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SmartBio Advisor – Intellingent Technology Management for Bioagriculture (ID: 173 )
Coordenador: BIOFRADE - Agropecuária, Lda
Iniciativa emblemática: 8. Agricultura 4.0
Data de Aprovação: 2022-02-07 Duração da iniciativa: 2025-09-30
NUTS II: Centro NUTS III: Oeste
Identificação do problema ou oportunidade
Nas últimas décadas, a agricultura intensiva introduziu elevadas quantidades de produtos fitofarmacêuticos, adubos, reguladores de crescimento e outros produtos químicos de síntese, alterou os ecossistemas, prejudicou a fertilidade dos solos e a qualidade da cadeia alimentar. Abandonaram-se práticas como a fertilização orgânica dos solos com estrumes, o cultivo de variedades agrícolas e hortícolas tradicionais, a utilização das raças autóctones e o maneio animal ao ar livre, reconhecendo-se, atualmente, que as práticas agrícolas que se utilizam não são sustentáveis.
Em contraponto, a Agricultura Biológica enquanto atividade eco-sustentável, é uma das formas de atuar de forma construtiva e equilibrada nos sistemas agrícolas, inseridos nos sistemas naturais, melhorando a fertilidade dos solos, promovendo o correto uso da água e preservando a biodiversidade, para além de produzir alimentos de elevada qualidade. Acresce que o modo de produção biológico reduz substancialmente a utilização de fatores de produção externos à exploração, através da não utilização de fertilizantes e pesticidas químicos de síntese.
Em Portugal, os últimos dados estatísticos que se reportam a 2018, apontam para uma área destinada à cultura do pimento (Capsicum annuum L.) de 926 ha, com uma produção de 38 137 t, e uma produtividade de 41,2 t.ha-1. Contudo, neste contexto reconhece-se que qualidade do pimento, pode ser afetada pelo modo de produção e pelo estado de maturação dos frutos, pelo que o desenvolvimento de um instrumento de apoio a gestão e monitorização constitui uma mais valia para a atividade. Assim, com esta iniciativa propõe-se o desenvolvimento de um sistema de gestão inteligente de apoio da gestão agrícola para a produção de pimento biológico, que pretende incentivar a transição da agricultura convencional para a agricultura no modo de produção biológico, preservando os ecossistemas e incentivando a fixação de jovens agricultores que adotem técnicas agrícolas mais sustentáveis e com uma gestão de precisão com auxílio deste instrumento de apoio à tomada de decisão.
Na Agricultura Biológica a qualidade e diversidade da microbiota do solo assume importante relevância, pois contribui para a manutenção da biodiversidade, participação da ciclagem de nutrientes e para a produção vegetal de forma indireta e direta, mediante estabelecimento de relações simbióticas com as plantas. Assim, a criação de um sistema inteligente de apoio a gestão e monitorização integrado com um algoritmo capaz de testar a correlação e medição destes fatores que fazem variar a parte viva do solo e testando a sua fiabilidade com análises do campo demonstra ser uma oportunidade a explorar pois em caso de sucesso seria muito facilitador da melhoria do sistema agrícola, otimizando a cultura, reduzindo custos e tempo de analise e diagnóstico.
O sistema de apoio a gestão a desenvolver pretende-se que seja uma ferramenta de fácil acesso com uma interface intuitiva e simples, facilitando a gestão agrícola, otimizando a sua produção e qualidade, a par da gestão de recursos. Uma ferramenta de baixo custo de implementação e, escalável, mas capaz de responder as necessidades da atividade agrícola biológica e em linha com as principais políticas orientadoras Europeias.
Breve resumo da iniciativa a desenvolver
Propõe-se o desenvolvimento de uma plataforma IoT (Internet of Things) de apoio à gestão que, com técnicas de computação inteligente, possa controlar e gerir todos os fatores que otimizam a produção biológica do pimento, de acordo com os princípios da agricultura biológica e para obtenção de um produto final de qualidade. Este sistema munido de comunicação web, irá gerar grandes quantidades de informação para a Cloud, que será processada com algoritmos (a criar) e será armazenada segundo as atuais tendências do Big data.
Sendo o pimento uma cultura muito sensível aos excessos ou défices de água, a condução da rega constituirá um dos critérios a gestão. Pela sua relevância proceder-se-á ainda a monitorização da atividade microbiota, que depende da variação de: micro e macro nutriente (Al, Ca+Mg, P, C/N, MO, SB, argila), pH, porosidade e condutividade do solo. Propõe-se assim um sistema heterógeno de monitorização por diversas fontes: imagens NDVI e multiespectrais recolhidas por Drones; sensores no solo (pH, condutividade, micro e macronutrientes, temperatura e humidade no solo a diferentes profundidades e ar do solo; sensores água de rega e caudalímetros); dados meteorológicos (de estações locais ou próprias); sensores ao nível do solo e das copas das plantas.
Toda a informação gerada será compilada de forma simples e clara numa interface gráfica simples (user friendly), passível de utilização num computador, tablet ou telemóvel de forma intuitiva e com diversos níveis de utilização. Serão criados níveis de utilização básicos apenas com acesso a alguns dados e alertas e sistemas com maior nível de acesso a informação para um utilizador mais técnico. O sistema será inicialmente parametrizado com intervalos de confiança para os vários valores a monitorizar, gerando avisos sempre que se detetem valores fora desses intervalos. Será ainda possível a identificação de fontes de poluição difusa pela deteção da mesma nos sensores instados.
