Le sperimentazioni di CSP in ambito di agricoltura di precisione

1. Seminario
Tecnologie di rete e sensoristica
a supporto dell’agricoltura
1
a supporto dell’agricoltura
Paolo Mollo
EmSysLab Manager, Area ESME, Direzione R&D
Torino, Salone del Gusto, 29 ottobre 2012

2. Agenda
Agricoltura di precisione
Priorità dell’Europa in ambito “ICT e agricoltura”
Sistemi di monitoraggio (casi studio CSP)
Remote Sensing
ICT e mezzi agricoli
2Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
ICT e mezzi agricoli
Conclusioni e sfide future

3. Agricoltura di precisione
L'agricoltura di precisione o Smart farming è una strategia
gestionale dell’agricoltura che si avvale di moderne strumentazioni ed
è mirata all'esecuzione di interventi agronomici tenendo conto delle
effettive esigenze colturali e delle caratteristiche biochimiche e fisiche
del suolo.”
Wikipedia
3Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
“…l’agricoltura di precisione è fare la cosa giusta, nel posto giusto, in
un tempo giusto, senza alcuno spreco.”
Bruno Basso, Università della Basilicata e docente alla Michigan State
University (USA), Queensland University of Technology (AUS), Feng Chia
University (Taiwan)
“… è un modo di fare agricoltura basato sull’impiego di macchine in
grado di modificare la propria modalità operativa per gestire la
VARIABILITA’, utilizzando le nuove tecnologie della comunicazione e
dell’informazione.”

4. Benefici attesi
Aumento della produzione e della qualità dei prodotti
Uso efficiente degli input finalizzato ad un aumento dei profitto
tutela delle risorse naturali
rispetto della capacità di produrre del terreno
minimizzazione dell’impatto ambientale
4Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
minimizzazione dell’impatto ambientale
minimizzazione dei rischi
tracciabilità dei prodotti

5. Scale di applicazione dell’agricoltura di precisione
5Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012

6. Agrifood in Europa: i numeri
40% del territorio nell’area EU è occupato da coltivazioni (Eurostat
2010)
Il “food and drink” rappresenta il 16% del volume d’affari del settore
industriale EU (CIAA 2010)
EU maggior esportatore in ambito agrifood con il 18,7% delle
esportazioni globali
6Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Logistica legata all’agrifood impatta per circa il 20% del totale dei
trasporti su strada

7. Agrifood: primary drivers
continua crescita demografica
produrre più cibo utilizzando meno energia
costi dell’energia
ridurre gli effetti dei cambiamenti climatici
contrastare gli effetti dell’abbandono delle aree rurali
7Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
contrastare gli effetti dell’abbandono delle aree rurali
complessivo invecchiamento della popolazione e aumento dei
problemi di salute legati al cibo
cambiamenti etnici e culturali
garantire qualità e sicurezza

8. Agrifood: ICT challenges I
uso intelligente dei dati raccolti (solo il 10% ha un utilizzo immediato)
condivisione delle informazioni tra i vari attori nella catena di
produzione
sviluppo di nuove applicazioni di supporto alle decisioni
sviluppo e ricerca in ambito WSN
8Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
sensori autonomi dal punto di vista energetico
approccio sempre più user centred e site specific
trovare un equilibrio tra qualità e sicurezza del cibo, costi di produzione
e protezione dell’ambiente

9. Agrifood: ICT challenges II
supportare un migliore trasferimento dei risultati della ricerca
nel lavoro quotidiano degli agricoltori
nell’industria del cibo
nelle comunità rurali
rendere le aree rurali luoghi appetibili in cui vivere, investire, lavorare
costruire nuovi modelli ICT per la condivisione e l’uso delle conoscenze
nelle aree rurali
9Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
nelle aree rurali
soluzioni web based e mobile
cloud computing
accesso open a social media, piattaforme collaborative e business
intelligence

10. Sistema integrato ICT e agricoltura
10Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012

11. Il cuore del sistema
11Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Wheather
Forecast

12. Elementi fondamentali
Monitoraggio
Remote Sensing
Decision Support System (DSS)
12Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Decision Support System (DSS)
Variable-Rate Application (VRA)

13. Monitoraggio: frutticoltura e orticoltura
Cosa si rileva:
dati climatici (temperaturà, umidità, piovosità)
parametri chimico fisici del suolo (aridità, conduttività elettrica,
sensori gamma-radiometrici)
stato delle colture (webcam)
presenza di parassiti
Benefici:
minimizzazione utilizzo risorse idriche
13Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
minimizzazione utilizzo risorse idriche
razionalizzazione nell’impiego di concimi e fitofarmaci
gestione ottimizzata dei mezzi agricoli

14. Monitoraggio: serre e allevamenti
Cosa si rileva:
condizioni climatiche (T,H)
rumore
luminosità
concentrazioni ammoniaca (nocive per animali se > certe soglie)
concentrazioni di CO2 (migliorativa per le coltivazioni)
meccanismi di apertura/chiusura finestre
Benefici:
14Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Benefici:
diminuzione degli sprechi (energetici ed economici)
Utilizzo ottimale delle fonti di calore
miglioramento della qualità dei prodotti

