A escassez de recursos hídricos é hoje a nível mundial um problema real. As temperaturas a nível mundial aumentaram 0.85°C em média entre 1880 e 2012 e podem variar 4,8°C até 2100 (último relatório do IPCC). Face a esta situação é expectável que a viticultura e a agricultura em geral venham a enfrentar secas extremas. Nos últimos anos, a cultura da vinha para vinho em Portugal (tradicionalmente de sequeiro) tem estado sujeita a situações de stress hídrico intenso em muitas regiões vitícolas, com consequências negativas na produção, qualidade e perenidade da videira. Este problema afeta sobretudo regiões onde se conjugam solos de reduzida capacidade de retenção para a água com uma elevada demanda atmosférica estival associada a uma quase total ausência de precipitação nesse período. Por outro lado, as previsões sobre o aquecimento global da Terra no futuro próximo sugerem quer uma redução da precipitação no sul da Europa quer um aumento da evapotranspiração. A concretização destes cenários levará a situações de stress hídrico mais frequentes e consequente impacte negativo na viticultura nacional, sobretudo em regiões onde a procura atmosférica é maior e a água um recurso escasso (ex. regiões vitícolas do Douro Superior e Alentejo). Este panorama tem levado quer a um forte incremento da área de vinha regada em muitas regiões vitícolas portuguesas quer a um aumento das dotações de rega nas vinhas atualmente regadas. Todavia, a pouca experiência de utilização desta tecnologia na vinha, associada à baixa taxa de utilização de equipamentos de monitorização, tem levado a que a rega seja feita, na generalidade dos casos, de uma forma empírica o que leva quer a ineficiências na utilização da água quer a resultados pouco compatíveis com uma viticultura de qualidade. A disponibilidade hídrica da videira influencia o seu crescimento vegetativo e reprodutivo, afetando o vigor, a produção e a qualidade da uva. De forma a controlar o crescimento vegetativo e induzir uma melhor maturação é recomendável submeter a videira a um stress hídrico moderado, utilizando as designadas estratégias de rega deficitária que permitem aumentar a eficiência de uso da água e melhorar a qualidade da uva. Todavia a obtenção de um stress moderado exige uma gestão cuidada da rega de forma a permitir um balanço equilibrado entre crescimento vegetativo e reprodutivo para obtenção de bons rendimentos de elevada qualidade. Para o efeito é necessário o conhecimento para cada “terroir” do consumo de água da videira nas diferentes fases do ciclo e sua relação com a demanda atmosférica e com o teor de água no solo.

O Douro – região de viticultura de montanha e de localização remota – apresenta particulares desafios de custos no sistema de produção (ex. na instalação da vinha, conservação e manutenção do solo, prevenção da erosão, drenagem e retenção de água) e constrangimentos logísticos (ex. no aprovisionamento dos fatores de produção, distribuição, obtenção de mão-de-obra qualificada, e lentidão na adoção de soluções inovadoras ou novos modelos de negócio). A dificuldade na implementação de novas tecnologias é ainda agravada pela fraca ou inexistente ligação à internet e a tradicional resistência da maioria dos atores.

Os recursos hídricos nas regiões em estudo (Douro, Alentejo e Tejo) são bastante limitados. Por ex. nas vinhas das Colinas do Douro, a Ribeira de Aguiar – onde vários vinicultores extraem água para as suas vinhas – fica completamente seca no Verão. Por outro lado, nas vinhas onde a água é captada através de furos artesianos (ex. vinhas do Bairro - Cartaxo e Alentejo) tem-se verificado nos últimos uma redução do nível dos lençóis freáticos e consequente redução dos caudais. Uma forma de fazer face ao problema é aumentar a capacidade de retenção de água no Inverno (ex. através de construção de charcas para aproveitamento dos recursos hídricos captados pelas linhas de água durante o Inverno e Primavera de forma a aumentar a sua disponibilidade no Verão).

Em conclusão e face ao estado da Arte, o presente projeto pretende desenvolver para o mercado um Sistema de Suporte à Decisão global para os Viticultores de modo a terem uma gestão eficaz dos recursos hídricos com base em tecnologias como a Internet of Things (IoT), a Observação Terrestre (EO), uso de Inteligência Artificial (AI) e Modelos Preditivos para a previsão de acontecimentos, contribuindo assim para a resiliência e gestão hídrica eficaz do sector.

 

Desenvolvimento de uma ferramenta tecnológica de Suporte à decisão e de Gestão dos recursos hídricos nas explorações Vitícolas e ao mesmo tempo adaptar este tipo de explorações agrícolas às alterações climáticas.

Instalar-se-ão ilhas de sensores em 4 vinhas presentes em 3 regiões vitícolas distintas (Douro Superior, Tejo - Bairro e Alentejo) e a respetiva tecnologia para extração, comunicação, análise e processamento de dados quer ambientais (clima e solo) quer da planta quer ainda de alguns parâmetros caracterizadores das charcas para armazenamento de água. Serão também usadas imagens multi e hiperespectrais e térmicas para monitorização remota da vinha.

