Precision Agriculture

Agricoltura di Precisione
Soluzioni Tecnologiche Integrate
Cos’è l’Agricoltura di precisione?
• Un sistema gestionale integrato per l’agricoltura che integra
soluzioni tecnologiche avanzate
• I dispositivi tecnologici utilizzati solitamente includono reti di
sensori wireless, sistemi GPS (Global Positioning System), sistemi
GIS (Geographical Information System), sistemi di monitoraggio
della Produttività e dispositivi di accesso remote
Cos’è l’Agricoltura di precisione?
• L’Agricoltura di Precisione consente di gestire
specifiche aree di un terreno agricolo basandosi su
parametri variabili che influiscono sull’area stessa.
Questi parametri sono monitorati costantemente ed
analizzati per valutare eventuali interventi da
effettuare
• E’ inoltre possibile gestire ogni intervento per
specifico raccolto, come la somministrazione di
fertilizzanti, pesticidi o l’utilizzo di sementi sulla base
delle specifiche di ogni raccolto. In questo modo
vengono ridotti i materiali di scarto, l’utilizzo degli
inquinanti e si incrementa la marginalità, mantenendo
un livello qualitativo elevato, rispettando l’ambiente
I benefici dell’Agricoltura di Precisione
• Ottimizzazione dei profitti
• Riduzione del lavoro e dei costi di produzione
• Riduzione del consumo idrico
• Riduzione dei materiali di scarto
• Riduzione nell’uso di erbicidi e pesticidi
• Ottimizzazione dell’uso di fertilizzanti e
additivi
• Maggior rispetto dell’ambiente
Controllo puntuale delle aree coltivate
Controllo dettagliato delle aree su cui intervenire
Gestione Standard
Agricoltura di precisione
Capacità di intervento solo su larga scala
Capacità di intervento fino a 1/100 di ettaro
Le Attività di base dell’Agricoltura di Precisione
Monitoraggio e
raccolta dati
Analisi dei dati
con sistemi DSS
Attività agricola
Definizione
degli interventi
La raccolta dei dati
• Raccolta dati con reti di sensori wireless o mediante utilizzo di droni:
- Umidità del terreno
- Umidità dell’aria
- Temperatura
- Irraggiamento
- Stress idrico delle coltivazioni
• Dati meteo
• Campionatura del terreno
• Condizione del raccolto
• Monitoraggio della produzione
• Analisi dei test di irrigazione
• Mappatura e analisi dei confini
• Identificazione di fattori infestanti come parassiti o malattie delle piante
L’analisi dei dati
• L’analisi dei dati permette di identificare le variazioni di stato che
interagiscono con il raccolto
• Identificazione delle cause che generano le variazioni
• Analisi degli effetti sul raccolto, beneficio o peggioramento?
• Necessità di intervento?
Gestione del ciclo decisionale
• E’ possibile eliminare, ridurre o bilanciare i fattori varianti?
• Le variazioni porteranno benefici di che tipo e in quale misura?
Aumento del raccolto? Miglior qualità? Riduzione degli
interventi?
• Avrò un beneficio a fronte di questo intervento oppure no?
• Necessito di intervenire sulla gestione programmata?
