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Arquitetura de integração entre máquinas, implementos e sistemas de gestão agrícola: uma abordagem orientada a serviços e a tecnologias embarcadas ISOBUS

  1. 1. ARQUITETURA  DE  INTEGRAÇÃO  ENTRE  MÁQUINAS,  IMPLEMENTOS  E  SISTEMAS   DE  GESTÃO  AGRÍCOLA:  UMA  ABORDAGEM  ORIENTADA  A  SERVIÇO  E  A   TECNOLOGIAS  EMBARCADAS  ISOBUS   Aluno:  Wellington  Carlos  Lopes   Orientador:  Prof.  Dr.  Ricardo  Inamasu     Defesa  de  tese:  Parte  do  curso  de  doutorado   São  Carlos,15/10/2015   Universidade  de  São  Paulo   Escola  de  Engenharia  de  São  Carlos  
  2. 2. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  3. 3. MOTIVAÇÃO   Fonte:    Economist  hUp://www.economist.com/node/16886442      
  4. 4. Aquisição  dos  Dados      Georreferenciados   Análise  e  Processamento   dos  dados  (  SIG  +  BD  )   Aplicação  espacialmente                    variada   þ   Redução  dos  impactos  ambientais   þ   Aumento  do  retorno  financeiro   þ   Aumento  do  fluxo  de  informações   þ   Aumento  do  uso  de  automação   þ   Mudança  de  patamar  tecnológico       AGRICULTURA  DE  PRECISÃO  
  5. 5. GNSS     Sensoriamento  remoto   por  satélite   Sensoriamento   remoto  por  aeronave   remotamente  pilotada   Sistemas  de  navegação       Source:farmFutures.com   Sensoriamento     Terrestre   Máquinas  Agrícolas   Simuladores   Sistemas  Eletrônicos   Fonte:  Google  maps   FERRAMENTAS  E  TECNOLOGIAS  
  6. 6. MOTIVAÇÃO  
  7. 7. “ O incremento na complexidade dos processos em agricultura de precisão têm tornado a gestão da informação cada vez mais desafiadora para os agricultores (Peets, Mouazen et al. 2012).
  8. 8. “ Atualmente, são necessárias muitas etapas de processamento de dados manuais e conversão de dados de um formato para outro, dependendo dos sistemas utilizados. (Georg, Matthias et al. 2009)
  9. 9. “ Todos os requisitos dificilmente serão atendidos por uma solução proprietária, pois o desenvolvimento envolve diversos desafios, desde projetos de software até informações sobre os processos agrícolas e equipes multidisciplinares. (Murakami, Saraiva et al. 2007)
  10. 10. “ Hipótese da tese A adoção de tecnologias abertas de comunicação em todo o processo de gestão agrícola, e a pesquisa em tecnologias de integração de sistemas, viabilizam maior agilidade, eficiência, e provimento de informações no processo de tomada de decisão. (Wellington C. Lopes)
  11. 11. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  12. 12. OBJETIVOS  GERAIS       O*mizar   e   reduzir   complexidade   dos   processos   agrícolas   adotados  atualmente  pelos  produtores  brasileiros.       Criar   uma   arquitetura   de   sobware   que   permita   um   maior   comparblhamento  de  informações  entre  os  departamentos  de   gestão  agrícola.       Integrar   e   disponibilizar   informações   mais   detalhadas   para   obmizar  o  processo  de  tomada  de  decisão  gerencial.    
