Viễn thám vệ tinh hay trạm khí tượng vi mô đồng ruộng? Hiểu rõ khác biệt và cách kết hợp

1. Hai cách xem ruộng: nhìn từ trên cao và đo ngay tại ruộng

Nông trại ra quyết định dựa trên số liệu, và bước đầu tiên là có được số liệu. Hiện có hai cách phổ biến nhất: một là viễn thám vệ tinh, tức vệ tinh chụp bề mặt Trái Đất từ không gian rồi phân tích tình trạng cây trồng từ ảnh; hai là trạm khí tượng vi mô đồng ruộng, tức lắp cảm biến ngoài ruộng để đo trực tiếp không khí, lượng mưa và đất.

Hai cách này thường được đem ra so sánh, như thể chỉ có thể chọn một. Nhưng chúng trả lời những câu hỏi khác nhau: vệ tinh trả lời “trên cả vùng, chỗ nào khác chỗ nào”, còn trạm đồng ruộng trả lời “ở đây, ngay lúc này ra sao”. Khi đã xác định rõ mình cần giải quyết loại vấn đề nào thì việc lựa chọn dễ dàng hơn nhiều.

2. Viễn thám vệ tinh giỏi việc gì?

Các vệ tinh quang học thường dùng trong nông nghiệp ghi lại ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng cận hồng ngoại do cây trồng phản xạ. Lá khỏe hấp thụ ánh sáng đỏ và phản xạ ánh sáng cận hồng ngoại; từ hai dải sóng này tính ra Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI), ta có thể thấy cây trồng sinh trưởng tươi tốt đến mức nào. Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS) cho biết NDVI là một trong những chỉ số thực vật được dùng phổ biến nhất.

Lấy vệ tinh Sentinel-2 của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) làm ví dụ, ảnh có độ phân giải tối đa 10 mét, và một lần chụp có bề rộng khoảng 290 km. Điều này mang lại một số lợi thế rõ rệt:

• Phạm vi rộng: xem được vài chục đến hàng trăm thửa ruộng cùng lúc, phù hợp để giám sát ở quy mô doanh nghiệp nông nghiệp, hợp tác xã hoặc khu vực.
• Không cần đến tận nơi: khoanh vùng ruộng trên máy tính là xem được, phù hợp với những thửa ruộng nằm rải rác nhiều nơi.
• Có thể xem lại lịch sử: vệ tinh tích lũy ảnh trong thời gian dài, cho phép so sánh sinh trưởng năm nay với cùng kỳ các năm trước.
• Tìm ra điểm khác biệt: trong cùng một thửa ruộng, khu nào sinh trưởng yếu hơn rất dễ nhận ra trên ảnh.

3. Ba đặc tính cần biết trước khi dùng dữ liệu vệ tinh

Đặc tính của vệ tinh xuất phát từ cách quan sát của nó; hiểu những đặc tính này thì mới dùng đúng chỗ:

• Chỉ chụp khi bay qua: vệ tinh chạy theo quỹ đạo cố định và chỉ chụp được khi bay qua. Hai vệ tinh Sentinel-2 cộng lại chụp được cùng một vị trí khoảng 5 ngày một lần ở vùng gần xích đạo, thời điểm bay qua cố định vào khoảng 10:30 sáng theo giờ địa phương. Một số chòm vệ tinh thương mại có thể chụp đất liền hằng ngày, nhưng một ngày thường cũng chỉ có một thời điểm.
• Ảnh quang học bị mây che: vệ tinh quang học dựa vào ánh sáng phản xạ, mây che thì không thấy mặt đất. Nghiên cứu được NASA trích dẫn cho biết bề mặt Trái Đất thường có khoảng hai phần ba bị mây phủ. Vào mùa mưa hoặc ở vùng nhiều mây, có thể nhiều lần liên tiếp không chụp được hình ảnh rõ ràng. Vệ tinh radar có thể xuyên qua mây, nhưng các hạng mục phân tích được khác với vệ tinh quang học.
• Chỉ thấy bề mặt và giá trị trung bình theo khối: vệ tinh nhìn thấy mặt lá và bề mặt đất. Lấy vệ tinh độ ẩm đất SMAP của NASA làm ví dụ, giá trị đo là trung bình của lớp bề mặt sâu khoảng 5 cm, theo từng ô 9 km, phù hợp để xem độ khô ẩm theo vùng chứ không phải để xem từng thửa ruộng. Độ pH, độ dẫn điện của đất hay oxy hòa tan trong ao cá vẫn phải dùng đầu dò đo trực tiếp.

