Tecnologías de Información y Comunicaciones para Agricultura

Tecnologías de Información y Comunicaciones para Agricultura

Tecnologías de Información y
Comunicaciones para Agricultura
Foro Iberoeka 2016
RiegoNETs
APROPIACIÓN Y USO DE TIC EN EL SECTOR AGRÍCOLA
Riegonets
●
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Es una red de cooperación entre Universidades y
empresas de 6 países de Iberoamérica.
Objetivo:
Facilitar la interacción, cooperación y trasferencia de conocimientos entre
grupos de investigación, empresas y usuarios sobre las TICs aplicadas al
sector agropecuario en Latinoamérica, y proponer mejoras en productos,
procesos, y servicios mediante la ejecución de proyectos de I+D
Quienes Integran Riegonets
1.Grupos: 8 , Países: 6
Chile
(CG)
Epssilon
Networks
Venezuela
Univ.
Simón
Bolívar
Colombia
Univ.
Santo
Tomás
Univ.
Autónoma
de
Bucarama
nga
Univ,
Pontifica
Bolivarian
a
Uruguay
Univ.
República
Uruguay
España
Universitat
Politecnica
de
Valencia
México
CINVESTA
V
Nuevas Tecnologías para Monitoreo
del Agro
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Redes de Sensores inalámbricos (WSNs, Zigbee)
Redes de datos industriales aplicadas al Agro
Naves no tripuladas (UAV, Drones)
Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
Sistemas de Información Geográfica (GIS)
Procesamiento de Imágenes Satelitales
Cloud Computing
Big Data
Portales Web
Aplicaciones Móviles
Robótica (Máquinas robóticas)
Nuestra aproximación
• Uso de redes de sensores inalámbricos
• Uso de Big Data
• Uso de Internet y redes de computadores
Nuestra aproximación
Un campo totalmente automatizado
Cómo hacerlo?
2 Enfoques:
1. Uso de herramientas HW y SW abierto
2. Uso de Tecnología propietaria
1. Uso de HW y SW abierto: Hazlo
Tú mismo
●
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Arduino
●
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Ventajas:
–
Flexible
Raspberry pi
–
Económico
Etc.
–
Se tiene código abierto
–
Mucha información y librerías en la
Web para construirlo
Desventajas:
–
Uno mismo debe construirlo
–
–
No tiene la misma robustez de
un equipo propietario
No se requiere ser programador
experto
–
Prototipado rápido (docencia e
investigación)
–
No tiene la misma precisión de
un equipo propietario
–
No hay mantenimiento del
proveedor
Ejemplos de uso de arduino
●
Arduino con sensor
de Humedad
●
●
Sensor de
luminosidad
Medicion
Temperatura
2. Uso de Tecnologías Propietarias
Controladores
 Originalmente pensado para control
industrial
 Tradicionalmente
para
soluciones
cableadas
 Versátil: Múltiples opciones E/S (c/
GPRS)
 Fácil configuración e integración de
sensores
¿Cómo integrarlo a la agricultura?
¿Sistemas Distribuidos?
¿¿¿GPRS por cada nodo????
2. Uso de Tecnologías Propietarias
Controladores
¿Problemas de Comunicación?
Comunicación Inalámbrica 2,4 GHz
Wireless Bridge
Distancias Reales 200-350 mt
Wireless Bridge
IEEE 802.15.4
Local + GPRS
Local
2. Uso de Tecnologías Propietarias
Aplicaciones Practicas
I. Monitorización en Campos de Arroz
Temp
Canopia
Temp
Superficie
Temp de
agua
AGUA
Aplicaciones Practicas
II. Invernaderos
Aplicaciones Practicas
II. Invernaderos
+
Desarrollos Regionales
Proyecto en desarrollo en UPB
(Colombia)
●
●
●
●
Nodo de bajo costo para
agricultores de bajos
recursos:
Maestro (conexión a
celular, Plan prepago)
Esclavo (conexión zigbee)
Se pueden poner tantos
esclavos como se quieran
de manera gradual
Proyecto USTA (Colombia)
Proyecto USTA (Colombia)
Proyecto USTA (Colombia)
Proyecto USTA (Colombia)
SISTEMA DE MONITOREO
PARA EL CULTIVO DE ROSAS
Universidad Simón Bolívar
SITUACIÓN ACTUAL

Tercer lugar de países exportadores de flores.
Primer lugar a exportación de rosas.