  13. 13. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  14. 14. PANORAMA  AGRÍCOLA  DO  BRASIL     •  Diferentes  perfis  de  produtores     •  Dimensão  das  áreas     •  Tecnologias  adotadas  (proprietárias)   •  Gestão  dos  dados  agronômicos    
  15. 15. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  16. 16. PROCESSOS  DE  GESTÃO  AGRÍCOLA   Etapas  do  processo  produ*vo:     1.  Cadastramento  e  mapeamento  da  área  de  plan*o   2.  Preparo  do  solo     3.  Plan*o     4.  Trator  culturais  (pulverização,  irrigação,  nutrientes)   5.  Colheita   6.  Reforma  da  área    (Volta  para  etapa  1  ou  2  )    
  17. 17. CADASTRAMENTO  DE  ÁREA  DE  PLANTIO   TOPOGRA FIA Mapeameto da área Tratamento de erros (AutoCAD) ArcGIS REFORMA DA ÁREA DXF File ShapeFile Nova área (Arrendamento, Compra) File Server (network) PDF file Plantio Colheita Tratos Culturais Gerência Logística PDF Impresso Departamentos 1 2 3 4 Imagem:  Mapeamento  do  processo  de  cadastramento  de  área  de  planbo   02/2013    [Wellington  Lopes]  
  18. 18. AMOSTRAGEM  DO  SOLO  +  ATV   Criar grid de amostragem (1 ponto/5 ha) ArcPAD (Log no campo) Laboratório (Análises) SSToolBox + Surfer (inverso do quadraro) ArcView Software Proprietário Aplicação VRT ? CAMPO (Operação) Shapefile ShapeFile Amostragem EXCEL File Shapefile SIM ShapeFile Shapefile Formato Proprietário Controlador VERION (PenDrive) NÃO Mapa Impresso Servidor de Arquivo (rede) Dados  da  operação (não  retornam) Aplicação VRT ?? NÃO SIM (Log da operação) 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 Imagem:  Mapeamento  do  processo  de  amostragem  do  solo  -­‐  02/2013    [Wellington  Lopes]  
  19. 19. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  20. 20. ANÁLISE  OPERACIONAL     Foto:  Levantamento  de  dados  em  campo  –  02/2013    [Wellington  Lopes]   Para  cada  sistema  embarcado  existe  um  sistema  de  gestão   proprietário  e  com  base  de  dados  isolada  
  21. 21. ANÁLISE  OPERACIONAL       •  Mul*plos  formatos  de  arquivos     •  Redundância  de  sistemas     •  Base  de  dados  isoladas     •  Sistemas  proprietários  de  comunicação  com  máquinas  no   campo   •  Trabalhos  manuais  de  conversão  de  dados     •  Complexidade  gerencial  e  operacional     •  Redundancia  de  sistemas  eletronicos  embarcados   (foi  iden*ficado  o  uso  de  3  antenas  GPS  em  uma  máquina  )  
  22. 22. “ Hipótese da tese A adoção de tecnologias abertas de comunicação em todo o processo de gestão agrícola, e a pesquisa em tecnologias de integração de sistemas, viabilizam maior agilidade, eficiência, e provimento de informações no processo de tomada de decisão. (Wellington C. Lopes)
  23. 23. Metodologia  BPM  [AS-­‐IS  ,  TO-­‐BE]:  Colaboração  Prof.  Dr.  Ian  Jennions  –  Cranfield  University.  
  24. 24. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  25. 25. ISOBUS  -­‐  ISO  11783   ISO  11783  –  “ISOBUS”   O  obje*vo  da  ISO  11783  e  fornecer  um  padrão  aberto  para  interconexão  de   sistemas  eletrônicos  embarcados  em  máquinas  e  implementos  agrícolas  e   florestais.  
  26. 26. ISOBUS  -­‐  ISO  11783   Parte  1:  Norma  geral  para  comunicação  de  dados  móvel   Parte  2:  Camada  msica   Parte  3:  Camada  de  enlace  de  dados   Parte  4:  Camada  de  rede   Parte  5:  Gerenciamento  de  rede   Parte  6:  Terminal  Universal  (UT)   Parte  7:  Camada  de  aplicação  –  Mensagens  do  Implemento   Parte  8:  Definição  de  mensagens  do  veículo  (Power  Train)   Parte  9:  ECU  do  trator   Parte  10:  Controlador  de  tarefas  e  intercâmbio  de  dados  do  sistema  de  informações  de  gerenciamento   Parte  11:  Dicionário  de  elementos  de  dados  móveis   Parte  12:  Serviços  de  diagnós*co   Parte  13:  Servidor  de  arquivos   Parte  14:  Controle  de  sequência  
