Os problemas aos quais o projeto pretende dar resposta são:

1) a existência de uma agricultura pouco tecnológica na região abrangida pela NUT III (Beiras e Serra da Estrela e Beira Baixa – território caracterizado por baixa densidade populacional) tornando-a pouco competitiva perante outras regiões do país, apesar do grande potencial edafoclimático que apresenta, principalmente ao nível frutícola (cereja, pêssego e frutos secos) e vitivinícola.

2) contribuir para produções agrícolas mais sustentáveis e resilientes às alterações climáticas. Prevê-se que a agricultura seja uma das atividades mais afetadas pelas alterações climáticas, especialmente nas regiões do Sul da Europa com influência mediterrânica.

Assim, é de extrema importância a inclusão da tecnologia (digitalização e automatização) para a gestão eficiente de recursos e a realização de estudos no domínio da adaptação às alterações climáticas.

As várias tecnologias existentes no apoio à Agricultura de Precisão (AP) apresentam diferentes abordagens de implementação, manutenção e custos associados. Por exemplo, adquirir e manter uma rede de sensores in situ é dispendioso. Por outro lado, o uso de imagens satélites (e.g. Sentinel-2), disponíveis gratuitamente, é uma mais-valia que deve ser aproveitada e potenciada. A sua desvantagem é a resolução espacial limitada que pode variar entre 10 e 60 metros, dependendo da banda espectral utilizada. Smart Beira pretende potenciar o uso das imagens de satélite através da implementação de métodos de Super-Resolução (SR) baseados em modelos recentes da área da inteligência artificial e machine learning para extrair com rigor e de forma automática métricas de fitossanidade e avaliação de maturação. Neste projeto, os métodos de SR serão treinados com imagens de alta resolução capturadas por VANTs. Com a implementação desta metodologia será possível obter imagens de satélite com resoluções superiores e garantir um conhecimento mais preciso e detalhado, promovendo novas aplicações, análises mais refinadas sobre a variabilidade de parâmetros e consequentemente decisões mais rigorosas. Assim, ao fornecer informações relevantes com elevado grau de detalhe sobre as culturas (e.g. stress hídrico, ajuste de fertilização, controlo de pragas, controlo de maturação, etc.) este projeto garantirá a aplicação das melhores práticas agrícolas, contribuindo para uma maior resiliência às variações meteorológicas e climáticas, maior sustentabilidade e eficiência de produção agrícola.

Importa ainda salientar que a democratização e promoção do uso destas tecnologias é um fator preponderante para a sua incorporação no sector agrícola. Este aspeto é altamente valorizado no projeto. Assim, estes desenvolvimentos serão implementados numa plataforma de serviços digitais já desenvolvida pela entidade parceira Hidromod. Esta plataforma está operacional, existindo um protocolo vigente com o Instituto de Financiamento de Agricultura e Pescas (IFAP). Esta plataforma gera séries temporais (NDVI, balanço hídrico, etc.) para aproximadamente 4 milhões de parcelas. O desenvolvimento e integração de um plug-in de Super Resolução na plataforma da Hidromod irá potenciar significativamente a utilização das imagens de satélite tanto ao nível do produtor agrícola como ao nível da fiscalização para atribuição de subsídios.

Esta plataforma irá proporcionar a todos os produtores agrícolas da região uma forma expedita de monitorizar o estado das suas culturas. Assim, o projeto contribuirá para a digitalização, de forma abrangente, igualitária e inclusiva.

Grupos-alvo: Os beneficiários alvo são as PME que operam na produção agrícola na região da Beira Interior. No entanto, o conhecimento adquirido com o desenvolvimento deste projeto é extensível ao restante território nacional, uma vez que a tecnologia poderá ser replicada para qualquer região e para qualquer cultura.