4. Trạm khí tượng vi mô đồng ruộng giỏi việc gì?

Trạm khí tượng vi mô đồng ruộng là một bộ cảm biến lắp ngoài ruộng, đo giá trị thực tế “tại vị trí này, vào thời điểm này”:

• Ghi nhận liên tục: đo cả ban ngày, ban đêm, ngày âm u và khi trời mưa, nên không bỏ sót những thay đổi chỉ diễn ra trong vài giờ như nhiệt độ thấp lúc sáng sớm hay mưa lớn buổi chiều.
• Thông báo tức thời: khi số liệu vượt ngưỡng đã đặt, điện thoại nhận được thông báo ngay, không phải chờ lần phân tích tiếp theo.
• Đo trực tiếp: lượng mưa, tốc độ gió, nhiệt độ đất, độ ẩm, độ dẫn điện (EC) và độ pH đều là số liệu do cảm biến đo trực tiếp.
• Liên động thiết bị: khi kết hợp với thiết bị điều khiển, có thể tự động mở nước lúc đất quá khô, biến số liệu thành hành động.

Trạm đồng ruộng cũng có giới hạn: một trạm chỉ đại diện cho tình hình xung quanh nó, khi ruộng rất lớn hoặc địa hình chênh lệch nhiều thì cần đặt thêm nhiều điểm, và chi phí lắp đặt, bảo trì cũng tăng theo.

5. Một bảng để thấy rõ khác biệt giữa hai phương án

6. Chọn thế nào? Bắt đầu từ vấn đề quý vị cần giải quyết

• Nhiều thửa ruộng, diện tích lớn, muốn biết khu nào sinh trưởng kém hơn: viễn thám vệ tinh là điểm khởi đầu rất tốt.
• Cần phòng sương giá, mưa lớn, hoặc nắm môi trường tức thời của nhà kính, vườn cây ăn quả: cần phép đo liên tục và thông báo tức thời của trạm đồng ruộng.
• Muốn hệ thống tưới, quạt, lưới che nắng tự động bật tắt theo số liệu: cần trạm đồng ruộng kết hợp thiết bị điều khiển.
• Cần số liệu EC, pH của đất hoặc chất lượng nước: phải dùng đầu dò tiếp xúc trực tiếp với đất hoặc nước.
• Cần tất cả những điều trên: dùng cả hai cùng nhau.

7. Kết hợp thế nào: vệ tinh nhìn toàn vùng, trạm đồng ruộng nhìn ngay lúc này

Vệ tinh và trạm đồng ruộng không mâu thuẫn nhau; khi kết hợp, mỗi bên đảm nhận một vai trò:

Vệ tinh tìm ra khu vực cần chú ý → Trạm đồng ruộng xác nhận tình hình hiện trường lúc này → Thiết bị điều khiển tự động xử lý

Cách làm thực tế là: trước tiên dùng ảnh vệ tinh tìm ra những khu vực sinh trưởng có chênh lệch, đặt trạm đồng ruộng ở vị trí mang tính đại diện làm điểm tham chiếu mặt đất. Khi ảnh vệ tinh cho thấy một khu vực yếu hơn, có thể đối chiếu độ ẩm đất và lượng mưa của khu đó để xác định có phải do thiếu nước hay không; giữa hai lần có ảnh vệ tinh, trạm đồng ruộng tiếp tục giám sát và thông báo ngay khi có bất thường. Nếu số liệu hai bên có thể đưa vào cùng một hệ thống, người quản lý sẽ không phải chuyển qua lại giữa hai nền tảng.

8. Cách làm của YenProtek: để ruộng tự báo cáo, để thiết bị tự ra tay

FarmerPack là trạm khí tượng vi mô đồng ruộng dạng mô-đun, chạy bằng năng lượng mặt trời, do YenProtek tự nghiên cứu phát triển; có 19 mô-đun cảm biến để lựa chọn theo nhu cầu, chu kỳ lấy mẫu tùy chỉnh từ 1 phút đến 24 giờ. Khi mạng không ổn định, dữ liệu được lưu trước vào thẻ nhớ và tự động gửi bù sau khi kết nối trở lại. Khi số liệu bất thường, có thể thông báo qua thông báo đẩy trên ứng dụng, LINE, SMS hoặc Email.

Khi kết hợp với Smart Control Box, quý vị có thể cài quy tắc trên điện thoại, chẳng hạn “khi độ ẩm đất thấp hơn giá trị đã đặt thì mở van nước”, để máy bơm, van điện từ, quạt sẵn có tự động khởi động và dừng theo số liệu; khi mất mạng, hộp điều khiển tiếp tục vận hành theo cài đặt được tải từ đám mây lần gần nhất.

