Giám sát vùng trồng lúa bằng dữ liệu vệ tinh: Hướng đi mới cho nông nghiệp chính xác tại Việt Nam

Ngành nông nghiệp trồng lúa đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh lương thực quốc gia và phát triển kinh tế xã hội, tuy nhiên hiện nay đang phải đối mặt với nhiều thách thức, ảnh hưởng đến việc suy giảm năng suất cây trồng. Nguyên do của các vấn đề đó chính là ảnh hưởng tác động của biến đổi khí hậu, chuyển đổi mục đích sử dụng đất, hạn chế trong công tác quản lý, giám sát quá trình sản xuất.

Trong bối cảnh công nghệ phát triển như hiện nay, việc ứng dụng công nghệ cao như công nghệ vũ trụ trong công tác theo dõi, giám sát vùng trồng lúa đang được triển khai ngày một rộng rãi. Với ưu thế giám sát trên diện rộng, tần suất giám sát ổn định nhờ sử dụng các nguồn dữ liệu ảnh có độ phủ lớn, công nghệ viễn thám hỗ trợ việc tính toán diện tích trồng lúa, theo dõi quá trình sinh trưởng qua từng giai đoạn, phát hiện các khu vực sâu bệnh và dự báo năng suất lúa dựa trên phương pháp chiết tách thông tin có sử dụng trí tuệ nhân tạo và các mô hình học máy, học sâu.

Trong số các giải pháp công nghệ hiện nay, nổi bật là nền tảng địa không gian thông minh GEOHUB do Công ty TNHH Công nghệ Sao Vega phát triển. GEOHUB tích hợp dữ liệu viễn thám với công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI), cho phép giám sát cây trồng theo thời gian thực, cảnh báo bất thường sớm và đưa ra thông tin hỗ trợ ra quyết định cho hợp tác xã, doanh nghiệp nông nghiệp và cơ quan quản lý.

Hoạt động nông nghiệp trong nước diễn ra trên quy mô rộng lớn

Ngành viễn thám (Remote Sensing) khai thác dữ liệu được thu thập từ xa bởi các thiết bị trên không như máy bay, máy bay không người lái,..., và thiết bị ngoài vũ trụ như vệ tinh, cung cấp khả năng thu thập thông tin liên tục theo chu kỳ trên một khu vực rộng lớn. Nền tảng địa không gian thông minh GEOHUB, được phát triển bởi Công ty TNHH Công nghệ Sao Vega, một nền tảng quản lý theo quy trình khép kín, cho phép người khai thác ứng dụng của công nghệ viễn thám thông qua việc tìm kiếm, tích hợp, quản lý dữ liệu đa nguồn, khả năng xử lý, phân tích dữ liệu nhanh chóng và các công cụ báo cáo thống kê tiện lợi. Geohub cung cấp ứng dụng giám sát vùng trồng lúa, theo dõi quá trình sinh trưởng và phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường để kịp thời đưa ra cảnh báo, thực hiện can thiệp tập trung, tiết kiệm kinh phí cho hợp tác xã, người nông dân.

Công nghệ vệ tinh cung cấp hai loại dữ liệu ảnh riêng biệt là quang học (optical) và radar. Mỗi loại dữ liệu có ưu và nhược điểm riêng, với khả năng cung cấp loại hình thông tin khác nhau, và thường xuyên được sử dụng phối hợp với nhau để đạt được giá trị dữ liệu cao nhất cho công tác phân tích và xử lý. Việc kết hợp ảnh quang học và ảnh radar trong ứng dụng giám sát vùng trồng lúa cũng đã mang lại hiệu quả cụ thể.