A agricultura tem vindo a evoluir tecnologicamente, tornando-se mais digital, seguindo a tendência dos restantes setores económicos. Contudo, mesmo com dados comprovados sobre os benefícios gerados, a digitalização e automatização da agricultura em Portugal continua deficitária. A agricultura 4.0 torna-se ainda mais urgente quando existem objetivos claros de tornar as produções agrícolas mais sustentáveis e resilientes às alterações climáticas através do uso mais eficiente dos recursos. Adicionalmente, para alimentar a população mundial crescente precisamos de desenvolver novos métodos de agricultura sustentável, que aumentem o rendimento da produção e reduzam o consumo de água, uso de fitofármacos e otimizem as colheitas industriais.

Smart Beira tem como objetivo, idealizar e desenvolver novas soluções e procedimentos para a monitorização dos solos e dos pomares de cerejeira, pessegueiro, amendoeiras e vinha, com o intuito de otimizar o uso de fertilizantes, gestão da rega e controlo da maturação. Para tal, utilizará tecnologias inovadoras tais como: sensores para monitorização agrometeorológica; sensores acoplados a veículos aéreos não tripulados (VANT) e imagens de satélite. Estas observações serão integradas numa plataforma de sistemas de informação geográfica, para posterior processamento, análise e visualização, tornando-se num sistema digital de suporte à decisão associado a modelos de solo e plantas.

A principal inovação do projeto consiste no aumento da resolução de imagens de satélite (e.g. Sentinel-2) através de técnicas de Super Resolução (SR). Estas técnicas consistem na aplicação de algoritmos de inteligência artificial (IA) e machine learning que permitem aprender os padrões típicos através de um conjunto de imagens de alta resolução, que, neste caso, serão as imagens obtidas por VANT. Estes algoritmos serão posteriormente aplicados às imagens de satélite melhorando significativamente a resolução. Com esta metodologia iremos potenciar a utilização das imagens de satélite, permitindo uma capacidade de análise com elevada precisão e detalhe. Desta forma, será possível individualizar objetos (árvore, fruto, etc.) obtendo informação mais rigorosa sobre a variabilidade espacial dos parâmetros. A validação desta metodologia será realizada através de campanhas de observação in-situ por métodos clássicos.

O projeto prevê a implementação desta metodologia ao setor frutícola e vitivinícola, mais concretamente às culturas da amêndoa, cereja, pêssego e vinha instaladas na Região da Beira Interior, entidades parceiras deste projeto. Estas escolhas têm por base a considerável expressão económica que possuem na região e a importância que apresentam ao nível da agricultura sustentável e no investimento e fixação de população neste território de baixa densidade populacional. No entanto, a componente tecnológica deste projeto é flexível e adaptável a diferentes culturas, sistemas agrícolas e regiões.

Este projeto terá como principal output uma plataforma digital que funcionará como um web map service de acesso gratuito, oferecendo um conjunto diversificado de parâmetros (índices vegetativos, balanço hídrico, avaliação nutricional, etc.) sobre o estado das culturas agrícolas. Esta plataforma potenciará o aumento dos lucros dos pequenos agricultores da região, através da otimização da fertilização, irrigação, controlo inteligente da fitossanidade, controlo da maturação dos frutos para melhor rendimento das culturas.

Os impactos esperados são:

1. Desenvolver uma região modelo ao nível da sustentabilidade, tendo em vista o recurso à agricultura 4.0, através da integração de IA, IoT e tecnologias do espaço nas práticas agrícolas;
2. Promover a agricultura da região através do reforço digital;
3. Desenvolver novas soluções e procedimentos para a monitorização dos solos e dos pomares, com o intuito de otimizar o uso de fertilizantes, gestão da rega e controlo da maturação;
4. Democratização da agricultura 4.0 através do livre-acesso e em tempo-real à plataforma de monitorização das culturas.