De forma validar os dados obtidos pelos sensores e satélites, em paralelo, será feita uma colheita manual de dados na vinha (estado hídrico da videira) para validação dos dados obtidos pelos sensores. A comunicação dos dados colhidos será feita através da integração de módulos de comunicação Long-Range (LoRa) às ilhas de sensores de forma que os dados sejam enviados para nanosatélites quando “em linha de vista” que por sua vez os irão enviar para gateways terrestres, componente ligados à internet que transferem os dados para a nuvem. Na nuvem estes dados são cruzados com imagens provenientes de satélites, dando uma perspectiva mais detalhada sobre a área global e permitindo calibrar os sensores. Para a análise e processamento de dados será desenvolvida uma plataforma tecnológica web que utilizará inteligência artificial por tecnologias de aprendizagem automática e modelos preditivos. Esta plataforma funcionará como um sistema amigável de suporte à decisão ajudando o viticultor a tomar decisões em tempo real, sendo capaz de emitir alertas para riscos de stress biótico e abiótico e risco de eventos térmicos extremos bem como prever as necessidades efetivas de rega que uma vinha pode ter face às condições climatéricas existentes num determinado local.

Tendo em consideração os enormes desafios que se colocam atualmente à viticultura, os viticultores poderão tirar um enorme partido das atividades de I&D propostas na presente iniciativa. Com efeito, a possibilidade de dispor de informação detalhada das suas parcelas de vinhas, obtida de forma remota e disponibilizada em tempo real através de um sistema amigável de suporte à decisão, permitirá ao viticultor uma tomada de decisão muito mais robusta e atempada comparativamente aos métodos tradicionais presentes no atual estado da arte no que concerne à problemática da gestão dos recursos hídricos. Para além disso, a possibilidade deste sistema permitir disponibilizar dados online diariamente (colmatando o problema de comunicação de dados na agricultura em zonas remotas), de fornecer alertas, de propor medidas de mitigação dos riscos de stress biótico e abiótico, constitui uma vantagem adicional que permitirá ao viticultor ajustar de uma forma mais racional a gestão das suas vinhas e, consequentemente, melhorar a sua sustentabilidade económica e dos recursos hídricos.

Muitas das soluções atuais de gestão da irrigação da vinha assentam em práticas manuais de recolha de dados e/ou num investimento elevado em infraestruturas terrestres de redes. Nesta iniciativa, a monitorização remota e localizada das culturas basear-se-á no uso de satélites e dispositivos inteligentes (sensores e atuadores) integrados nos processos produtivos que permitem quantificar parâmetros relevantes da cultura e das práticas agrícolas, e comunicar remotamente a informação. Através de imagens de alta resolução de satélites (por exemplo térmicas na gama dos infravermelhos) poderá procura-se fugas de água e identificar zonas mais críticas da cultura e colocar sensores in-situ, otimizando o número e a localização de sensores a ser usados. Através do uso de dispositivos inteligentes pode ainda ligar-se/desligar-se sistemas de rega remotamente poupando recursos ou até permitindo ajudar o processo produtivo no caso de efeitos climáticos extremos. As soluções deverão estar interligadas com as charcas e o seu volume de água disponível.

As soluções a desenvolver terão em conta o apoio à gestão de recursos hídricos em regiões remotas (sem internet) e menos desenvolvidas. Em geral a iniciativa deverá contribuir para a resiliência e gestão hídrica por intermédio de tecnologia que permita às vinhas em localizações remotas de relevância ambiental terem conectividade (IoT). A tecnologia será especialmente relevante para charcas/vinhas em zonas/regiões que tenderão a ficar mais áridas nas próximas décadas.

ÁREA DE TRABALHO (AT) 1 - Relações clima-solo-videira
ISA
- Estudo das relações entre os parâmetros ambientais monitorizados (dados climáticos e de humidade solo) e o estado hídrico da videira.
- Avaliação do impacte das tecnologias de monitorização na gestão da rega deficitária e na eficiência do uso da água e suas relações com o crescimento vegetativo, vigor e produção da videira bem como com a composição da uva.

AT2 - Monitorização da vinha, clima e charca c/ comunicação
Colinas do Douro
- Colheita manual de dados na vinha (estado hídrico da videira, incidência e severidade de ataque de doenças e pragas, vigor, produção e qualidade da uva) para validação dos dados obtidos pelos sensores.
 
Mexia de Almeida
- Colheita manual de dados na vinha (estado hídrico da videira, incidência e severidade de ataque de doenças e pragas, vigor, produção e qualidade da uva) para validação dos dados obtidos pelos sensores.
 
Quinta da Extrema
- Colheita manual de dados na vinha (estado hídrico da videira, incidência e severidade de ataque de doenças e pragas, vigor, produção e qualidade da uva) para validação dos dados obtidos pelos sensores.