Ảnh vệ tinh quang học hoạt động tương tự như hình ảnh mắt người nhìn thấy được, cung cấp các hình ảnh trực quan về vùng trồng lúa, cho thấy rõ các khu vực phát triển ổn định hay có dấu hiệu bất thường một cách tổng quát. Từ dữ liệu ảnh quang học, các chuyên gia có thể thực hiện tính toán được các chỉ số quan trọng như NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) hay còn gọi là chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa, một chỉ số quan trọng được sử dụng để đánh giá sức khỏe và sự phát triển của các loại thực vật.

Khác với ảnh quang học, ảnh radar không hiển thị dưới dạng ảnh đa sắc, dữ liệu radar là cường độ tín hiệu được ghi nhận bởi cảm biến sau khi đã tương tác với các đối tượng trên bề mặt Trái Đất. Tuy khả năng biểu diễn tính chất vật lý đặc trưng của đối tượng trên bề mặt rất cao, dữ liệu radar được đánh giá là khó giải đoán và hiểu trực tiếp bởi sự phức tạp của bản chất tín hiệu radar và cách thông tin được hiển thị. Khi cây lúa phát triển, các đặc điểm vật lý như chiều cao và độ rậm rạp tán lá sẽ thay đổi. Những chuyển biến này sẽ tạo ra sự khác biệt trong cường độ tín hiệu radar phản xạ lại, hay còn được gọi là giá trị tán xạ ngược, dựa trên đặc điểm phân cực của radar (ngang và dọc) tương ứng với hai kiểu tín hiệu phổ biến được sử dụng:

● Phân cực VV (tín hiệu tới và tín hiệu phản xạ có phương dọc): thể hiện rõ thông tin về độ ẩm và cấu trúc thân cây lúa (các đối tượng có sự phân bổ vật lý theo chiều dọc)

● Phân cực VH (tín hiệu tới có phương dọc và tín hiệu phản xạ có phương ngang): bằng cách phối hợp hai loại phân cực, biểu diễn rõ độ phát triển về chiều cao, mật độ, và độ rậm rạp của tán thực vật.

Trên nền tảng GEOHUB, các dữ liệu ảnh radar và quang học được kết hợp, xử lý và trực quan hóa theo từng lô thửa canh tác, cho phép theo dõi diễn biến sinh trưởng của lúa theo thời gian thực, hỗ trợ dự báo năng suất chính xác.

Thông qua việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh, các thông số sinh trưởng của cây lúa được ghi nhận và phân tích qua thời gian, tương ứng với các giai đoạn khác nhau:

- Giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng

- Giai đoạn sinh sản (Hình thành năng suất) (Ngày 35-60)

- Giai đoạn lúa chín (Ngày 70-100)

Biểu đồ giá trị tán xạ theo phân cực VH của lúa qua các mùa vụ từ 2020 đến 2022

Bản đồ giám sát sinh trưởng lúa tương ứng với các giai đoạn phát triển

Ứng dụng viễn thám không chỉ là một bước tiến lớn về công nghệ mà còn là một sự đổi mới trong cách chúng ta tiếp cận và khai thác thông tin. Công nghệ này mang lại cơ hội cho người dùng tiếp cận nguồn dữ liệu một cách nhanh chóng, hiệu quả và bền vững hơn so với các phương pháp truyền thống. Với những ưu điểm vượt trội và khả năng ứng dụng rộng rãi, công nghệ vũ trụ đóng vai trò rất quan trọng trong nỗ lực giúp số hóa ngành nông nghiệp Việt Nam. Qua đó, các nhà quản lý, hợp tác xã và người nông dân có thêm một công cụ hữu hiệu để chủ động giám sát mùa vụ, đồng thời sớm xây dựng các phương án ứng phó, giảm thiểu tối đa những khó khăn trước mắt cũng như trong tương lai.

Với GEOHUB – giải pháp địa không gian thông minh “Make in Vietnam” – Công ty Công nghệ Sao Vega đang góp phần đưa dữ liệu vũ trụ đến gần hơn với người nông dân, thúc đẩy một nền nông nghiệp chính xác, hiện đại và bền vững cho Việt Nam.

P.V