  27. 27. GPS   Virtual   Terminal   Task    Controller   ECU   Engine   Tractor   ECU   ECU   Brake   ECU   Transmission   Fabricante  A   ECU   Implement   Controller   ECU   Implement   Valve   ECU   Implement   Sensor   ECU   Bridge   ECU   Implement   Valve   Fabricante  C   ECU   Implement   Controller   ECU   Implement   Valve   ECU   Implement   Sensor   ECU   Bridge   ECU   Implemento   Valve   Fabricante  B   Log  do  barramento   Imagem:  Dr.  Ricardo  Inamasu   ISOBUS  -­‐  ISO  11783  
  28. 28. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  29. 29. ARQUITETURA  DE  INTEGRAÇÃO   Logístico Plantio Colheita Gestão ERP Pulverização Topografia Processos de gestão ERPSIG EAI Camada de Serviços Dados Agrícolas ISOBUS (Padrão de comunição aberto) Máquinas ISOBUS SERVIÇOS Imagem:  Projeto  de  arquitetura  de  integração  de  dados    –  2014    [Wellington  Lopes]  
  30. 30. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  31. 31. MODELO  DE  INTEGRAÇÃO   GIS ERP TaskController Integração Criar  Grid   Importar  Mapa Criar  zonas  de  manejo Exportar  grid Exportar  Fazendas Exportar  Produtos Exportar  OS Validar  Dados Exportar  tarefa GPS Leitura  do  GPS dados  GPS Controle  de  Operação Store  data  operation TECU Ler  dados  do  Trator Compartilhar  msg na  rede  CAN ECU  do  implemento Upload  de  Aplicação Inicialização Monitor  de  Operação Compartilhar  dados implemento VT Address  claim Logistica Exportar  máquinas Exportar  Implementos Recusos  Humanos Exportar  Operadores Importar  Tarefa Inicialização Inicialização Show  Applications Controle  de  Operação Inicialização Decodificar  dados da  máquina Exportar  dados  Operacionais Importar  dados  operacionais Importar  dados  operacionais Importar  dados  Operacionais Importar  dados  Operacionais Validar  Coordenadas Validar   <<incluir>> <<incluir>> Controle  de  Operações Armazenar  dados Imagem:  Projeto  de  arquitetura  de  integração  de  dados    –  2014    [Wellington  Lopes]  
  32. 32. DIAGRAMA  DE  SEQUÊNCIA   Agrícola Logística SIG Recuros Humanos Criar Tarefa ISOBUS exportFarmList() exportFarmListResponse ( ) exportTractorList() exportTractorListResponse() exportProductList() exportProductLIstResponse( ) exportMap( ) exportMapResponse() exportWorkerList( ) exportWorkerListResponse( ) GetOS( ) OSCode() Trator ISOBUS XMLTCFile() exportImplementList( ) exportImplementListResponse( ) exportFieldList() exportFieldListResponse ( ) exportCropTypeList() exportCropTypeListResponse ( ) Imagem:  Projeto  de  arquitetura  de  integração  de  dados    –  2014    [Wellington  Lopes]  
  33. 33. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  34. 34. EMBARCADO  [ECU  –  ISOBUS]   •  Recursos  ISOBUS:   –   Terminal  Virtual   –   Task  controller   –   GPS     •  Leitura  de  sensores   •  Desenvolvimento   –   C/C++   –   Windows/Linux   –   ISO  11783   Medidor  de  condubvidade  elétrica     Monitoramento  do  trator   Imagem:  Medidor  de  condubvidade  elétrica  ISOBUS      2012    [Wellington  Lopes]   Imagem:  Monitoramnto  do  trator  ISOBUS      2015    [Wellington  Lopes]   Imagem:  Bancada  de  testes    ISOBUS:  Ricardo  Inamasu  [Embrapa/Lanapre]  
  35. 35. Arquitetura  orientada  a  serviços   •  Arquitetura  de  serviços     •  SOAP   •  Envelope  (XML)   •  Registro  de  serviço   •  Provedor  de  serviço   •  Consumidor  de  serviço  
  36. 36. Validação  do  Modelo   Imagem:  Portal  de  integração  agrícola  –  2014    [Wellington  Lopes]  
  37. 37. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  38. 38. DECODIFICAR  TAREFA  ISOBUS   Imagem:  Processo  de  decoficação  de  tarefas  ISOBUS  através  de  uma  camada  de  serviço  –  2014    [Wellington  Lopes]  
  39. 39. CRIAR  TAREFA  ISOBUS   Imagem:  Processo  de  criação  de  tarefas  ISOBUS  através  de  uma  camada  de  serviço  –  2014    [Wellington  Lopes]  