Impatto sulla fase gestionale
• Applicare le modifiche necessarie:
- Modificare le attività di irrigazione
- Variare l’applicazione dei pesticidi
- Variare l’applicazione dei fertilizzanti
- Variare la fase di semina
Agricoltura di Precisione: gli strumenti
• La tecnologia necessaria :
- Reti di sensori specifici per la misurazione dei valori/parametri
necessari
- Utilizzo di droni dotati di videocamere o altri dispositivi per la
misurazione dei parametri
- Utilizzo di dati satellitari (opzione ad alto impatto economico)
- Accesso a dati meteorologici
- Soluzione DSS (Decision Support System) per l’analisi dei dati e la
definizione di un piano di intervento
- Dispositivi portatili come PDA, Tablet o Cellulari con funzione GPS
GST Italia e l’Agricoltura di Precisione
• GST Italia ha sviluppato specifiche soluzioni
integrate in ambito Agricoltura di Precisione,
indirizzate alla gestione di specifiche tipologie di
raccolto come la produzione vitivinicola, la
coltivazione di grano, caffè o la coltivazione in
serra
• Le soluzioni di GST Italia sono state sviluppate in
collaborazione con Enti di Ricerca come il CNR
(Centro Nazionale Ricerca) e l’Ibimet (Istituto di
Biometeorologia)
• GST Italia investe costantemente nelle attività di
ricerca e sviluppo al fine di continuare a
ricercare, sviluppare soluzioni innovative in
questo mercato. Vediamo alcuni esempi…
Viticoltura di Precisione
GST Italia, CNR e Ibimet:
Soluzione per la Viticoltura di Precisione basata
sull’utilizzo di un drone per la rilevazione dei dati
Introduzione
• La soluzione combina Immagini spaziali
ad alta risoluzione, veloci tempi di
risposta, complessità moderata e bassi
costi operativi
• Il telerilevamento genera immagini per il
monitoraggio della vegetazione
• La piattaforma di telerilevamento è
basata su un drone UAV (Unmanned
Aerial Vehicles), uno strumento di costo
contenuto in grado di fornire dati ad una
risoluzione adeguata in termini spaziali,
spettrometrici e temporali
Immagini
spaziali ad alta
risoluzione
Veloci tempi
di risposta
Complessità
contenuta e
bassi costi
operativi
Piattaforma di telerilevamento basata sull’utilizzo
di un UAV (UNMANNED AERIAL VEHICLES)
Immagini spaziali ad alta risoluzione
Viticoltura di Precisione
OBIETTIVI DEL PROGETTO
• Sviluppare uno strumento a basso costo/open source per la mappatura dei vigneti
• Due attività di ricerca preliminari hanno testato la capacità del sistema UAV per valutare le
malattie e gli effetti "Biochar" sullo stato delle piante
Materiali e Metodi
Fasi Operative
Lo sviluppo della
soluzione
Attività 3:
Monitoraggio delle
malattie
Attività 1:
Mappatura stato
piante
Attività 2:
Valutazione degli effetti
del ‘Biochar’ sullo stato
delle piante
Materiali e Metodi
Utilizzo del Drone (UAV)
• Utilizzo di un Mikrokopter Hexa-II modificato
• Progetto open source che è disponibile con le
schede di volo pre-assemblate
• Unità GPS (Global Positioning System)
• Il modello di UAV utilizzato (Unmanned Aerial
Vehicle) è dotato di 6 rotori e può decollare ed
atterrare verticalmente. Può inoltre volare in
maniera autonoma seguendo un percorso
predefinito
• Trasporta un carico massimo di 1 Kg (per 10
minuti, senza interruzioni)
• Supporto basculante per il sensore installato
Materiali e Metodi
Produzione della mappa di stato
• L’UAV è equipaggiato con una videocamera multispettro
Tetracam ADClite (verde, rosso e NIR) e può coprire
un’area di un ettaro con una risoluzione al suolo di circa
5cm /pixel
• E’ stato testato nel 2011 presso una vigna di Monteboro
in Toscana. Le immagini ottenute con la videocamera
sono state georeferenziate, ed utilizzate per fornire una
mappa NDVI
• Una mappa sulla salute delle piante è stata ricavata dai
dati NDVI
• Le misurazioni aeree dello stato delle piante possono
