Khái niệm về nông nghiệp đô thị.

Về vị trí, nông nghiệp đô thị nằm trong hoặc gần các trung tâm dân cư đông đúc, thông thường là các đô thị từ cấp thị xã, thành phố.

Về quy mô, nông nghiệp đô thị có quy mô vừa và nhỏ, tận dụng các không gian sân thượng, ban công, các khoảnh đất trống, công viên hoặc tận dụng các container để trồng cây.

Về công nghệ, nông nghiệp đô thị ứng dụng các công nghệ - kỹ thuật cao như phương pháp canh tác thủy canh, khí canh, ứng dụng internet vạn vật (IoT), chiếu sáng thông minh bằng đèn LED hoặc ứng dụng các kỹ thuật nhà kính thông minh.

Mục tiêu của nông nghiệp đô thị là cung cấp nguồn thực phẩm (rau, thịt, cá, …) tươi sống tại chỗ, giảm chi phí vận chuyển và tránh tình trạng thực phẩm bị biến đổi chất do quá trình vận chuyển không đảm bảo. Bên cạnh đó nông nghiệp đô thị còn cải thiện môi trường cảnh quan đô thị, tăng cường mảng xanh, tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà và gắn kết cộng đồng.

Hình 1. Vườn rau thổ canh trên không gian sân thượng đô thị.

Khái niệm về nông nghiệp thông minh.

Nông nghiệp thông minh là mô hình sản xuất nông nghiệp ứng dụng công nghệ hiện đại và dữ liệu để nâng cao năng suất và chất lượng, giảm chi phí và tối ưu việc sử dụng các tài nguyên như nước, đất, phân bón, năng lượng, …

Điểm cốt lõi của nông nghiệp thông minh là quản lý chính xác các khâu: đo lường, phân tích và điều khiển.

Các đặc trưng cơ bản của nông nghiệp thông minh bao gồm:

- Ứng dụng IoT và cảm biến để giám sát độ ẩm đất, nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng, …theo thời gian thực.

- Tự động hóa các khâu tưới tiêu, bón phân, chiếu sáng, thu hoạch.

- Dự báo và phân tích dữ liệu dựa trên việc kết hợp giữa trí tuệ nhân tạo (AI) và dữ liệu lớn (big data).

- Nông nghiệp chính xác: cung cấp đúng và đủ lượng nước, phân thuốc cho đúng loại cây theo đúng thời điểm, đúng vị trí.

- Bền vững: giảm lãng phí tài nguyên và tác động xấu đến môi trường.

Hình 2. Mô hình nông nghiệp thông minh.

Vai trò của nông nghiệp đô thị thông minh.

- Nông nghiệp đô thị thông minh có vai trò quan trọng trong đời sống đô thị.

- Đảm bảo an ninh lương thực tại chỗ cho cư dân đô thị với nguồn thực phẩm tươi, sạch, giàu dinh dưỡng ngay trong không gian đô thị.

- Tối ưu hóa diện tích và tài nguyên bằng cách sử dụng các công nghệ thủy canh, khí canh, aquaponics trong không gian hạn chế như mái hiên, ban công, nhà kính. Các hệ thống tưới nhỏ giọt giúp tiết kiệm đến 90% lượng nước so với cách tưới truyền thống.

- Giảm tác động môi trường nhờ vào việc tăng cường mảng xanh đô thị, tái sử dụng nước thải sinh hoạt và rác thải hữu cơ làm phân bón, …

- Nâng cao chất lượng của các sản phẩm nông nghiệp nhờ sử dụng các công nghệ hiện đại để kiểm soát.

- Tạo cơ hội kinh tế và cộng đồng đô thị bằng cách phát triển các startup nông nghiệp công nghệ cao ngay trong không gian đô thị.

Hình 3. Trang trại thẳng đứng (Vertical Farm) của nông nghiệp đô thị thông minh

• Ứng dụng của IoT và AI vào nông nghiệp đô thị thông minh.