15. Caso studio: il progetto Vini Veri
Progetto dimostrativo per una gestione avanzata del vigneto a scala
aziendale voluto dall’associazione Vini Veri.
Partner di progetto:
• Regione Piemonte, Direzione Agricoltura,
Settore Fitosanitario
• Istituto di Istruzione Superiore di Stato
Umberto I, Alba (CN)
• Vini Veri, Associazione di Viticoltori, Alba
15Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
• Vini Veri, Associazione di Viticoltori, Alba
(CN)
• Università di Torino, Dipartimento di
Colture Arboree
• 2i3T, Incubatore di imprese per il
trasferimento tecnologico, Torino
• Ai3, Acceleratore di Idee di Imprese
Innovative, Torino
• 3a Srl, Torino
• Horta Srl
• CSP - Innovazione nelle ICT, Torino.

16. Caso studio: il progetto Vini Veri
Suscettibilità della vite ad alcuni agenti patogeni che possono avere gravi
conseguenze per lo sviluppo vegetativo e per la produzione se
non adeguatamente controllati.
Tra i più dannosi:
Oidio
Peronospora
Muffa grigia
16Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Patogeni che si sviluppano con particolari situazioni ambientali legate
al ciclo stagionale, alle precipitazioni ed al tasso di umidità.

17. CSP e Vini Veri: il sistema di monitoraggio
3 vigneti monitorati:
Vigneto scuola Enologica di Alba [1 stazione master]
Vigneto Gabutti a Serralunga d’Alba [2 stazioni master]
Vigneto di Novello [1 stazione master]
Internet
17Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Nodo
Master
S1
S2
S4 S3
Zigbee:
2,4 GHz
802.15.4
802.11a
5 GHz

18. Vini Veri: stazione master
Stazione master:
• mainboard
• connessione wireless a 5 Ghz
• pannello solare da 60 Watt
• batteria da 44 Ah
• controller ZigBee
18Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
• 5 sensori collegati direttamente
Umidità
Temperatura
Temperatura terreno
Bagnatura fogliame
Pluviometro

19. Vini Veri: Stazioni remote
4 stazioni remote Stazione remota:
• scheda Arduino
• Modulo Xbee
• Pannello solare da 20 Watt
• Batteria da 9 Ah
• Sensore:
Temperatura
Umidità
19Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Umidità
Pressione

20. Vini Veri: schema della rete
20Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
rendere le aree rurali luoghi appetibili in cui vivere,
investire, lavorare

21. Caso studio CSP: il progetto Orto Botanico
[Monitoraggio e Open Data]
Progetto Orto Botanico
Rete di sensori wireless composta da micro-sistemi prototipati in CSP
che operano monitoraggio ambientale presso l’Orto Botanico
dell’Università di Torino
I nodi possono essere alimentati sia a batteria sia con sistemi di
energy harvesting micro-fotovoltaici
I dati raccolti sono pubblicati in rete sfruttando il paradigma degli
21Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
I dati raccolti sono pubblicati in rete sfruttando il paradigma degli
“Open Data”

22. Wireless Sensor Network Ultra-Low Power
AP
22Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
868 MHz

23. Open data
23Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012

24. Elementi fondamentali
Monitoraggio
Remote Sensing
Decision Support System (DSS)
24Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Decision Support System (DSS)
Variable-Rate Application (VRA)

25. Remote sensing
Aspetto fondamentale nell’ambito dell’agricoltura di precisione
Tecniche di Remote Sensing:
sistemi GPS, DGPS
consente di creare mappe di produzione, classificando le
diverse zone in funzione delle proprietà quantitative e
qualitative del prodotto raccolto.
25Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
sistemi GIS
Analisi di immagini termografiche rilevate, ad esempio, mediante
l’utilizzo di UAV
Sensori a bordo dei veicoli agricoli

26. Esempi di mappe
Mappa reddito netto
26Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Mappa
raccolto
Mappa
proteine

27. GIS (Geographic Information System)
I sistemi GIS forniscono metodi per:
analizzare le componenti spaziali
mostrare i dati nello spazio
recuperare i dati nello spazio
4°layer = mappa di produzione
27Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
3°layer = indici di vegetazione
2°layer = caratteristiche del suolo
1°layer = foto da satellite o cartografia

28. Caso studio CSP: UAV per remote sensing
• Monitoraggio ambientale realizzato attraverso Micro UAV
• Navigazione e stabilizzazione con modulo GPS
• Possibilità di installazione di payload funzionali
• Macchine fotografiche, mini computer ecc
28Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
• Attività di monitoraggio visivo di vigneti
• Esempio: vigneto a Gabutti (Langhe)