Na inscrição da 1º fase da iniciativa, Smart Beira contará com a participação de 12 parceiros, coordenado pelo Instituto Politécnico da Guarda (IPG). O consórcio é constituído por parceiros do sistema científico e tecnológico nacional, IPG, a Universidade da Beira Interior (UBI) e o Laboratório Colaborativo Food4Sustainability (F4S); com o centro de competências - Centro Operativo e Tecnológico Hortofrutícola Nacional (COTHN); a Associação de Agricultores para Produção Integrada de frutos de Montanha (AAPIM); o Pólo de Inovação da Covilhã (PIC) e as PMEs: Ambimetric; Agro Water Almonds (AWA); AgroColmeal, CerFundão e TeroMovigo. Outras PME serão adicionadas na 2º fase da iniciativa.

O IPG será o líder do projeto devido à grande experiência na gestão de projetos e pela importância estratégica que ocupa na região da Beira Interior e na promoção e valorização deste território. As entidades parceiras têm experiência no desenvolvimento de atividades de investigação, consultadoria e apoio técnico na área agroalimentar, centrada na valorização de recursos endógenos e na promoção do Interior. Estas entidades participaram em vários projetos (ver nesta secção: Experiência Prévia) orientados para o setor agrícola e para as novas tecnologias, e serão a garantia de sucesso do Smart Beira.

Para a execução do projeto estão previstas as seguintes Atividades (A):

A1) Observações:

Observações In-situ por métodos clássicos. Recolha de informações agronómicas, como a quantidade de macronutrientes (N, P e K) e clorofila nas folhas e monitorização de parâmetros do solo. Entidades Participantes (EP): AAPIM, AgroColmeal, Ambimetric, AWA, CerFundão, COTHN, F4S, IPG e PIC.

Realização de campanhas de voo VANT. EP: IPG e TeroMovigo.

Recolha das Imagens Satélite. EP: Hidromod e TeroMovigo.

A2) Desenvolvimento do método computacional de Super Resolução (RS):

Processamento das imagens obtidas por VANT para treino dos algoritmos de inteligência artificial e machine learning. EP: IPG, UBI e TeroMovigo.

Avaliação do método de SR nas imagens de satélite recolhidas. Desenvolvimento de novas estratégias que permitam melhorar os algoritmos existentes de SR. EP: IPG, UBI e TeroMovigo.

              Validação da metodologia de SR. EP: F4S, Hidromod, IPG, UBI e TeroMovigo.

A3) Cálculo e extração automática de métricas de avaliação de fitossanidade (e.g., índices vegetativos, balanço hídrico, etc.). EP: Hidromod, TeroMovigo e IPG.

A4) Os desenvolvimentos resultantes das atividades 2) e 3) serão integrados numa plataforma que permitirá ao utilizador gerir a sua cultura. EP: Hidromod, IPG, UBI e TeroMovigo.

A5) Divulgação e disseminação. Transversalmente a todo o projeto será assegurada a disseminação efetiva através de atividades de divulgação, comunicação e capacitação. Estas atividades serão concebidas para divulgar os desenvolvimentos e resultados do projeto, de forma a promover a literacia digital e estimular a digitalização no sector. Está previsto a organização de workshops, escolas de verão e webinars direcionados aos stakeholders, mas também ao público geral. Será dado foco aos estudantes universitários por forma a estimular o uso de processos e técnicas mais inovadoras e eficientes, reforçando a produtividade e a escala da oferta e contemplando a atratividade de investimentos relacionados com matérias de sustentabilidade económica e ambiental que reforçam a competitividade setorial a longo prazo. Será criado um Website onde toda a informação relevante sobre o Smart Beira irá sendo agregada.

EP: AAPIM, AgroColmeal, Ambimetric, AWA, CerFundão, COTHN, F4S, Hidromod, IPG, PIC, TeroMovigoe UBI.

A COTHN e a F4S integram a Digital Innovation Hub e vão apoiar e divulgar os DIH no setor agroalimentar.

Experiência prévia (projetos anteriores relevantes para o Smart Beira):

https://s4agro.pt/en/home-en/

https://maisagro.pt/

aquafarm.hidromod.com

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