Cuộc cách mạng trang trại công nghệ cao được kích hoạt bởi công nghệ cảm biến cây trồng

Ngày nay, canh tác hầu như không bền vững nếu không áp dụng các công nghệ trang trại hiện đại. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chính xác dựa trên các cảm biến, nông dân có thể đạt được sản lượng vụ mùa thành công. Thông tin kỹ thuật số về thời tiết, điều kiện đất đai và sức khỏe cây trồng có khả năng giúp người nông dân hiện đại tối ưu hóa năng suất và đạt được mức năng suất nông nghiệp cao. Do đó, nông nghiệp đang trở nên hiện đại hóa và ngày càng trở nên hoàn toàn dựa trên dữ liệu.

Các công cụ quan trọng nhất trong quản lý nông nghiệp hiện đại là cảm biến. Chúng bao gồm từ các cảm biến để phân tích tình trạng đất đến các cảm biến để ứng dụng nitơ, chất điều hòa sinh trưởng và nước theo thời gian thực. Các cảm biến giúp nông dân nhanh chóng và dễ dàng xác định các yếu tố quan trọng của đất và cây trồng đối với canh tác.

Trong nỗ lực quản lý sản xuất trang trại thành công, cũng cần quan tâm đến các đặc tính của cây trồng. Sử dụng công nghệ cảm biến cây trồng, người nông dân có thể cải thiện điều kiện cây trồng bằng cách đo tiềm năng nước của cây trồng, chất lượng năng suất, giai đoạn phát triển (độ chín), mức độ dinh dưỡng, nhiễm trùng sâu bệnh và các yếu tố hình thái khác nhau như sinh khối, diện tích lá và sự phân bố. của thực vật và các cơ quan.

Công nghệ cảm biến cây trồng hoạt động bằng cách sử dụng một trong ba nguyên tắc đo lường:

• Cơ khí
• Âm học
• quang học

Cảm biến cây trồng cơ khí

Cảm biến cơ học hoạt động dựa trên sự tiếp xúc của nhà máy. Theo tham số đo được, chúng có thể được phân loại thành:

• Các cảm biến đo tiềm năng nước của cây trồng , tức là những thay đổi tương đối về áp suất căng của lá. Chiếc lá được đặt giữa hai nam châm để đo sự khác biệt giữa sức trương của cây và áp suất từ trường. Độ căng của cây thấp sẽ làm tăng áp suất từ trường, do đó cho thấy cây thiếu nước, cần phải tưới nước. Những cảm biến như vậy có thể đo lường những thay đổi về áp suất turgor của lá trong thời gian thực.

• Cảm biến đo mật độ sinh khối cây trồng ; trong đó cảm biến có một hệ thống con lắc đi qua cây trồng theo một góc nhất định, do đó phát hiện sự khác biệt trong cây trồng. Khi đo sinh khối cây trồng, cảm biến có ích vì nó điều chỉnh việc sử dụng nitơ trên các khu vực cụ thể cũng như đảm bảo bảo vệ thực vật tối ưu.

Cảm biến cắt âm thanh

Cảm biến âm thanh có một thiết bị linh tinh trong quản lý trang trại. Một số thiết bị mục tiêu là:

• Làm đất ; để phát hiện các hàng cây từ đất
• làm cỏ; để phát hiện thực vật từ cỏ dại
• Ứng dụng thuốc diệt cỏ ; để phát hiện thực vật từ cỏ dại
• thu hoạch trái cây ; để tìm quả bên trong tán cây
• Thu hoạch ngũ cốc và thức ăn gia súc ; để dò diện tích thu hoạch, tránh chồng chéo.

Các cảm biến này phát hiện cấu trúc hình học của cây bằng cách phát tín hiệu sóng siêu âm đến cây. Cảm biến phát ra tín hiệu dưới dạng quét lặp lại dưới một tần số nhất định (thường là 50-100 kHz). Do ứng dụng năng lượng siêu âm cho nhà máy, một số tiếng vang xảy ra . Mỗi tiếng vang chứa thông tin về cấu trúc hình học của cây, tức là cấu trúc của tán lá. Thông tin này có thể được thu thập bằng cách trích xuất các đặc điểm từ tín hiệu dội lại thành các đặc điểm hình học liên quan đến cấu trúc tán lá (kích thước, hình dạng, hướng và vị trí tổng thể của lá).