essere utilizzate per stimare la diversa qualità e quantità
del raccolto nelle specifiche aree del vigneto
Altezza
Area
Risoluzione
100 m
77*57 m (0.44 ha)
3.7 cm
150 m
116*86 m (0.99 ha)
5.6 cm
Materiali e Metodi
Valutazione degli effetti del ‘Biochar’ sulla vigoria delle piante
• Il Biochar è una sostanza porosa ottenuta dalla pirolisi della biomassa che può essere
utilizzata come fertilizzante per il terreno del suolo
• Per rilevare gli effetti del Biochar sulla vigoria della vite, sono stati acquisiti nel 2010 con
l’UAV immagini multispettrali con risoluzione 30 centimetri, mentre sono state raccolte
nel 2011 immagini con risoluzione 5 centimetri
Materiali e Metodi
Monitoraggio delle malattie
• Mal dell’Esca: è una malattia distruttiva per la
vite (Vitis vinifera L.) causata da almeno tre
tipi di parassiti ed è caratterizzata da due
sintomi esterni, rilevabili sulle fogli con
opportuni strumenti
• Molti autori rilevano chiaramente una drastica
alterazione delle funzioni di fotosintesi e delle
difese immunitarie che avvengono nella vite,
molti giorni prima che siano riscontrabili
sintomi visibili sulle piante
• Nel 2011 in una vigna di Montepaldi (Toscana)
è stato effettuato un rilevamento. Lo scopo è
stato quello di indagare sulla correlazione tra
l’indice NDVI acquisito tramite UAV ed I
sintomi presentati dalle piante monitorati da
terra
Produzione della mappa di vigoria delle piante
• Il gradiente rilevato tramite mappe nella vigoria delle piante conferma la valutazione empirica
effettuata dai viticoltori locali che hanno suddiviso la vigna in due aree: l’area ad Est necessita di un
diverso sistema di gestione e fornisce un prodotto di qualità più elevata rispetto alla parte posta ad
Ovest
• Il sistema UAV dimostra una maggior flessibilità e minori costi rispetto ad un sistema satellitare o
all’utilizzo di un aeroplano, specialmente quando siamo di fronte ad aree da monitorare di
dimensioni medio-piccole
Valutazione del ‘Biochar’ sulla vigoria delle piante
• Per l’indagine in corso la comparazione di questi due diversi tipi di immagini dimostra
l’estrema utilità della risoluzione più elevata delle immagini rilevata dall’UAV
• I risultati hanno confermato che l’analisi delle immagini è molto più efficiente con le
immagini rilevate dall’UAV e basate su risoluzione a 5 cm
Monitoraggio delle Malattie
• I risultati preliminari dell'esperimento del 2011
hanno mostrato una forte correlazione tra l'indice
di vegetazione NDVI e la gravità dei sintomi
• La sperimentazione proseguirà anche in futuro,
con il monitoraggio di vigneti di Sangiovese e
Cabernet Sauvignon, al fine di valutare l'impatto
anche del fattore varietale, al fine di confermare i
risultati ottenuti nel primo anno
• L'altissima risoluzione fornita dall’UAV ha
consentito un'analisi dei sintomi a livello di singola
pianta, confermando le ottime caratteristiche di
rilevamento e monitoraggio fornite dall’UAV per
quanto riguarda le misurazioni dall’aria
Sommario
• Questa piattaforma UAV si propone come uno strumento che può soddisfare le
esigenze di viticoltura di precisione in termini di telerilevamento; è caratterizzato da
basso costo, tempestività e flessibilità delle misure, possibilità di personalizzazione
delle attrezzature, automazione completa del piano di volo, alta qualità e precisione
dei dati acquisiti
• Il sistema UAV è una soluzione a basso costo, open source e completamente
personalizzabile, che si differenzia da altri sistemi "chiavi in ​mano" già presenti sul
mercato
• Il sistema, privo di sensori, ha un prezzo di mercato di € 5.000,00 e la fotocamera ha
un prezzo accessibile (ADCLite € 4.000,00)
• La piattaforma UAV è uno strumento che può essere utilizzato a livello di azienda
agricola, anche in quelle piccole imprese che sono troppo spesso emarginate dal
