Drone đa phổ trong nông nghiệp: NDVI và bản đồ sức khỏe cây

Drone đa phổ là drone mang nhiều camera, mỗi camera chỉ chụp một dải sóng hẹp, trong đó có những dải mắt người không thấy như red edge và cận hồng ngoại. Từ các ảnh đó, phần mềm tính chỉ số thực vật, phổ biến nhất là NDVI, rồi tô thành bản đồ màu cho thấy vùng cây phát triển tốt và vùng kém. Bản đồ này chỉ ra chỗ cần kiểm tra, không tự nói cây bị gì.

Chúng tôi viết cho chủ trang trại, kỹ sư nông nghiệp và hợp tác xã đang tìm hiểu trước khi thuê dịch vụ hay mua máy. Nội dung gồm nguyên lý, cách đọc bản đồ NDVI, thông số DJI Mavic 3 Multispectral, ứng dụng cho lúa và cà phê, và những giới hạn mà quảng cáo thường bỏ qua.

Vì sao camera đa phổ thấy cây yếu trước mắt người

Lá cây xanh làm hai việc ngược nhau với ánh sáng. Diệp lục hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ để quang hợp. Còn cấu trúc tế bào bên trong lá phản xạ rất mạnh ánh sáng cận hồng ngoại, vùng bước sóng khoảng 0,7–1,1 µm. Cây khỏe vì vậy “tối” ở dải đỏ và “sáng” ở dải cận hồng ngoại.

Khi cây bị stress vì thiếu nước, sâu bệnh hay thiếu dinh dưỡng, cấu trúc lá thay đổi và lượng diệp lục giảm. Phản xạ cận hồng ngoại giảm, phản xạ đỏ tăng. Sự thay đổi này có thể xuất hiện trước khi lá đổi màu đủ để mắt nhận ra, vì mắt người không nhìn thấy dải cận hồng ngoại.

Dải red edge (bờ đỏ, quanh 700–750 nm) nằm giữa hai vùng trên. Nó là đoạn phản xạ tăng vọt từ đỏ sang cận hồng ngoại, và nhạy với hàm lượng diệp lục ở tán dày, nơi NDVI bắt đầu kém phân biệt.

NDVI tính thế nào và đọc bản đồ ra sao

NDVI (chỉ số thực vật chênh lệch chuẩn hóa) có công thức:

NDVI = (NIR − Đỏ) / (NIR + Đỏ)

Trong đó NIR là phản xạ cận hồng ngoại. Kết quả luôn nằm trong khoảng −1 đến +1. Giá trị âm thường là nước, mây. Gần 0, khoảng 0,1 trở xuống, là đá, cát, đất trống. Cây bụi, cỏ cho khoảng 0,2–0,3. Tán rừng nhiệt đới xanh dày cho khoảng 0,6–0,8.

Phần mềm tô mỗi điểm ảnh một màu theo giá trị, thường đỏ là thấp và xanh lá là cao. Đọc bản đồ đúng cách cần ba nguyên tắc:

1. So trong cùng ruộng, cùng lần bay. Thang màu thường tự co giãn theo giá trị cao nhất và thấp nhất của từng bản đồ. Ruộng khỏe đều vẫn có chỗ “đỏ” vì đó là chỗ thấp nhất của chính nó.
2. Nhìn hình dạng vùng bất thường. Hình dạng gợi ý nguyên nhân để đi kiểm tra.
3. Luôn ra ruộng xác minh. Bản đồ là bản chỉ đường, không phải kết luận.

Hình dạng trên bản đồ	Gợi ý nguyên nhân cần kiểm tra
Vệt thẳng song song theo hướng đi máy hoặc hướng bay rải.	Gieo, bón không đều; vòi phun tắc; dải chồng hoặc hở giữa các lượt.
Mảng loang tròn, lan dần qua các lần bay.	Sâu bệnh, ổ dịch bắt đầu từ một điểm.
Vùng thấp trùng chỗ trũng của ruộng.	Úng nước, đất bí.
Dải thấp dọc mép ruộng, bờ cây.	Bóng râm, cây bờ cạnh tranh, đất bờ khác.
Cả ruộng thấp đều so với ruộng bên cạnh.	Giống, thời vụ, cách chăm khác nhau; cần so cùng giai đoạn sinh trưởng.

Bảng trên là cách người làm nghề khoanh vùng nghi vấn, không phải bảng tra chẩn đoán. Một mảng loang có thể do bệnh, cũng có thể do một đống phân bón đổ nhầm.

