Nông nghiệp thông minh dựa trên ba nền tảng trụ cột gồm: khoa học, đột phá và công nghệ không gian. Với sự trợ giúp của các cảm biến trên mặt đất, dưới nước và trên không thì vệ tinh và thiết bị giám sát thu thập dữ liệu lớn từ không gian địa lý, phân tích và áp dụng vào canh tác và bảo vệ cây trồng một cách thông minh; từ đó đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng đất, giảm lãng phí nước trong quá trình tưới tiêu và chia sẻ thông tin nông nghiệp với nông dân. Công nghệ đột phá trong sử dụng máy bay không người lái, xử lý gen thực vật, di truyền; dữ liệu lớn và internet vạn vật (IoT) sẽ sử dụng hiệu quả tất cả các loại năng lượng như gió thông minh và năng lượng mặt trời, ứng dụng dựa trên trí tuệ nhân tạo. Một số đổi mới này đã được sử dụng ở các quốc gia phát triển. Nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nền kinh tế nên việc sử dụng kỹ thuật số canh tác ở các vùng nông thôn sẽ đem lại lợi ích cho ngành nông nghiệp. Đến năm 2030, dự kiến 85% dân số thế giới sẽ sống ở các nước đang phát triển. Trong bối cảnh đó, việc phát triển công nghệ theo hướng dữ liệu lớn là cấp thiết đối với các nước đang phát triển nhằm tăng GDP và đảm bảo an ninh lương thực cho người dân.

Nông nghiệp thông minh là khái niệm thực hiện canh tác theo phương thức sáng tạo, sử dụng các công nghệ mới nhất để tăng sản lượng và chất lượng nông sản. Đây là tương lai của lĩnh vực sản xuất thực phẩm, chứng nhận an toàn thực phẩm của thế giới. Nó giúp nông dân giảm bớt sức lao động đồng thời tăng sản lượng canh tác do tiết kiệm được phân bón, lao động, giống và nước. Nông nghiệp thông minh đang được áp dụng trên quy mô lớn bằng cách sử dụng IoT (Internet vạn vật), AI (trí tuệ nhân tạo) và phân tích dữ liệu lớn ở các quốc gia phát triển. Phân tích dữ liệu lớn trong nông nghiệp sẽ cung cấp thông tin chi tiết, phù hợp cho nông dân giúp đảm bảo đạt năng suất khổng lồ. Sự phát triển của công nghệ quan sát trái đất (EO), đặc biệt là viễn thám vệ tinh (SRS), đã cung cấp dữ liệu viễn thám (RS) trên quy mô rất lớn cho nghiên cứu nông nghiệp và các ứng dụng khác. Năng suất của cây trồng ở các vùng khác nhau có điều kiện canh tác cụ thể, tác động của thiên tai đối với năng suất được đánh giá bằng cách sử dụng phân tích dữ liệu nông nghiệp thông qua máy móc (ML). Đối với điều này, các mô hình AI tích hợp và đa quy mô đã được sử dụng để dự đoán sự thay đổi của cây trồng trong các hoàn cảnh khác nhau. Ngày nay, công nghệ di động đã lan rộng ở những khu vực nông thôn tại các quốc gia đang phát triển. Sự phổ biến của công nghệ di động thông minh ở những vùng xa xôi, hẻo lánh nhất của các quốc gia đang phát triển cung cấp một nền tảng không thể bắt chước để đưa các nhà sản xuất ở nông thôn gần hơn với người tiêu dùng, liên kết với các nhà đầu tư để thu hút đầu tư tài chính và chuyển giao công nghệ. Với nền tảng phù hợp, sẽ có cơ hội tạo ra giá trị lâu dài, hướng đến với hiệu quả tài chính, cải thiện an toàn thực phẩm và cuối cùng là người nông dân ít phải tác động trực tiếp lên quá trình sản xuất. Đất phải được quan sát và nuôi dưỡng liên tục để duy trì độ phì nhiêu vì nó là một trong những thành phần cốt lõi của môi trường. Thông tin không gian chính xác về định lượng của đất là cần thiết để đối phó với các vấn đề toàn cầu là xói mòn đất, suy dinh dưỡng, sa mạc hóa. Trên toàn thế giới, DSM đã chuyển từ giai đoạn nghiên cứu sang giai đoạn áp dụng, nhưng chưa phổ biến ở các nước đang phát triển. Công nghệ DSM phổ biến hơn đối với các nhà khoa học về đất trên thế giới, vì nó cung cấp các giải pháp nhanh chóng về thông tin không gian của đất và tính chất khí hậu của môi trường. Hình ảnh vệ tinh về diện tích cây trồng cung cấp thông tin có giá trị để thực hiện hệ thống sinh thái nông nghiệp bền vững và theo dõi hiệu quả hoạt động của nó để đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững (SDGs). Các phương pháp dựa trên vệ tinh để chụp ảnh có độ phân giải không gian cực cao và sử dụng chúng để lập bản đồ tài nguyên nông nghiệp trên các vùng địa lý rộng lớn của cây trồng trên khắp thế giới có thể tăng hiệu quả ở quy mô lớn với chi phí tối thiểu so với các phương pháp nghiên cứu thực địa thông thường. Các hình ảnh viễn thám này có thể được sử dụng để khám phá các vấn đề toàn cầu và phát triển các giải pháp bền vững với sự trợ giúp của các ma trận đã được thiết kế sử dụng các thông số như thiên tai, biến đổi khí hậu, chỉ số đánh giá sinh khối carbon, tài nguyên nước, chỉ số chất lượng không khí, quản lý đại dương, an toàn thực phẩm. Một chiến lược ra quyết định về môi trường để phát triển các giải pháp bền vững trở nên hiệu quả hơn thông qua việc tích hợp công nghệ viễn thám. Giờ đây, các nhà khoa học có thể phát triển các giải pháp mang lại lợi ích xã hội toàn cầu bằng cách bảo vệ trái đất bằng cách sử dụng dữ liệu vệ tinh EO được thu thập bằng công nghệ viễn thám.

Bài báo này phân tích các công nghệ, phương pháp và mô hình khác nhau cho các lĩnh vực khác nhau như ước tính năng suất, ngày gieo trồng, giám sát đất, nhiệt độ bề mặt đất, dự báo tưới tiêu bằng hình ảnh vệ tinh, ước tính APW, mô hình sử dụng đất theo không gian-thời gian, phủ xanh nông nghiệp, dự đoán động lực nước trong đất, hỗ trợ quản lý thiên tai và khám phá ý nghĩa của chúng để đáp ứng các mục tiêu bền vững toàn cầu. Phân tích dựa trên 18 công nghệ, công cụ và phương pháp được xác định rõ ràng được trình bày để hiểu vấn đề và giải quyết các giải pháp. Dữ liệu vệ tinh đang tăng lên nhanh chóng, cả về chất lượng và số lượng với chi phí rất thấp. Vì vậy, con người có thể dễ dàng sử dụng những dữ liệu này để theo dõi tình trạng nghèo đói, dinh dưỡng, trẻ em và sản xuất nông nghiệp, sử dụng nước và độ sạch của bất kỳ quốc gia nào. Để đảm bảo thu nhập bền vững ở những vùng đất hạn hẹp, xã hội cần một nền nông nghiệp tổng hợp và thích ứng để có hệ thống tự duy trì thể hiện khả năng phục hồi trong những thay đổi trong tương lai, đồng thời bảo vệ môi trường.

Lược dịch từ: https://doi.org/10.1016/j.suscom.2021.100512 (Elsevier-Publisher)