Spaceway Lda
 - Desenvolvimento e demonstração de sistemas de comunicação IoT para zonas remotas e sem ligação à internet através do uso de satélites em órbitas baixas e tecnologia LoRa/LoRaWAN.
- Fornecimento de imagens de satélite (multiespectral e hiperespectral e termografia) de super resolução)
- Desenvolvimento e implementação de ilhas de sensorização para monitorização das vinhas, clima e charcas, bem como atuadores automáticos para irrigação remota

UBI
- Recolha de dados ambientais, extrínsecos à cultura para criação de base de dados, por via de sensorização in-situ (temperatura, humidade a diferentes profundidades, temperatura superficial da planta –radiação térmica).
- Sensorização remota via satélite, imagem termográfica coletada por veículos aéreos não tripulados autónomos (drones).
- Desenvolvimento e integração de tecnologia de sensorização com comunicação sem fios de longo alcance e baixo consumo.

Rui Manuel da Silva Franco
- Colheita manual de dados na vinha (estado hídrico da videira, incidência e severidade de ataque de doenças e pragas, vigor, produção e qualidade da uva) para validação dos dados obtidos pelos sensores.


AT3 - Tecnologia p/ a Tomada de decisão
DPS-Innovation
- Desenvolvimento de uma plataforma web para a visualização de dados, alertas e guias de apoio à decisão do produtor. 
- Suporte ao desenvolvimento de algoritmos baseados em fusão sensorial e inteligência artificial para previsão de acontecimentos e suporte à decisão baseados em dados de satélites e de sensores. 

Spaceway Lda
- Desenvolvimento de uma plataforma web para a visualização de dados, alertas e guias de apoio à decisão do produtor. 
- Suporte ao desenvolvimento de algoritmos baseados em fusão sensorial e inteligência artificial para previsão de acontecimentos e suporte à decisão baseados em dados de satélites e de sensores. 

UBI
- Desenvolvimento de uma plataforma de apoio à decisão por algoritmos de inteligência artificial destinada a prever a necessidade de irrigação, otimizando o consumo de água e de energia.
- Desenvolvimento e integração de tecnologia de controlo, atuação e comando de electroválvulas com comunicação sem fios e sistema de suporte à autonomia energética.

 
 AT4 - Testes e Validação e introdução dos resultados
Colinas do Douro
- Disponibilização da exploração vitícola para instalação de aparatos de recolha de dados de interesse para as atividades de investigação e desenvolvimento.
- Realizar trabalhos de incorporação dos resultados do projeto na exploração agrícola (Quinta das Colinas do Douro) relativamente ao seu sistema de rega para aumento da capacidade atual da retenção de água.

ISA
- Validação e seleção dos indicadores mais robustos para gestão eficiente da rega deficitária na vinha

Mexia de Almeida
- Disponibilização da exploração vitícola para instalação de aparatos de recolha de dados de interesse para as atividades de investigação e desenvolvimento.
- Realizar trabalhos de incorporação dos resultados do projeto na exploração vitícola da Herdade da Seixa relativamente ao seu sistema de rega e capacidade de retenção de água em charca.

Quinta da Extrema
- Disponibilização da exploração vitícola para instalação de aparatos de recolha de dados de interesse para as atividades de investigação e desenvolvimento.
- Realizar trabalhos de incorporação dos resultados do projeto na exploração vitícola relativamente ao seu sistema de rega e capacidade de retenção de água em charca.

Spaceway
- Testes de utilização da plataforma web UI/UX.
- Testes de utilização do equipamento de monitorização e atuação.

UBI
- Testes experimentais de desempenho das tecnologias de sensorização, comunicação e atuação.
- Testes para aferir a precisão dos modelos de previsão

Rui Manuel da Silva Franco
- Disponibilização da exploração para instalação de aparatos de recolha de dados de interesse para as atividades de investigação e desenvolvimento (desde que não coloque a planta e a sua produção em causa).
- Auxiliar nos trabalhos de incorporação dos resultados do projeto na exploração relativamente ao seu sistema de rega e capacidade de retenção de água (desde que não coloque a planta e a sua produção em causa).
- Desenvolvimento de procedimentos de boas práticas de rega e retenção hídrica decorrentes dos resultados do projeto.
 
 AT5 - Comunicação dos Resultados e Sensibilização para a Adoção das tecnologias
 COTR:
- Atividades (ex. workshops, focus-group) de divulgação dos resultados e tecnologias do projeto junto dos utilizadores vitícolas, em particular daqueles das regiões teste do projeto.
- Disseminação de boas práticas de rega decorrentes dos resultados do projeto.

 ADVID:
- Atividades (ex. workshops, focus-group) de divulgação dos resultados e tecnologias do projeto junto dos utilizadores vitícolas, em particular daqueles das regiões teste do projeto.
- Disseminação de boas práticas de rega decorrentes dos resultados do projeto.

DPS-Innovation
- Formação para a utilização da plataforma de apoio de decisão à irrigação desenvolvida no projeto.

ISA
- Divulgação técnica e científica dos resultados do projeto através de artigos científicos.

UBI
- Divulgação técnica e científica dos resultados do projeto através de artigos científicos.