  Các thành phần chính của IoT ứng dụng vào nông nghiệp đô thị thông minh bao gồm:

  - Các hệ thống cảm biến nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, độ pH, nồng độ dinh dưỡng, khí carbonic, ánh sáng, …giúp thu thập dữ liệu đầu vào.

  - Bộ điều khiển trung tâm ứng dụng vi điều khiển hoặc PLC để xử lý dữ liệu và ra lệnh cho cơ cấu chấp hành hoạt động.

  - Các thiết bị chấp hành như bơm tưới, van điện, quạt thông gió, đèn LED, máy phun sương siêu âm, …

  - Các nền tảng kết nối như wifi, LoRa, Zigbee, …để truyền dữ liệu về điện thoại hoặc máy chủ.

  - Phần mềm quản lý ứng dụng trên smartphone hoặc web để hiển thị dữ liệu, đưa ra cảnh báo, cho phép điều khiển từ xa.

  Các lợi ích khi ứng dụng IoT vào nông nghiệp đô thị thông minh:

  - Giảm từ 30% đến 50% lượng nước tưới và phân bón.

  - Giảm mạnh chi phí nhân công theo dõi, chăm sóc.

  - Cây trồng và vật nuôi phát triển đồng đều, chất lượng ổn định.

  - Hạn chế các rủi ro do thời tiết bất lợi hoặc sâu bệnh gây ra.

  - Phù hợp với không gian đô thị, nơi có diện tích chật hẹp nhưng lại yêu cầu năng suất và chất lượng vượt trội.

  Các ứng dụng của trí tuệ nhân tạo (AI) vào nông nghiệp đô thị thông minh bao gồm:

  - Giám sát và chẩn đoán cây trồng: sử dụng mô hình computer vision để nhận diện sâu bệnh và thiếu dinh dưỡng thông qua phân tích hình ảnh lá, thân, hoa, …và đưa ra gợi ý xử lý như bổ sung phân bón, phun chế phẩm sinh học hoặc thay đổi ánh sáng, …

  - Quản lý khí hậu và môi trường chặt chẽ: các dữ liệu được thu thập bởi cảm biến được AI phân tích để tự động điều chỉnh các cơ cấu chấp hành vận hành phù hợp.

  - Dự báo năng suất và lập kế hoạch trồng: AI kết hợp các dữ liệu về thời tiết, mùa vụ, giống cây, lịch chăm sóc, …để ước lượng sản lượng và thời điểm thu hoạch tối ưu.

  - Tối ưu hóa tưới tiêu và dinh dưỡng: AI dự đoán nhu cầu nước và phân bón theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, từng khu vực trồng trọt.

  - Tự động hóa thu hoạch và phân loại: robot AI nhận diện trái chín để tự động thu hoạch hay camera AI phân loại rau trái theo kích cỡ, màu sắc, độ chín, …trước khi đóng gói.

  
• Hình 4. Robot AI nhận diện và thu hoạch trái cây.

• Tài liệu tham khảo

• Food and Agriculture Organization (FAO). (2021). The Role of Digital Agriculture in Sustainable Urban Food Systems. Rome: FAO.

• Wolfert, S., Ge, L., Verdouw, C., & Bogaardt, M.-J. (2017). Big Data in Smart Farming – A review. Agricultural Systems, 153, 69–80.

• Zhang, Y., & Wang, L. (2020). IoT-based Smart Agriculture: Technologies, Applications, and Challenges. IEEE Access, 8, 142377–142390.

• Nguyen, T. P., & Le, D. H. (2022). Ứng dụng IoT trong nông nghiệp chính xác tại Việt Nam. Tạp chí Khoa học Công nghệ Nông nghiệp Việt Nam, 3(5), 45–52.

• Lee, J., Kim, S., & Park, J. (2021). Artificial Intelligence Applications in Smart Urban Agriculture. Computers and Electronics in Agriculture, 189, 106403.