Está prevista a monitorização de culturas em ar livre e em estufa pois são a conjugação de ambas que permitirá a obtenção de uma produção anual. No caso da produção em estufa, a recolha de imagens por Drones serão substituídas por recolhas de imagens de alta definição para acompanhar a evolução da cultura as ações de gestão implementadas.
Será criado um sistema de alertas onde o gestor será informado por diversas vias (email, sms, plataforma web) de todos as situações que saiam dos padrões que foram inicialmente definidos.
Recorrendo a técnicas de Inteligência Artificial e Machine Learning o sistema irá ainda melhorar a sua capacidade para prever cenários e avisar o gestor com antecedência. Neste caso existirão diferentes níveis de atuação, com um primeiro nível em que o sistema só gera avisos e o gestor atua sobre a cultura ou até numa fase final de maturação do sistema em que o sistema tem autonomia de atuar ou pedir autorização para atuar no sistema agrícola sempre que identificar uma oportunidade de melhoria ou correção.
Efetuar-se-á também o controlo e registo da qualidade do produto final, para correlação no algoritmo com todos os dados recolhidos. Assim, o sistema será sempre validado a três níveis: análises laboratoriais que confirmem as medições pelo sistema de monitorização; análise do solo para confirmação dos dados extrapolados para microbiota do solo; controlo laboratorial dos requisitos de qualidade do produto final para confirmação dos resultados esperados pela gestão de alta precisão do sistema.
Áreas de Trabalho e responsabilidades de cada parceiro
As atividades a desenvolver durante o projeto podem ser divididas em dois grandes grupos: a vertente tecnológica e a vertente de aplicação prática. A Biofrade será o líder do consórcio, responsável por fazer a ponte entre todos os parceiros uma vez que possui CAE de investigação e agrícola. No campo tecnológico o Departamento de Ciências da Terra (DCT) será o responsável pela coordenação de todos os trabalhos de análise (quer a nível de sensores quer laboratorial) e interpretação dos dados monitorizados e suas tendências no ciclo produtivo da cultura. Será responsável pelas análises laboratoriais dos parâmetros essenciais ao crescimento adequado da cultura em vários níveis: - Análises ao solo (micro e macronutrientes, tipo e teor de solo e matéria orgânica, pH e condutividade); - Análises da água (pH, condutividade, TDS, oxigénio dissolvido potencial redox, catiões Na, K, Ca, Mg e aniões HCO3- ; SO4 2-; Cl , NO3-, PO4 2-; - Análises da planta (caracterização cinética de micro e macro nutrientes, quantificação de fotoassimilados com análise por infra vermelhos e florescência, estado hidro da cultura, colometria CIELAB e índice de permeabilização tecidular para a deteção de potenciais stresses. O DCT levará a cabo também o trabalho de análises de imagens aéreas recolhidas pelos drones (com camaras multiespectrais e indicadores como NDVI entre outros) e SIGs (sistemas de Informação Geográfica). A DCT irá também acompanhar a instalação e definição de requisitos de todos os equipamentos de monitorização sensorial assim como na análise e interpretação dos dados recolhidos. O seu know-how científico será fundamental também na definição dos requisitos do algoritmo a desenvolver assim como na análise de tendências dos dados monitorizados, no ponto de vista produtivo da cultura. Para o efeito irá desenvolver o hardware e respetiva comunicação, assim como o algoritmo inteligente e a User Interface de visualização e controlo através de um computador/tablet/telemóvel. Os produtores agrícolas , nomeadamente a Tri Linevegetal, Lda e a Calender By Season, Lda juntamente com a Biofrade, irão coordenar a aplicação prática no campo dos dispositivos de monitorização e na recolha de amostras para análises laboratoriais. Com o seu conhecimento e experiência irão contribuir para a definição dos requisitos do algoritmo, juntamente com o DCT, com vista ao rendimento e qualidade do produto final. O Centro Operativo e Tecnológico Hortofrutícola Nacional - Centro Competência (COTHN-CC) e a Associação Interprofissional de Horticultura do Oeste (AIHO)a incorporar no projeto serão os principais elos de ligação entre todas as entidades do consórcio trazendo também contributos a nível da definição estratégica dos objetivos e metodologias do projeto, alinhados com as diretrizes nacionais e europeia no setor da Agricultura 4.0. Estes parceiros terão um papel na disseminação e divulgação dos resultados obtidos através da dinamização de diversas iniciativas e na mobilização dos associados e outros produtores potenciais beneficiários dos resultados obtidos nesta iniciativa. De forma transversal, a todos as entidades do consórcio está a promoção e divulgação dos resultados do projeto. O DCT, como centro de investigação será fundamental a publicação dos resultados do projeto a nível científico através de teses de mestrado, papers científicos e participação em conferências da especialidade assim como através da participação em feiras tecnológicas do sector da Agricultura 4.0 através da PME tecnológica bem como através dos seus próprios canais de divulgação (Sinestecnopolo e BCSD). O Cento Operativo e Tecnológico Hortofrutícola Nacional - Centro Competência (COTHN-CC) e a Associação Interprofissional de Horticultura do Oeste (AIHO) terão o papel de disseminação dos resultados nos principais atores do sector agrícola e as PME´s representantes da produção, através da participação em conferências, eventos e pelos seus próprios meios de comunicação, de forma a poder integrar a solução no mercado e no campo de forma mais rápida. |
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