Ứng dụng công nghệ internet vạn vật trong nuôi trồng thủy sản

Chuyên gia Phạm Ngọc Minh, Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, thành viên nhóm tác giả của công nghệ này cho biết, xuất phát từ thực tế việc nuôi trồng thủy sản tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long đang phải đối mặt với nhiều dịch bệnh, nguyên nhân chủ yếu là do nguồn nước không đảm bảo chất lượng. Các nhà khoa học thuộc Viện đã  nghiên cứu xây dựnggiải pháp ứng dụng công nghệ Internet vạn vật để giám sát tự động một số thông số chất lượng nước nuôi trồng thủy sản.

Theo chuyên gia Phạm Ngọc Minh, nhiều thời điểm, các hộ nuôi trồng thủy sản nói chung và nuôi tôm nói riêng bị bỏ hoang hoặc thả nuôi bị thua lỗ nặng nề do dịch bệnh gây ra. Do đó, việc quan trắc thường xuyên tại các vùng nuôi trồng thủy sản có ý nghĩa hết sức quan trong giúp người nuôi chủ động theo dõi và phát hiện nhiều nguồn tác động xấu đến môi trường ao nuôi. Từ các kết quả quan trắc này, cơ quan quản lý có thể dễ dàng đánh giá tác động môi trường các hoạt động nuôi trồng thủy sản có tác động như thế nào đến môi trường xung quanh.

Các nhà khoa học thuộc Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đề xuất một giải pháp ứng dụng công nghệ Internet vạn vật để giám sát tự động một số thông số chất lượng nước nuôi trồng thủy sản để theo dõi khu vực nuôi với diện tích lớn với mạng cảm biến không dây, hạ tầng máy chủ, phần mềm và internet để lưu trữ, phân tích và cảnh báo sớm các biến động của môi trường nhằm giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả. Hệ thống có cấu trúc linh hoạt, nhiều tùy chọn phù hợp với điều kiện và khả năng ứng dụng. 

Hệ thống sử dụng trạm đo các thông số: giám sát thông số đo môi trường tự động (Nhiệt độ, độ mặn, độ pH, độ Oxy hòa tan DO, đôn Oxy hóa khử ORP), hoạt động như các nút cảm biến, được tích hợp các module cảm biến, bo mạch xử lý trung tâm, bo mạch truyền thông không dây.

Các trạm đo này có các module thu thập dữ liệu trung tâm và module truyền thông không dây GPRS/3G có khả năng xử lý và tính toán mạnh; cho phép chạy các thuật toán phức tạp như đa truy nhập, tập hợp dữ liệu trước khi truyền dữ liệu về máy chủ xử lý dữ liệu. Máy chủ cổng ứng dụng có nhiệm vụ kết nối truyền thông với trạm thu thập dữ liệu trung tâm qua mạng internet và cung cấp các dịch vụ ứng dụng cho người dùng qua các phần mềm quản lý, giám sát và cảnh báo trên giao diện Web và trên phần mềm thiết bị di động chạy nền tảng Android. Các dạng biểu diễn kết quả bộ thông số quan trắc sẽ được cung cấp, cho phép hiển thị thông tin trực quan dạng số, đồ thị và dạng bảng biểu phù hợp.

Giải pháp Internet vạn vật này còn bao gồm xây dựng phân hệ trạm đo các thông số môi trường như: Phân hệ trạm giám sát các thông số môi trường nước ao nuôi được thiết kế với phao nổi trên mặt nước. Hệ đo tích hợp cảm biến và thiết bị phân tích để thu thập 5 chỉ số môi trường chính: nhiệt độ, pH, độ mặn (EC), Oxy hòa tan (DO) và độ oxy hóa khử (ORP).

Mỗi trạm đo có khả năng tự cấu hình và hoạt động độc lập, hoặc có thể hoạt động theo cấu hình được thiết lập từ xa qua giao thức TCP/IP qua mạng không dây. Trạm giám sát tự động được tích hợp module cung cấp nguồn và lưu trữ năng lượng điện từ pin mặt trời để đảm bảo hoạt động độc lập liên tục trong khoảng thời gian dài. Đồng thời, trạm giám sát được lắp đặt trên hệ thống phao chuyên dụng và có cơ cấu cơ khí gá lắp phù hợp, đảm bảo tiêu chuẩn thiết bị hoạt động tốt trong môi trường ngoài trời khu vực ven biển.

