Ứng dụng công nghệ IoT vào chăn nuôi bò sữa, cho ra đời thế hệ "bò kết nối", "bò thông minh"
Hãng Huawei đã bắt tay nhà mạng China Telecom và công ty Yinchuan AOTOSO triển khai giải pháp chăn nuôi bò sữa công nghệ cao UCOWS, ứng dụng công nghệ NB-IoT, đem lại một bước cải tiến vượt bậc cho hệ thống quản lý bò sữa truyền thống.
Thực trạng ngành chăn nuôi bò sữa Trung Quốc ngày nay
Ngành chăn nuôi bò sữa Trung Quốc có hai đặc điểm chính. Thứ nhất, đó là sự thiếu thốn trầm trọng các biện pháp ứng dụng công nghệ, và thứ hai, tiềm năng phát triển của ngành này rất lớn.
Sau hơn 10 năm mở rộng, tốc độ tăng trưởng của số lượng đàn bò sữa Trung Quốc đã bắt đầu chững lại. Trong năm 2015, quy mô đàn bò của quốc gia này đạt 15 triệu con, đứng sau Ấn độ, EU và Brazil. Tỷ lệ tăng trưởng kép (CAGR) từ năm 2012 luôn ở mức 0.5%
Tỷ lệ tiêu thụ sản phẩm sữa trên đầu người của Trung Quốc ở mức 36.1 lít sữa, bằng khoảng 1/3 tỷ lệ trung bình thế giới. Con số này không hề tương xứng với tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế, rõ ràng cho thấy nhiều tiềm năng cho tiêu thụ sản phẩm sữa phát triển.
Năng suất sữa hàng năm ở Trung Quốc đạt con số 6 tấn/con, nằm ở giữa bảng xếp hạng thế giới. Trong khi đó, Ấn Độ với nền nông nghiệp tự do và mở rộng, có năng suất chỉ 1,22 tấn/con, gần như thấp nhất thế giới. Ở các quốc gia áp dụng nông nghiệp tiên tiến như Mỹ, Nhật và Hàn Quốc, năng suất có thể lên tới 9 tấn hoặc hơn. Ở Trung Quốc, đàn bò có trên 100 con chiếm 48%, còn ở Mỹ là hơn 80% tổng số đàn gia súc.
Khó khăn trong theo dõi chu kỳ sinh tồn của bò
Giống bò Holstein, được nuôi khá phổ biến ở Trung Quốc, đạt độ tuổi trưởng thành và sinh sản sau 14 tháng. Sau giai đoạn 280 ngày thai nghén, bò sẽ cho sữa trong 300 ngày. Bò có thể tiếp tục mang thai sau khi sinh bò con 55 ngày, và 50 ngày sau lần sinh thứ hai. Bình quân, cứ 21 ngày bò lại có thời gian động dục trong hai ngày để có thể giao phối.
Vì vòng đời sinh học của mỗi con bò khác nhau, khả năng giao phối thành công và tạo ra năng suất cao nhất đòi hỏi trang trại chăn bò phải tính toán được thời gian động dục chính xác. Chỉ một sơ suất để lỡ một thai kỳ có thể dẫn tới thiệt hại lên đến 2.000 NDT – 30kg sữa một ngày nhân với giá 3,6 NDT/kg.
Hiện nay, các trang trại bò sữa đều thuê bác sĩ thú y để theo dõi thời kỳ động dục của bò qua kiểm tra thông thường như quan sát biểu hiện, kiểm tra đuôi và bộ phận sinh dục. Tuy nhiên, việc bỏ qua các biểu hiện nói trên rất dễ để xảy ra, do mỗi con bò lại có những dấu hiệu khác nhau, hay có biểu hiện động dục trong khoảng từ 9h tối tới 4h sáng.
Tỷ lệ thành công bằng kiểm tra thông thường chỉ ở mức 75%. Ngoài ra, mức chi phí cho nhân công lớn và đòi hỏi công việc tập trung và các bác sĩ phải kiểm tra thường xuyên trong ca trực.
Một số nông trại sử dụng cơ chế đồng bộ hóa động dục cho những con bò chưa giao phối thành công trong thời hạn động dục của chúng. Họ sẽ tiến hành tiêm hormones và giao phối cùng lúc sau thời gian động dục 3 ngày. Nhưng tỉ lệ thành công của hormones thấp hơn 9% so với phương pháp thông thường. Cách này cũng gây tác động lên vòng sinh học của bò, đem lại chất lượng sữa thấp và các bệnh lý cho bò. Việc tiêm lặp lại nhiều lần khiến bò miễn nhiễm với bệnh tật và giảm tuổi thọ.