progresso tecnologico
Vision per il futuro
• Prospettive future riguardano lo sviluppo di sistemi UAV avanzati (OKTO) che
permettono un maggiore carico utile, e di conseguenza, l'integrazione con i sensori
più complessi in termini di peso e di funzionamento, come ad esempio telecamere
termiche e iperspettrali
• Utilizzando l'ultima generazione di telecamere termiche, che hanno costi inferiori e
peso più limitato, sarebbe possibile valutare anche lo stress idrico della vigna, per un
monitoraggio pianta per pianta
Case Study: Consorzio Tuscania
• Progetto di monitoraggio micrometeorologico per la previsione
ed il miglioramento quali-quantitativo della qualità dell’uva
• Progetto di ricerca realizzato in collaborazione con il CNR e
Ibimet per il consorzio Tuscania (comprendente alcuni grandi
produttori come Antinori, Ricasoli, Mazzei)
• Obiettivi della soluzione:
- Monitoraggio capillare dei parametri microclimatici
- Miglioramento qualitativo e quantitativo della produzione
- Creazione di un database dei parametri misurati per la creazione
di un modello previsionale
Case Study: Consorzio Tuscania
Sistema DSS
La soluzione
Connessione Wireless
Sensore - A
Sensore - B
Sensore - C
Statione Master
Dispositivi mobili
per l’accesso ai dati
Sensore - D
Rete di sensori wireless
Case Study: Corporación Colombia Internacional
• L’obiettivo principale del progetto sviluppato per
Corporacion Colombia International è l’automazione delle
attività operative e gestionali per la produzione del caffè
• La soluzione si basa su una piattaforma tecnologica che
misura e registra i dati rilevati relativi alle variazioni microclimatiche e fornisce un’analisi di questi dati in modo da
migliorare costantemente la qualità del raccolto
• Questa soluzione ha dato a Corporacion Colombia
International un vantaggio competitivo nella gestione delle
attività di export, consentendo di approcciare il mercato
italiano dove i fattori di qualità e tracciabilità sono molto
importanti
Case Study: Progetto Smart Farming
Progetto sviluppato per Ortinsieme / Antinori
Scopo del progetto SMART FARMING è di studiare e sviluppare un insieme di tecnologie abilitanti,
basate su tecniche di gestione agronomica, smart sensor e misure radiometriche, efficientemente
integrate in un sistema unitario in grado di:
• Monitorare in tempo reale le condizioni del suolo, della pianta e del microclima
• Determinare in tempo reale le esigenze idriche e nutritive sito-specifiche del sistema colturale
• Sviluppare un sistema di supporto alle decisioni (DSS) in grado di :
- minimizzare gli sprechi di acqua e fertilizzanti e quindi di massimizzarne l’efficienza d’uso
- effettuare uno scheduling dell’utilizzo differenziato nel tempo e nello spazio degli input
agronomici, al fine di minimizzare i costi di produzione
- attuare in tempo reale irrigazione e/o ferti-irrigazione in funzione delle esigenze specifiche
della coltura che variano da zona a zona all’interno dello stesso appezzamento
Case Study: Progetto Smart Farming
Dati Meteo
Dati
Radiometrici
Dati al
suolo
DSS
Storico Dati
(DB)
Attività
Riferimenti / Contatti
G.S.T. Italia SpA
www.gstitalia.it - [email protected]
Sede Legale
Piazza IV Novembre, 4
20124 Milano (MI) - Italia
Tel. +39 02 671658040
Fax: +39 02 67165266
Sede Operativa Firenze
Sede Operativa Roma
Via G. Matteotti, 6
50058 Signa (FI) - Italia
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Fax: +39 055 8769007
Via Orso Mario Corbino, 38/a
00146 Roma (RM) - Italia
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Sede Operativa Bari
Sede Operativa Erbil
Via Europa, 3
70015 Noci (BA) - Italia
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Fax: +39 080 9720121
Mnara City B 424
Erbil - Iraq
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