Các trạm đo nổi trên mặt nước nhờ hệ khung cơ khí và phao nổi được thiết kế cân bằng, chịu tải trọng lớn (tổng tại trọng trên phao 55~60kg), sử dụng vật liệu Inox 304 chịu môi trường ngoài trời với điều kiện có hơi muối. Với thiết kế này, trạm sẽ giám sát trực tiếp các chỉ tiêu môi trường nước một cách tự động, linh hoạt và liên tục. Trạm đo có khả năng hoạt động độc lập trên mặt nước nhờ hệ thống nguồn pin năng lượng mặt trời. 

Hệ thống còn bao gồm trạm giám sát và thu thập dữ liệu được đặt trên mặt đất nhằm lưu trữ và xử lý dữ liệu gửi về từ các trạm đo độc lập trên ao nuôi tôm qua mạng LoRa. Trạm này sử dụng hai module truyền thông: Module Lora và module 3G/4G-LTE. Module Lora của trạm trung tâm nhận tín hiệu từ module Lora của trạm giám sát. Tín hiệu này được truyền về thiết bị điều khiển trung tâm để xử lý, sau đó truyền tới Module 3G/4G-LTE, dữ liệu được lưu trữ và hiển thị trên giao diện web-server. Trạm giám sát còn có thể gửi tin nhắn SMS về số điện thoại người quản lý khi có cảnh báo vượt ngưỡng. Trạm này có bố trí màn hình tương tác với người dùng. Thiết bị điều khiển trung tâm sẽ kết nối trực tiếp với màn hình cho phép giám sát ngay lập tức các dữ liệu được gửi về từ các trạm. Điều này giúp người vận hành có thể theo dõi sự thay đổi biến động của môi trường, cảnh báo khi có vượt ngưỡng mà không cần truy cập vào web-server. Mỗi trạm giám sát trung tâm có khả năng quản lý lên đến 100 trạm đo di động.

Cùng với đó, trạm thu thập dữ liệu được lắp đặt ở vị trí phù hợp với thao tác của người vận hành trong khu vực nuôi tôm để có thể giao tiếp với tất cả các trạm giám sát tự động trên phao qua mạng không dây và kết nối dữ truyền thông với máy chủ xử lý trung tâm qua mạng thông tin di động.

Hệ thống internet vạn vật này còn xử lý và cung cấp dịch vụ là phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu trên máy chủ quản lý cơ sở dữ liệu quan trắc, cung cấp các dịch vụ truy vấn cơ sở dữ liệu theo thời gian thực, dữ liệu cho các mô hình cảnh báo, thống kê báo cáo. Máy chủ có nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ, chức năng quản trị hệ thống, quản trị người dùng, bảo mật dữ liệu, phân tích xử lý dữ liệu, chạy các mô hình cảnh báo sớm,...

Việc lưu trữ và tính toán dữ liệu được thực hiện nhanh chóng. Mỗi phiên dữ liệu bao gồm: nhiệt độ, pH, DO, ORP, EC gửi lên Web Server được cập nhật mỗi 60s/lần. Người dùng có thể truy cập tại: https://es-aquamonitor.com

Chuyên gia Phạm Ngọc Minh, Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, thành viên nhóm tác giả của công nghệ này chia sẻ, Hệ thống Internet vạn vật giám sát tự động thông số chất lượng nước nuôi trồng thủy sản hiện đang được thử nghiệm tại tỉnh Ninh Thuận với kết quả khá thành công. Hệ thống này sẽ phục vụ cho phát triển nông nghiệp công nghệ cao bền vững, nâng cao hiệu quả chăm sóc nuôi trồng thủy sản nhờ áp dụng khoa học - công nghệ, mang lại hiệu quả kinh tế - xã hội. Hệ thống này còn góp phần hỗ trợ về việc quản lý môi trường tại các cơ sở nuôi tôm, giúp các đơn vị quản lý nắm bắt môi trường nước tại các cơ sở nuôi nhằm đánh giá khả năng hoạt động hiệu quả của cơ sở, nguy cơ ô nhiễm môi trường...