khai đề tài nghiên cứu khoa học cấp tỉnh: Ứng dụng thiết bị bay không người lái (UAV) tích hợp công nghệ 4.0 theo dõi sinh trưởng và sức khỏe một số cây trồng nông nghiệp (xoài, nhãn) trên địa bàn tỉnh do Trung tâm Môi trường Tài nguyên Miền núi (Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên) chủ trì thực hiện.

Đoàn công tác Sở Khoa học và Công nghệ kiểm tra quá trình bay thu thập dữ liệu ảnh UAV tại Hợp tác xã Nông nghiệp an toàn Chiềng Hặc, huyện Yên Châu

          Sau khi tiến hành đánh giá hiện trạng và các biện pháp kỹ thuật truyền thống trên diện tích cây xoài tại huyện Yên Châu và cây nhãn tại huyện Sông Mã. Nhóm nghiên cứu, lựa chọn vườn xoài chuyên canh, diện tích 10,5 ha có độ tuổi trung bình từ 5 đến 7 năm tuổi thuộc Hợp tác xã Nông nghiệp an toàn Chiềng Hặc, huyện Yên Châu và vườn nhãn, diện tích 9,1 ha thuộc Hợp tác xã Hoa Mười, xã Chiềng Khoong, huyện Sông Mã. Độ tuổi cây nhãn trong khu vực nghiên cứu, từ 6-8 năm để ứng dụng máy bay không người lái tích hợp công nghệ 4.0 theo dõi sinh trưởng và sức khỏe cây trồng.

          Thiết bị UAV sử dụng thu thập dữ liệu trong suốt quá trình thực hiện đề tài là Phantom 4 Multispectral (P4M). Đây là thiết bị bay với bộ cảm biến thu ảnh đa phổ được thiết kế cho các ứng dụng trong nông nghiệp, tích hợp công nghệ GPS để định vị chính xác vị trí và hướng bay. Các dữ liệu ảnh viễn thám UAV được thu thập định kỳ (trung bình 1 lần/tháng) theo các giai đoạn sinh trưởng và phát triển khác nhau của cây xoài và cây nhãn.

          Để thu thập thông tin chính xác trong mỗi lần bay, nhóm nghiên cứu xây dựng kế hoạch đường bay chi tiết cho từng khu vực, bao gồm: chiều cao bay, khoảng cách ảnh, thời gian chụp, quỹ đạo bay. Đối với mỗi loại cây, tổng số lượng ảnh thu thập được khoảng 6.000 ảnh/lượt với độ phân giải trung bình 3,1 cm. Các dữ liệu ảnh UAV thu về được xử lý tự động bằng phần mềm Pix4Dmapper phục vụ tính toán các số liệu thống kê về diện tích vườn, tổng số cây, mật độ phân bố, khoảng cách trung bình giữa các cây. Trên cơ sở các dữ liệu phân tích, nhóm nghiên cứu xây dựng bản đồ số hóa về độ cao, độ dốc vườn trồng, vị trí, mật độ và tính toán chiều cao cũng như cấu trúc tán lá, chỉ số thực vật nhạy cảm với tình hình sức khỏe cây trồng, phân loại các khu vực cây trồng bị tác động tiêu cực bởi yếu tố sinh vật (sâu bệnh hại) và yếu tố phi sinh vật (dinh dưỡng và nước). Đồng thời, thiết lập bản đồ thể hiện khu vực sâu bệnh và khu vực cây trồng bị thiếu dinh dưỡng, cung cấp cho người nông dân các số liệu thống kê có ý nghĩa trong công tác quản lý và chăm sóc vườn cây của gia đình.

Nhóm nghiên cứu đề tài hướng dẫn người dân sử dụng thiết bị bay không người lái tích hợp công nghệ 4.0 theo dõi sinh trưởng và sức khỏe cây xoài tại huyện Yên Châu

          Kết quả sau 02 năm triển khai cho thấy, vị trí cây trồng được xác định một cách tự động từ dữ liệu ảnh UAV với độ chính xác 92-95%, kết quả tính toán chiều cao cây có tương quan chặt chẽ với số liệu đo đạc thực tế. Tổng số cây nhãn được xác định tại khu vực nghiên cứu là 3032 cây, với khoảng cách trung bình giữa các cây khoảng 4,1 m, và chiều cao cây trung bình đạt 2,6 m. Đối với xoài, tổng số cây xác đinh được là 4800 cây, với khoảng cách cây trung bình 3,7 m và chiều cao cây trung bình đạt 4,1 m.