Nền tảng đám mây của YenProtek cũng cung cấp API và MCP (chuẩn mở để trợ lý AI đọc dữ liệu bên ngoài), kết nối số liệu đồng ruộng vào hệ thống quản lý nông trại hoặc nền tảng viễn thám vệ tinh sẵn có, để số liệu mặt đất và số liệu vệ tinh có thể dùng cùng nhau. Nếu muốn xem trước giao diện thực tế của nền tảng, mời quý vị điền biểu mẫu đăng ký tài khoản demo, chúng tôi sẽ liên hệ với quý vị.

FAQ | Câu hỏi thường gặp về viễn thám vệ tinh và trạm khí tượng đồng ruộng

Q1: Xem ruộng bằng vệ tinh là đủ, có còn cần lắp cảm biến không?

Tùy vào việc quý vị cần gì. Nếu chỉ cần so sánh tình trạng sinh trưởng của cây trồng trên diện rộng thì vệ tinh rất phù hợp; còn nếu cần cảnh báo tức thời, các phép đo trực tiếp như EC và pH của đất, hoặc muốn tưới tự động theo số liệu, thì cần cảm biến đồng ruộng. Hai phương án có vai trò khác nhau và có thể dùng cùng nhau.

Q2: Viễn thám vệ tinh cập nhật bao lâu một lần?

Tùy vào vệ tinh. Lấy Sentinel-2 làm ví dụ, hai vệ tinh cộng lại chụp được cùng một vị trí khoảng 5 ngày một lần ở vùng gần xích đạo; một số chòm vệ tinh thương mại có thể chụp hằng ngày. Ảnh quang học không nhìn thấy mặt đất khi có mây, nên số ảnh dùng được trên thực tế ít hơn số lần chụp.

Q3: Vệ tinh có đo được độ ẩm đất không?

Có thể ước tính. Vệ tinh có thể ước tính độ ẩm đất từ tín hiệu radar hoặc tín hiệu phổ, phù hợp để xem xu hướng theo vùng; nhưng giá trị đo là giá trị của lớp bề mặt hoặc trung bình theo từng khối. Muốn biết độ ẩm thực tế của một thửa ruộng ở một độ sâu cụ thể, hoặc đo EC và pH của đất, vẫn cần cảm biến cắm xuống đất.

Q4: Cần đặt bao nhiêu trạm khí tượng đồng ruộng?

Tùy vào diện tích ruộng, địa hình và cách chia vùng cây trồng. Một trạm đại diện cho tình hình xung quanh vị trí đặt; với những thửa ruộng có địa hình hoặc đất đai chênh lệch lớn, nên đặt mỗi trạm ở mỗi khối có điều kiện khác nhau. Quý vị cũng có thể dùng ảnh vệ tinh để tìm những khu vực chênh lệch lớn trước, rồi mới quyết định vị trí đặt.

Q5: Dữ liệu vệ tinh và số liệu đồng ruộng có thể đưa vào cùng một hệ thống không?

Có, với điều kiện hệ thống của cả hai bên đều mở giao diện kết nối. Nền tảng đám mây của YenProtek cung cấp API và MCP để kết nối số liệu đồng ruộng như của FarmerPack vào hệ thống hiện có; cách thực hiện cụ thể sẽ được đánh giá dựa trên giao diện mà hệ thống bên kia mở.

Tài liệu tham khảo và đọc thêm

Tài liệu tham khảo:

• ESA：Sentinel-2 Facts and figures
• Copernicus SentiWiki：Sentinel-2 Mission
• NASA：Cloudy Earth
• ESA：Sentinel-1 seeing through clouds
• NASA：SMAP's First High-Resolution Global Soil Moisture Map
• USGS：NDVI, the Foundation for Remote Sensing Phenology
• NASA Earthdata：Commercial SmallSat Data Acquisition — Planet

Đọc thêm:

• Không chỉ đo nhiệt độ, độ ẩm: Có những loại cảm biến nông nghiệp nào? Hiểu trọn từ đất, khí tượng, chất lượng nước đến giám sát môi trường
• Hệ thống tưới phun tự động là gì? Đừng tưới theo cảm tính nữa, hãy để hệ thống tự bật tắt theo môi trường
• Đừng vội chọn Wi-Fi: Chọn công nghệ truyền thông IoT thế nào? LoRa, NB-IoT, 4G phù hợp với những môi trường nào?
• Nông nghiệp chính xác là gì? Công cụ số hóa chi phí thấp mà nông hộ nhỏ cũng dùng được

Nếu quý vị đang cân nhắc viễn thám vệ tinh, trạm khí tượng vi mô đồng ruộng, hoặc cách dùng cả hai cùng nhau, mời trao đổi với YenProtek; chúng tôi sẽ hỗ trợ lập kế hoạch giám sát và điều khiển phù hợp dựa trên quy mô khu vực canh tác, cây trồng và nhu cầu quản lý của quý vị.