Ngoài ra, cấu trúc lá ảnh hưởng lớn đến lượng âm thanh siêu âm phản xạ . Nói chung, càng nhiều lá trên cây và lá càng lớn thì phần trăm âm thanh siêu âm sẽ bị cảm biến phản xạ càng lớn.

Cảm biến quang học

Có rất nhiều loại cảm biến quang học được sử dụng trong nông nghiệp để đo độ phản xạ của cây trồng nông nghiệp. Các cảm biến này có thể được phân loại theo nền tảng. Bao gồm các:

• Vệ tinh – sử dụng máy ảnh để thu thập hình ảnh từ khoảng cách xa
• Trên không (máy bay, UAV) – sử dụng máy ảnh để thu thập hình ảnh từ khoảng cách xa
• Dựa trên mặt đất – thu thập dữ liệu phản xạ từ khoảng cách ngắn và có thể lưu trữ dữ liệu đó trong tệp văn bản

Các cảm biến mặt đất cũng có thể được phân loại là chủ động hoặc thụ động dựa trên nguồn sáng. Cảm biến hoạt động có nguồn ánh sáng riêng . Nguồn này có thể là ánh sáng dải rộng hoặc bước sóng cụ thể . Ngược lại, cảm biến thụ động yêu cầu nguồn sáng bên ngoài, chẳng hạn như mặt trời và không thể hoạt động vào ban đêm. Chúng cũng có thể chỉ ra các số đọc khác nhau, không chính xác khi có mây hoặc bóng tối. Các cảm biến thụ động cần được đặt ở một khoảng cách chính xác so với cây trồng để có thể thu được độ phản xạ của cây trồng . Một yếu tố hạn chế khác là sự hiện diện của sương có thể thay đổi hệ số phản xạ ở cả vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại. Nói cách khác, nó làm tăng hệ số phản xạ nhưng lại ảnh hưởng đến vùng ánh sáng khả kiến.

Cảm biến crop quang học đánh giá các điều kiện crop khác nhau bằng cách sử dụng các bước sóng cụ thể, từ đơn sắc đến đa phổ (<10 dải sóng) và siêu phổ (>10 dải sóng) . Bằng cách chiếu ánh sáng có bước sóng cụ thể vào lá cây trồng, cảm biến có thể đo loại và cường độ của bước sóng ánh sáng phản xạ từ lá trở lại cảm biến.

Các sóng ánh sáng màu khác nhau có thể được sử dụng để đo các điều kiện cây trồng khác nhau.

Đo độ phản xạ của cây trồng, cảm biến quang học được sử dụng để đánh giá các điều kiện của cây trồng liên quan đến nitơ. Họ có thể ước tính các thông số cây trồng như LAI (Chỉ số diện tích lá), hàm lượng chất diệp lục trong lá, lớp phủ đất, chất khô, hàm lượng nước, năng suất, hàm lượng nitơ, v.v.

Một cảm biến quang, được kết nối với GPS, có thể sử dụng tọa độ địa lý để tạo bản đồ từ các phép đo phản xạ. Bản đồ này có thể giúp xác định các phần của lĩnh vực đang gặp nhiều căng thẳng hơn, do đó tiết kiệm được việc sử dụng đầu vào.

Kỷ nguyên khai thác dữ liệu đã bắt đầu

Canh tác dựa trên cảm biến là một hoạt động hàng ngày đang ngày càng trở nên quan trọng đối với ngày càng nhiều nông dân. Có khả năng theo dõi chính xác sự thay đổi trong lĩnh vực và đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu sẽ thay đổi hoàn toàn việc quản lý trang trại.

Canh tác chính xác cho phép nông dân xác định nhanh chóng và dễ dàng các yếu tố quan trọng của đất và cây trồng đối với canh tác. Do đó, công nghệ cảm biến cây trồng là một trong những phân khúc phát triển nhanh nhất trong canh tác chính xác. Phương pháp tiết kiệm chi phí này có thể cải thiện đáng kể năng suất cây trồng, đồng thời tiết kiệm đầu vào và bảo vệ môi trường.

Trong thời đại của công nghệ trang trại kỹ thuật số và các quyết định dựa trên dữ liệu, mọi nông dân đều có cơ hội làm cho việc canh tác trở nên hiệu quả và dễ dàng hơn bao giờ hết.