  40. 40. CRIAR  TAREFA  ISOBUS   FarmLi s ERP SIG BD EAI Dados Agrícola s Web Application Web Service FieldLi st TypeC ropList Tracto rList Imple mentLi st Produ ctsList export Map Worke rsList export OS Criar Tarefa ISOBUS SIG Sistema Agrícola Sistema de gestão Sistemas de gestão agrícola SOAP HTTP Request Message XML Lista de Fazendas SOAP HTTP Request Message XML lista de Talhoes SOAP HTTP Request Message XML lista de Tipo de cultivo SOAP HTTP Request Message XML lista de implementos SOAP HTTP Request Message XML Mapa SOAP HTTP Request Message XML Ordem de Serviço SOAP HTTP Request Message XML lista de tratores SOAP HTTP Request Message XML lista de produtos SOAP HTTP Request Message XML Lista de Trabalhadores Imagem:  Processo  de  decoficação  de  tarefas  ISOBUS  através  de  uma  camada  de  serviço  –  2014    [Wellington  Lopes]  
  41. 41. PROCESSO  DE  GESTÃO  (TO-­‐BE)   Amostragem do solo Criar grid de amostragem do solo Caminhamento GPS (ArcPAD) Laboratorio (Análises) SSToolBox + Surfer (geoestatísticas) Criar tarefa ISOBUS Aplicação Automática Campo OperaçãoAmostras EAI Save P. MAP Convert Map ERP BD SIG Dados Agrícolas Select Map Tractor List Worker Lst Product List Save Task Create Grid Map Export Map Import Data EXCEL File SIM Imprmir mapa (enviar para o campo) NAO 1 2 3 4 5 6 7 8 Imagem:  Proposta  de  processo  de  gestão  agrícola  integrado  –  2015    [Wellington  Lopes]  
  42. 42. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  43. 43. CONCLUSÃO     •  Adoção  de  padrões  abertos  de  comunicação   •  Aquisição  dos  dados  em  campo     •  Redução  da  complexidade  no  processo  de  gestão   •  Base  de  dados  integradas   •  Maior  compar*lhamento  dos  dados  
  44. 44. SUMÁRIO   •  Mo*vação   •  Obje*vo     •  Metodologia     –  Panorama  agrícola  atual  no  Brasil   –  Mapeamento  dos  processos  de  gestão  agrícola   –  Análise  operacional     •  Validação  da  tese:  desenvolvimento  do  trabalho   –  Norma  ISO  11783  (ISOBUS)   –  Projeto  da  arquitetura  de  Integração   –  Modelo  de  Integração     –  Prova  de  Conceito     •  Resultados  e  Discussões   •  Conclusão     •  Trabalhos  Futuros  
  45. 45. TRABALHOS  FUTUROS   •  Pesquisar   e   viabilizar   a   ampliação   da   plataforma   aberta   de   desenvolvimento  e  integração  para  área  agrícola.     •  Pesquisar   os   processos   operacionais   e   as   tecnologias   adotadas   por   produtores   em   outras   culturas   (café,   citros   e   soja).     •  Pesquisar   e   desenvolver   melhores   recursos   de   integrações   com  outros  sistemas  externos  
  46. 46. TRABALHOS  FUTUROS     •  Evoluir  a  arquitetura  de  integração  e  aplicação  com  melhores   recursos  gráficos,  de  interface  e  de  usabilidade  para  os   usuários  finais.       •  Definir  e  desenvolver  um  modelo  de  referência  de   integração  agrícola  baseado  no  padrão  OASIS  (OASIS  2014)  
  47. 47. AGRADECIMENTOS  
  48. 48. REFERÊNCIAS   Peets,  S.,  A.  M.  Mouazen,  K.  Blackburn,  B.  Kuang  and  J.  Wiebensohn  (2012).  "Methods   and  procedures  for  automa*c  collec*on  and  management  of  data  acquired  from  on-­‐ the-­‐go  sensors  with  applica*on  to  on-­‐the-­‐go  soil  sensors."  Computers  and  Electronics   in  Agriculture  81:  104-­‐112     Georg,  S.,  R.  Ma}hias  and  A.  Hermann  (2009).  "Original  papers:  Mobile  farm   equipment  as  a  data  source  in  an  agricultural  service  architecture."  Comput.  Electron.   Agric.  65(2):  238-­‐246.     Murakami,  E.,  A.  M.  Saraiva,  L.  C.  M.  Ribeiro  Junior,  C.  E.  Cugnasca,  A.  R.  Hirakawa  and   P.  L.  P.  Correa  (2007).  "An  infrastructure  for  the  development  of  distributed  service-­‐ oriented  informa*on  systems  for  precision  agriculture."  Computers  and  Electronics  in   Agriculture  58(1):  37-­‐48.    
  49. 49. Obrigado  !     Aluno:  Wellington  Carlos  Lopes   wlopes@gmail.com     Orientador:  Prof.  Ricardo  Inamasu   ricardo.inamasu@embrapa.br    

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