Nhằm cải thiện hiệu quả của nông nghiệp quy mô lớn, các trang trại bò sữa đã áp dụng công nghệ như vòng đeo thông minh cho bò để kiểm soát các dấu hiệu sinh tồn theo thời gian thực. Dữ liệu từ vòng cổ được thu thập bởi các đầu đọc và chuyển về nền tảng quản lý dữ liệu qua 3G hoặc 4G bằng phương thức truyền tải dữ liệu khoảng cách ngắn như ZigBee.
Nền tảng quản lý dữ liệu bò sữa sẽ thực hiện mô hình hóa big data cho dấu hiệu sinh tồn của mỗi con bò và đưa ra báo cáo sức khỏe gồm cả chẩn đoán bệnh tật và dữ liệu vòng động dục. Người chăn nuôi có thể dùng dữ liệu để thay đổi khẩu phần ăn hợp lý và tiến hành điều trị kịp thời.
Giải pháp vòng cổ thông minh đem lại hiệu quả cao hơn cho phát hiện thời kỳ động dục và tỷ lệ thụ thai so với các phương pháp thông thường. Nó cũng cắt giảm chi phí giao phối và tránh sử dụng các hormones gây hại cho sức khỏe động vật. Tuy vậy, phương pháp này vẫn có những vấn đề của nó:
Lắp đặt phức tạp: Các đầu đọc được gắn tại nông trại và dữ liệu backhaul được hoàn thiện tại mạng lưới của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông, dưới sự vận hành của các chuyên gia kỹ thuật.
Tỷ lệ sai sót lớn: Độ đáng tin cậy của hệ thống không được đánh giá cao do điều kiện nông trại, nguồn cung cấp năng lượng còn yếu và nhiều tài khoản ghi nợ.
Tốn kém chi phí: Phương pháp này không hợp lý để áp dụng quy mô lớn trên các trang trại bò sữ cỡ trung và nhỏ và có thể đem lại gánh nặng tài chính cho cả những trang trại lớn hơn.
Mô hình chăn nuôi bò sữa UCOWS (Nguồn: Huawei)
Ứng dụng công nghệ NB-IoT trong chăn nuôi bò sữa
Vào tháng 2/2017, China Telecom đã phối hợp với Huawei và Yinchuan AOTOSO tạo ra một giải pháp và mô hình kinh doanh mới hướng tới ngành chăn nuôi gia súc. Kêt quả đạt được là một sản phẩm NB-IoT (Narrow Band IoT - NB-IoT) mang tên UCOWS, một bước cải tiến vượt bậc cho hệ thống quản lý bò sữa truyền thống.
Công nghệ
UCOWS trang bị công nghệ NB-IoT thay vì ZigBee cho các giao thức truyền thông khoảng cách ngắn. Dữ liệu từ vòng cổ được chuyển qua mạng NB-IoT của China Telecom trực tiếp tới nền tảng IoT sau đó đến nền tảng quản lý dữ liệu bò sữa triển khai trên eCloud của China Telecom. Các nhà quản lý trang trại, nông dân, và bác sĩ thú y có thể truy cập thông tin trên ứng dụng di động hay website theo thời gian thực.
Vì đây là sản phẩm của China Telecom, nhà mạng này chịu trách nhiệm về doanh số, dịch vụ và tính tin cậy E2E, những đặc điểm vô cùng quan trọng cho triển khai thương mại rộng rãi.
Tiêu thụ năng lượng: Bởi vòng cổ được sử dụng trên bò suốt cả cuộc đời chúng, MCU công suất thấp và cảm ứng với pin chạy ít nhất 5 năm được sử dụng. Thiết bị cũng được chống bụi, chống nước theo chuẩn IP65 để đáp ứng được môi trường khắc nghiệt của trại nuôi.
Dữ liệu về bò được báo cáo 3 tiếng mỗi lần, tần suất còn nhiều hơn các thiết bị đo thông minh cập nhật một lần duy nhất trong ngày. Bởi việc thêm pin sẽ làm tăng chi phí và cả trọng lượng của vòng cổ, các yêu cầu đặt ra về tiêu thụ năng lượng của thiết bị là vô cùng chặt chẽ.
Giải pháp cho thiết kế sử dụng các tính năng tiết kiệm pin truyền thống của NB-IoT như Power Saving Mode (PSM), Connected Discontinuous Reception (CDRX) và Random Access (RA) áp dụng cho các con chip, trạm gốc (base station) và mạng lõi. CDRX nâng tuổi thọ pin của vòng cổ lên 5 đến 6 năm, và RA đẩy lên được tới 7 năm.
