Ứng dụng IoT trong nuôi trồng thủy sản

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ thông tin và Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vừa thử nghiệm thành công hệ thống Giám sát Tự động Thông số Chất lượng Nước Nuôi trồng Thủy sản dựa trên Internet.

Đây là một bước tiến quan trọng đối với sự phát triển bền vững của nông nghiệp công nghệ cao, giúp nâng cao hiệu suất quản lý và chăm sóc nuôi trồng thủy sản thông qua việc áp dụng khoa học và công nghệ, góp phần cải thiện cả khía cạnh kinh tế và xã hội.

Nghiên cứu ứng dụng Internet vạn vật trong nuôi trồng thuỷ sản

Chuyên gia Phạm Ngọc Minh từ Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, là thành viên của nhóm tác giả của công nghệ này, đã chia sẻ rằng nguồn gốc của công nghệ này bắt nguồn từ tình hình thực tế nuôi trồng thủy sản tại các tỉnh thuộc Đồng bằng sông Cửu Long. 

Đây là khu vực đang đối mặt với nhiều vấn đề liên quan đến dịch bệnh, nguyên nhân chính là chất lượng nước không đảm bảo. Các nhà khoa học thuộc Viện đã tiến hành nghiên cứu và phát triển giải pháp sử dụng công nghệ Internet vạn vật để tự động giám sát một số thông số liên quan đến chất lượng nước trong quá trình nuôi trồng thủy sản.

Theo chuyên gia Phạm Ngọc Minh, việc quan trắc các khu vực nuôi trồng thủy sản thường xuyên đóng một vai trò vô cùng quan trọng, giúp người nuôi thủy sản (bao gồm cả người nuôi tôm) có khả năng theo dõi môi trường ao nuôi một cách tự động và phát hiện kịp thời các tác động xấu đến ao nuôi. 

Nhờ vào việc quan trắc này, các cơ quan quản lý cũng có thể dễ dàng đánh giá tác động của các hoạt động nuôi trồng thủy sản lên môi trường xung quanh, từ đó có thể áp đặt biện pháp quản lý hợp lý.

Cách hoạt động hệ thống Internet vạn vật trong nuôi trồng thuỷ sản

Công nghệ Internet vạn vật đã được ứng dụng để giám sát tự động các thông số liên quan đến chất lượng nước trong quá trình nuôi trồng thủy sản. Hệ thống này được thiết kế để theo dõi các khu vực nuôi trồng có diện tích lớn thông qua việc triển khai mạng cảm biến không dây, hạ tầng máy chủ, phần mềm và Internet, nhằm lưu trữ, phân tích, và cảnh báo kịp thời về bất kỳ biến động nào trong môi trường. Mục tiêu của hệ thống là giảm thiểu rủi ro và tối ưu hóa hiệu suất của quá trình nuôi trồng thủy sản.

Trạm đo môi trường nuôi trồng

Hệ thống sử dụng các trạm đo được thiết kế với phao nổi trên mặt nước của ao để thu thập thông số môi trường tự động như nhiệt độ, độ mặn, độ pH, độ oxy hòa tan (DO) và độ oxy hóa khử (ORP). Các trạm đo thuộc hệ thống tích hợp các module cảm biến, bo mạch xử lý trung tâm và bo mạch truyền thông không dây.

Các trạm đo này có khả năng tự xử lý, tính toán mạnh mẽ và được tích hợp thêm module truyền thông không dây GPRS/3G, cho phép thực hiện các thuật toán phức tạp như đa truy nhập và tổng hợp dữ liệu trước khi gửi chúng về máy chủ xử lý dữ liệu.

Mỗi trạm đo có khả năng tự cấu hình và có thể hoạt động độc lập, hoặc có thể điều khiển từ xa thông qua giao thức TCP/IP qua mạng không dây. Để đảm bảo hoạt động liên tục trong thời gian dài, trạm giám sát tự động được trang bị module cung cấp năng lượng từ pin mặt trời và lưu trữ năng lượng điện. 

Đồng thời, chúng được lắp đặt trên hệ thống phao chuyên dụng với cơ cấu cơ khí cân bằng, chịu tải trọng lớn (tổng trọng tải trên phao từ 55 đến 60kg). Vật liệu chế tạo phao và khung cơ khí là Inox 304, chịu được môi trường ngoài trời và tiếp xúc với hơi muối. 

Điều này đảm bảo rằng các trạm đo có thể hoạt động một cách đáng tin cậy trên mặt nước và thu thập dữ liệu môi trường một cách tự động, linh hoạt và liên tục, nhờ vào nguồn năng lượng từ mặt trời.

Máy chủ thu thập dữ liệu

Máy chủ xử lý dữ liệu chịu trách nhiệm kết nối thông tin từ các trạm đo và cung cấp thông tin cho người dùng thông qua giao diện Web hoặc ứng dụng cho hệ điều hành Android, tất cả đều được thực hiện trên Internet.

Hệ thống cũng bao gồm một trạm giám sát và thu thập dữ liệu được đặt trên mặt đất, nhằm mục đích lưu trữ và xử lý thông tin được gửi từ các trạm đo độc lập đặt trên ao nuôi tôm thông qua mạng LoRa. Trạm giám sát này sử dụng hai loại module truyền thông: Module LoRa và module 3G/4G-LTE.

Module LoRa của trạm giám sát thu thập tín hiệu từ module LoRa của các trạm đo khác và chuyển tín hiệu này đến thiết bị điều khiển trung tâm để tiến hành xử lý. Sau đó, dữ liệu được truyền tới Module 3G/4G-LTE, nơi chúng được lưu trữ và hiển thị trên giao diện của máy chủ web.

Trạm giám sát cũng có khả năng gửi thông báo qua tin nhắn SMS đến số điện thoại của người quản lý khi có vượt ngưỡng đáng chú ý. Trạm thường được trang bị một màn hình tương tác để giao tiếp với người dùng, cho phép người vận hành theo dõi các thay đổi và biến động trong môi trường ngay lập tức, cùng với việc cảnh báo vượt ngưỡng mà không cần phải truy cập vào máy chủ web. Mỗi trạm giám sát trung tâm có khả năng quản lý lên đến 100 trạm đo di động.

Đồng thời, trạm thu thập dữ liệu được đặt tại các vị trí phù hợp trong khu vực nuôi tôm để có thể giao tiếp với tất cả các trạm giám sát tự động trên các phao thông qua kết nối mạng không dây và truyền dữ liệu tới máy chủ xử lý trung tâm qua mạng di động.

Hệ thống cung cấp nhiều biểu đồ và bảng biểu (bao gồm cả dạng số và đồ thị) để hiển thị thông tin một cách trực quan. Từ đó giúp người dùng theo dõi, đánh giá chất lượng nước và môi trường nuôi trồng thủy sản một cách chi tiết.