Hình dạng vùng bất thường chỉ gợi ý nguyên nhân để đi kiểm tra, không phải kết luận.

NDVI bão hòa và chỗ của NDRE

NDVI có một điểm yếu đã biết: khi tán lá đã dày, giá trị gần như không tăng thêm dù cây còn khác nhau. Lúc đó bản đồ “xanh đều” và mất khả năng phân biệt.

NDRE thay dải đỏ bằng dải red edge trong cùng công thức. Một nghiên cứu của Đại học California, Davis trên lúa, 10 điểm thí nghiệm trong 3 năm, so ba cách đo tại giai đoạn làm đòng.

NDVI đo từ drone bão hòa khi lượng đạm cây hút đạt khoảng 96 kg N/ha, thấp hơn ngưỡng tới hạn trung bình 109 kg N/ha mà ở đó năng suất ngừng tăng. NDRE từ drone tới 130 kg N/ha mới bão hòa. Nhóm tác giả kết luận NDVI từ drone kém phù hợp hơn NDRE cho quyết định bón đạm ở giai đoạn này.

Ý nghĩa thực tế: với lúa đã khép tán, cây ăn quả tán dày, hãy hỏi đơn vị dịch vụ có xuất bản đồ NDRE không, đừng chỉ nhận NDVI.

Thông số DJI Mavic 3 Multispectral

Đây là máy đa phổ phổ biến nhất hiện nay trong nhóm nhỏ gọn. Các thông số chính:

Hạng mục	Thông số
Khối lượng cất cánh tối đa.	1.050 g (máy 951 g).
Camera RGB.	Cảm biến 4/3 inch, 20 MP, có màn trập cơ.
Camera đa phổ.	Bốn camera 1/2,8 inch, 5 MP, màn trập điện tử.
Các dải phổ.	Xanh lục 560 ± 16 nm, đỏ 650 ± 16 nm, red edge 730 ± 16 nm, cận hồng ngoại 860 ± 26 nm.
Bù sáng.	Cảm biến ánh sáng mặt trời ghi bức xạ vào từng ảnh.
Định vị RTK (khi cố định).	Ngang 1 cm + 1 ppm, đứng 1,5 cm + 1 ppm.
Thời gian bay tối đa.	43 phút khi không gió.
Chịu gió.	12 m/s khi cất, hạ cánh.
Nhiệt độ hoạt động.	−10 đến 40 °C.

Cảm biến ánh sáng mặt trời đáng chú ý nhất. Nắng thay đổi trong lúc bay, mây đi qua, làm ảnh sáng tối khác nhau dù cây không đổi. Thông tin bức xạ ghi kèm ảnh cho phép phần mềm bù sáng khi dựng bản đồ, nên số liệu giữa các lần bay đáng tin hơn. DJI công bố một chuyến bay có thể lập bản đồ tới 200 ha; con số thực tế phụ thuộc độ cao bay và độ phân giải bạn cần.

Dữ liệu xử lý bằng DJI Terra hoặc nền tảng DJI SmartFarm để ra bản đồ NDVI, các chỉ số khác và bản đồ kê đơn (prescription map) cho máy bay nông nghiệp.

Bước kiểm tra mẫu ngoài ruộng không thể bỏ: bản đồ chỉ cho biết lấy mẫu ở đâu.

Ứng dụng cho lúa: từ bản đồ tới bón liều biến đổi

Với lúa, chuỗi việc mà DJI và các đơn vị nông nghiệp chính xác hướng tới là:

1. Bay đa phổ ở giai đoạn cần quyết định bón, ví dụ trước bón thúc.
2. Dựng bản đồ chỉ số, phân ruộng thành vài vùng từ yếu tới khỏe.
3. Kỹ thuật viên ra kiểm tra mẫu ở từng vùng, xác định nguyên nhân.
4. Lập bản đồ kê đơn: vùng nào bón nhiều, vùng nào bón ít.
5. Nạp bản đồ vào máy bay nông nghiệp để rải hoặc phun theo liều biến đổi.

Một tổng quan của Đại học Florida dẫn các nghiên cứu cho thấy bón liều biến đổi giúp tăng hiệu quả sử dụng dinh dưỡng khoảng 15–25% so với bón đều. Đó là con số từ nghiên cứu, không phải cam kết cho mọi ruộng. Cách máy rải phân hoạt động và độ đều của nó có ở bài drone gieo sạ, bón phân.