Nhóm nghiên cứu đề tài hướng dẫn người dân sử dụng thiết bị bay không người lái tích hợp công nghệ 4.0 theo dõi sinh trưởng và sức khỏe cây nhãn tại huyện Sông Mã

          Đề tài đã xây dựng được phương pháp đánh giá sức khỏe cây trồng dựa trên ảnh đa phổ UAV cho phép theo dõi tình trạng dinh dưỡng, phát hiện cây thiếu nước, và cây bị sâu bệnh. Chỉ số thực vật được dùng để phân loại tình trạng dinh dưỡng (tốt, trung bình, kém) với độ chính xác 78-84%, hiệu quả nhất ở giai đoạn trước ra hoa. UAV cũng phát hiện tình trạng cây thiếu nước với độ chính xác 76-84%, hỗ trợ tưới tiêu hiệu quả trong các giai đoạn quan trọng (tháng 1-4). Việc phát hiện cây bị sâu bệnh hại (có hoặc không) từ ảnh UAV đạt độ chính xác trung bình 50-60%, có thể phát hiện sớm các sâu bệnh hại phổ biến như rầy và rệp sáp, đặc biệt trong giai đoạn ra hoa và đậu quả.

          Đề tài đã xây dựng thành công 01 mô hình ứng dụng công nghệ UAV theo dõi cây xoài tại huyện Yên Châu và 01 mô hình theo dõi cây nhãn tại huyện Sông Mã. Kết quả đánh giá cho thấy mô hình UAV hiệu quả hơn so với đối chứng trong việc giám sát và phát hiện sớm các vấn đề sức khỏe của cây. Đối với cây nhãn, nhờ thông tin đánh giá và khuyến cáo chăm sóc, tỷ lệ cây thiếu dinh dưỡng trong mô hình ứng dụng UAV có xu hướng ổn định và duy trì dưới 15% hầu hết thời gian, chỉ dao động nhẹ ở một vài thời điểm. Tương tự đối với cây xoài, tỷ lệ cây xoài thiếu dinh dưỡng ở mô hình UAV giảm mạnh và duy trì dưới 10% trong thời gian xây dựng mô hình. Các hộ sản xuất thuộc mô hình UAV được cung cấp thông tin về tình trạng hạn của cây, cùng với đó là việc sử dụng hệ thống tưới chủ động, đã kiểm soát tốt vấn đề thiếu nước của cây cũng như phát hiện, xử lý sớm sâu bệnh hại, giúp hạn chế sự lây lan và giảm thiểu thiệt hại cho cây trồng, góp phần giảm chi phí sản xuất, chi phí lao động thăm vườn khảo sát định kỳ, tăng năng suất ở cuối vụ. Kết quả đánh giá cho thấy mô hình ứng dụng UAV giúp giảm chi phí sản xuất, đặc biệt là trong việc sử dụng hiệu quả phân bón và thuốc bảo vệ thực vật (giảm 15-22%), đồng thời giảm khoảng 40% số công khảo sát vườn định kỳ, từ đó gia tăng lợi nhuận.

          Việc ứng dụng UAV tích hợp công nghệ 4.0 theo dõi sinh trưởng và sức khỏe cây nhãn, cây xoài tại huyện Sông Mã và Yên Châu là một trong những bước khởi đầu giúp các nhà quản lý, đơn vị sản xuất kinh doanh cũng như nông dân Sơn La theo dõi đánh giá sinh trưởng cây trồng, có biện pháp chăm sóc, bảo vệ cây trồng phù hợp ở khu vực sản xuất tập trung quy mô lớn và khu vực có địa hình phức tạp bằng công nghệ, góp phần giảm chi phí sản xuất, nâng cao hiệu quả kinh tế đến khả năng ứng phó với biến đổi khí hậu. Kết quả nghiên cứu là tiền đề mở rộng ứng dụng UAV ở nhiều lĩnh vực khác nhau góp phần xây dựng một nền nông nghiệp hiện đại, bền vững và có khả năng thích ứng cao trong tương lai.

                                                                                                  Ánh Nguyệt