29. UAV nel progetto OpenGIS
• OpenGIS: Identificazione e
utilizzo
di strumenti open
per la rilevazione di punti
georeferenziati
• UAV per facilitare
l’identificazione di siti vitivinicoli
dismessi
Partner di progetto:
• Laboratorio ICT, Regione Piemonte
• Direzione Agricoltura, Regione Piemonte
• Direzione Opere pubbliche, Difesa del
suolo, conomia montana e Foreste,
Regione Piemonte
• CSP - Innovazione nelle ICT, Torino.
29Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
dismessi

30. Elementi fondamentali
Monitoraggio
Remote Sensing
Decision Support System (DSS)
30Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Decision Support System (DSS)
Variable-Rate Application (VRA)

31. Decision Support System (DSS)
Tecniche di gestione
• WHEATMAN
• APSIM (Agricultural Production Systems sIMulator)
• SALUS (System Approach to Land Use Sustainability)
Dati ambientali
31Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Dati ambientali
Dati agronomici
Mappe satellitari
Previsioni meteorologiche
Strategia di gestioneSite-specific
DSS

32. Elementi fondamentali
Monitoraggio
Remote Sensing
Decision Support System (DSS)
32Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Decision Support System (DSS)
Variable-Rate Application (VRA)

33. VRA – Distribuzione variabile degli input
Il risultato di elaborazioni DSS si traduce in un MAPPA che quantifica
l’intensità degli interventi nelle zone di campo
La MAPPA viene
trasferita e letta dai
mezzi agricoli
33Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
mezzi agricoli
durante le
lavorazioni

34. VRA – Mezzi agricoli context-aware
34Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
• L’antenna posta all’esterno della cabina riceve i segnali GPS
• elaborazione congiunta di posizione in campo e informazioni relative alla
quantità da distribuire e alla velocità di avanzamento
• Trasferimento, su ISOBUS delle informazioni dalla trattrice alla macchina
operatrice che modifica in real-time il settaggio di regolazione della dose
• Erogazione di differenti quantitativi all’interno del campo

35. VRA – contesti
Lavorazioni del terreno
Sistema di lavorazione
Profondità delle lavorazione
densità della semina
tipo di seme
Concimazioni chimiche
Vantaggi:
Minor impatto ambientale
Minor inquinamento delle acque
e dell’aria
Riduzione dell’erosione
Aumento della fertilità
Riduzione dei costi
35Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Trattamenti chimici
Irrigazione
Riduzione dei costi
Miglior adattabilità della coltura
Sicurezza per l’operatore
Risparmio idrico

36. Mezzi agricoli: sensoristica e UV
Sensoristica per il monitoraggio real-time delle caratteristiche chimico-fisiche
del suolo durante le lavorazioni
Driver principale: sicurezza degli operatori
Posizionamento dei mezzi agricoli
accelerometri, inclinometri
soglie anti ribaltamento
Meccatronica e robotica: Trattore autonomo
36Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Meccatronica e robotica:
Unmanned vehicles (UV)
Trattore autonomo
comandato in tutte le
sue funzioni da un altro
www.landwirt.com

37. CSP: cosa bolle in pentola… (1/2)
Irrisense: Sviluppo di un sistema di irrigazione di precisione su base fisiologica
In collaborazione con:
Osservatorio piemontese di frutticoltura “Alberto Geisser”
Sviluppo di un sistema a basso costo per:
Stima in continuo del potenziale idrico
37Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Stima in continuo del potenziale idrico
Monitoraggio continuo della profondità di bagnatura
Calcolo del bilancio idrico per definizione volumi di adacquamento
Utilizzo di tecnologie wireless per l’invio dei dati
Elaborazione modello di gestione specifico per ogni cultivar
Gestione automatizzata dell’impianto di irrigazione

38. CSP: cosa bolle in pentola… (2/2)
Nuove tecnologie
di copertura radio e
trasporto dati:
DMR [Digital Mobile Radio]
38Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
TETRA [TErrestrial Trunked
RAdio]

39. Conclusioni e sfide future
L’elevata frammentazione degli appezzamenti NON è un limite
all’applicazione di tecnologie innovative legate all’agricoltura di precisione
Minimizzare l’entropia e massimizzare le informazioni utili
Aumentare l’integrazione sistemica dei fattori
Rendere i DSS sempre più semplici ed efficaci
39Seminario "Tecnologie di rete e sensoristica a supporto dell'agricoltura", Torino, Salone del Gusto, 29 Ottobre 2012
Rendere i DSS sempre più semplici ed efficaci
Colmare il GAP tra tecnologia e utilizzatori finali
Non sottovalutare i benefici ambientali dell’applicazione di tecnologie
innovative legate all’agricoltura di precisione

40. Paolo Mollo
EmSysLab Manager, Area ESME – Direzione Ricerca &
Sviluppo
mail: paolo.mollo@csp.it
cell: +39 346 288 4992
tel. +39 011 4815199
CSP innovazione nelle ICT s.c. a r.l.
Sede
Via Nizza n. 150 – 10126 Torino – Italy
(ingresso da Via Alassio, 11/c)
Tel +39 011 4815111
Fax +39 011 4815001
E-mail: innovazione@csp.it
www.csp.it
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