Sự quá tải: Các trang trại bò sữa lớn có thể chứa từ 10.000 đến 20.000 con. Do mỗi chiếc vòng cổ báo cáo tới 8 lần trong ngày, truy cập đa thiết bị là trường hợp phổ biến. Thử nghiệm trong phòng nghiên cứu đã cho thấy khi nhiều thiết bị cùng truyền dữ liệu cùng lúc, âm thanh nhiễu trạm gốc gia tăng và gây ra tình trạng không thể truy cập.
Vì thế, các thông số ngừng và khởi động lại được đưa vào thiết kế nhằm tăng cường sức chịu đựng của hệ thống. Truy cập của thiết bị vào hệ thống và tải dữ liệu lên được sắp xếp xen kẽ để phù hợp với mạng NB-ToT.
UCOWS được kết nối với nền tảng IoT của China Telecom, có hỗ trợ nâng cấp firmware của chip và phần mềm MCU của thiết bị, phần tách lỗi E2E kịp thời và hàng triệu kết nối cùng lúc - tất cả đều dẫn đến triển khai giải pháp trên diện rộng.
Mô hình kinh doanh
Nếu các nhà mạng muốn tăng lợi nhuận trong lĩnh vực IoT, họ cần phải cung cấp cho thị trường nhiều hơn chỉ kết nối mạng thông thường. Họ cũng cần đưa ra các giải pháp nền tảng quản trị kết nối (CMP) và nền tảng thúc đẩy ứng dụng (AEP), cũng như giải pháp doanh nghiệp, bao gồm ứng dụng và thiết bị tầng trên, từ đối tác. Sau đó, giải pháp đầu cuối có thể được cung cấp cho khách hàng doanh nghiệp, tạo ra giá trị gia tăng trên các kết nối và tăng cường sự trung thành của khách hàng.
Các đối tác có thể hợp tác với nhà mạng bằng cách sử dụng AEP của họ cho phát triển ứng dụng và khai thác mạng quốc gia để nhanh chóng thu hút người sử dụng và một phần lợi nhuận. Các khách hàng doanh nghiệp từ đó cũng thu được lợi từ các ưu thế IoT đem lại mà không cần vất vả xây dựng năng lực kỹ thuật.
Mô hình kinh doanh của UCOWS được thiết kế dựa trên mô hình SaaS, cho phép China Telecom tận dụng mạng NB-IoT, các kênh bán hàng, và năng lực dịch vụ khách hàng tốt nhất.
Nhà mạng có thể bỏ qua giai đoạn xây dựng đường ống và nền tảng, đến thẳng quá trình bán dịch vụ, chuyển từ đứng ngoài thị trường thành dẫn đầu ngành để thu được lợi nhuận gấp 4 đến 5 lần. Mô hình này cũng tạo điều kiện cho nhà cung cấp dịch vụ viễn thông xây dựng hệ sinh thái của riêng họ, gây dựng nền tảng cho các ứng dụng tương lai như theo dõi nguồn gốc thực phẩm.
Triển vọng thị trường
UCOWS đã gặp được nhu cầu thị trường mạnh mẽ với những giải pháp công nghệ hoàn hảo và mô hình kinh doanh được đầu tư. Chi nhánh Ninh Hạ của China Telecom đã ký hợp đồng bán 50.000 sản phẩm với Trang trại nông nghiệp Ninh Hạ Shangling vào tháng 8/2017.
Sau đó, Phó giám đốc điều hành của hãng viễn thông này ký hợp đồng với nhiều công ty nông nghiệp gia súc từ năm tỉnh và khu tự trị - Nội Mông, Sơn Đông, Thiểm Tây, Liêu Ninh và Ninh Hạ - để cung cấp số lượng 1,26 triệu sản phẩm. Nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông trong khu vực châu Á - Thái Bình Dương và châu Mỹ Latin cũng bày tỏ quan tâm tới giải pháp của China Telecom.
Giải pháp không chỉ giới hạn cho bò sữa, mà còn dùng được cho gia súc, lừa, ngựa, cừu và lợn. Những loài động vật trên đều có thể được sử dụng công nghệ để giám sát sức khỏe, vòng sinh sản, định vị và các thông tin khác, nhằm giảm thời gian giữa các lần giao phối và tăng năng suất giao phối. Dự báo nhu cầu sử dụng thiết bị sẽ ở mức từ 300 tới 500 triệu con gia súc được kết nối cho đến năm 2020.
Bằng việc áp dụng công nghệ ICT như NB-IoT để kết nối động vật, ngành công nghiệp gia súc có thể chuyển đổi hoàn toàn và tiếp cận chăn nuôi theo cách khoa học hơn. IoT sẽ tăng thu nhập, giảm sử dụng thuốc tăng tưởng và kích thích, tăng cường sức khỏe động vật và chất lượng sản phẩm gia súc.
A. M - ICTNews