Một bẫy riêng của ruộng lúa: giai đoạn mới cấy, mới sạ, tán còn thưa và ruộng ngập nước. Nước cho NDVI âm, kéo giá trị cả điểm ảnh xuống. Bản đồ lúc này phản ánh mật độ cây nhiều hơn là sức khỏe cây, nên đừng kết luận “lúa yếu” chỉ vì màu đỏ.

Ứng dụng cho cà phê và cây lâu năm

Vườn cà phê khác ruộng lúa ở hai điểm. Tán cây rời từng gốc, giữa các hàng là đất, cỏ hoặc cây che bóng. Và vườn thường nằm trên đồi dốc.

Điểm thứ nhất làm NDVI trung bình của một lô bị nhiễu: cỏ xanh giữa hàng cũng cho giá trị cao. Cách xử lý là chỉ tính chỉ số trong tán cây. Phần mềm tách tán dựa trên ảnh RGB độ phân giải cao hoặc ngưỡng chỉ số, rồi chấm điểm từng cây hay từng hàng. Điểm thứ hai cần máy bay bám địa hình để giữ khoảng cách tới tán đều nhau; Mavic 3 Multispectral có chế độ bay bám địa hình cho vườn cây trên đất dốc.

Những việc bản đồ đa phổ hỗ trợ tốt ở vườn cà phê:

• Khoanh những cây, những hàng suy rõ so với xung quanh để đi kiểm tra rễ, sâu bệnh.
• Thấy vùng tưới không đều khi hệ thống tưới có đường ống tắc, hở.
• So các lô giữa đầu mùa khô và cuối mùa khô.
• Đếm cây, phát hiện cây chết để trồng dặm, việc này dùng ảnh RGB là đủ.

Giới hạn của drone đa phổ

• Không chẩn đoán bệnh. Thiếu đạm, thiếu nước và một số bệnh hại có thể cho bản đồ giống nhau.
• Ánh sáng: mây trôi từng đám, bay quá sáng sớm hoặc chiều muộn khi mặt trời thấp làm số liệu dao động. Trời quang đều hoặc mây phủ đều cho kết quả ổn định hơn.
• Độ phân giải: camera đa phổ 5 MP, thô hơn nhiều so với camera RGB. Muốn thấy từng lá thì phải bay thấp, đổi lại diện tích mỗi chuyến giảm.
• NDVI bão hòa ở tán dày, như đã nói.
• So giữa các ngày chỉ có ý nghĩa khi có bù sáng, hiệu chuẩn và bay cùng điều kiện.
• Không thay được phân tích đất và lá. Bản đồ cho biết lấy mẫu ở đâu, phòng thí nghiệm cho biết thiếu gì.

Camera nhiệt cũng giúp thấy cây thiếu nước, nhưng thường phải kết hợp đa phổ để kết luận; khác biệt có ở bài flycam tầm nhiệt.

Giấy tờ, thuê hay mua

Mavic 3 Multispectral nặng dưới 2 kg, nhưng bay lập bản đồ là bay tự động theo tuyến lập sẵn. Theo khoản 3 Điều 19 Nghị định 288/2025/NĐ-CP, người điều khiển máy bay theo chương trình cần giấy phép hạng B. Máy phải đăng ký, mỗi đợt bay cần phép bay; bay phục vụ nông nghiệp được cấp phép tối đa 180 ngày một lần. Các bước cụ thể có ở bài thủ tục bay drone nông nghiệp.

Mua máy hợp với đơn vị có kỹ thuật viên biết đọc bản đồ và bay đều đặn nhiều vùng. Hộ trồng nhỏ thường hợp thuê dịch vụ theo vụ, kèm điều kiện đơn vị đó giải thích bản đồ và đi kiểm tra cùng bạn.

Khi kết quả dẫn tới phun hoặc bón, xem bài thuê drone phun thuốc để biết cách chọn tổ dịch vụ, và bài so sánh DJI Agras và XAG nếu bạn tính mua máy phun có bản đồ ruộng. Các ứng dụng khác của drone có ở bài công dụng của máy bay điều khiển drone.

Flycam24h tại Hà Nội nhận quay phim, chụp ảnh và làm ảnh ghép mặt bằng cho trang trại, hợp tác xã; xem thêm bài quay flycam trang trại. Cần trao đổi về hình ảnh cho vùng trồng của bạn, gọi 0383.17.18.19, Zalo cùng số, 08:30–21:30 mỗi ngày.