La floricultura en el Ecuador es uno de los
sectores económicos importantes del país, el
más importante para la región Sierra y el
primero a productos no tradicionales.

Venta de flores ecuatorianas generó
$ 670
millones, en un volumen de 108.000 toneladas
métricas.
PROBLEMA
La falta de un monitoreo oportuno de
las variables climáticas
Ninguna Plantación
Florícola dispone
de un sistema
eficiente de
monitoreo
Toma inmediata de
acciones
predictivas y
correctivas
Temperatura
Iluminación,
Nivel de CO2
Humedad de
suelo
Deterioro del
cultivo
SISTEMAS DE MONITOREO DEL INVERNADERO

Desde el punto de vista agrícola, se considera a la helada un evento
meteorológico en el que la temperatura ambiente desciende a niveles
mínimos, capaces de provocar daño severos en cultivos.

Este fenómeno considerado unos de los más peligrosos para el
desarrollo de las rosas, ya que puede provocar la destrucción de sus
hojas y pétalos.
SISTEMA DE ANTIHELADA
Riego Foliar (Antihelada)
Calefacción y ventilación
ANÁLISIS DE LAS VARIABLES FÍSICAS
SISTEMA
VARIABLE A
MONITOREAR
Riego por goteo
Riego por aspersión
Humedad del suelo
Temperatura
Ventilación
Temperatura
Humedad relativa
Niveles de CO2
Antihelada
Temperatura
Temperatura
Humedad del suelo
Humedad relativa
Nivel CO2
Luminosidad
RANGOS DE OPERACIÓN DE TEMPERATURA
Variable
Evento de alarma
Rango
Acción correctiva
Temperatura
Temperatura alta
T > 25ºC
Abrir ventanas laterales /
Encienda ventilador
Temperatura
Temperatura baja
4ºC < T < 17ºC
Cerrar las ventanas
laterales
Temperatura
Temperatura baja baja
(Helada)
T < 4ºC
Active los nebulizadores /
encienda el calefactor
El botón de la rosa no
desarrolla
Estrés térmico
El botón de la
rosa no
desarrolla
Estrés térmico
Quemado de los
pétalos / muerte del
tejido vegetal
Quemado de los pétalos
RANGOS DE OPERACIÓN DE HUMEDAD DEL SUELO
Variable
Evento de alarma
Rango
Acción correctiva
Humedad del
suelo
Humedad alta
HS < 10cB
Desactivar el sistema de
riego por goteo
Humedad del
suelo
Humedad baja
HS > 20cB
Activar el sistema de
riego por goteo
Destrucción de los
pelos radiculares
Rosas Marchitas
Destrucción de pelos
radiculares
Marchitamiento de la
planta
RANGOS DE OPERACIÓN DE HUMEDAD RELATIVA
Variable
Evento de alarma
Rango
Acción correctiva
Humedad relativa
Humedad alta
HR > 75 %
Abra ventanas / active
ventiladores
Podredumbre
Humedad relativa
Humedad baja
HR < 60%
Cierre ventanas /
desactive ventiladores
Proliferación de
plagas
Podredumbre
Proliferación de plagas
RANGOS DE OPERACIÓN DE NIVELES DE CO2
Variable
Evento de alarma
Rango
Acción correctiva
Nivel de CO2
Nivel CO2 alto
CO2 > 800ppm
Abra ventanas
laterales /
encienda el
calefactor
Nivel CO2
Nivel CO2 bajo
CO2 < 400ppm
Cierre ventanas
laterales /
encienda el
calefactor
Proliferación de plagas
Aumento de plagas
Contaminación de la
planta
RANGOS DE OPERACIÓN DE ILUMINACIÓN
Variable
Evento de alarma
Rango
Acción correctiva
Nivel de
iluminación
Nivel alto
ILUM > 98%
Desplegar cobertores
Nivel de
iluminación
Nivel bajo
ILUM < 35%
Encender las luminarias
Sobre pigmentación
Sobre pigmentación
de los pétalos
Decoloración de la
base del botón
Automatización de un cultivo de Rosas (Ecuador)
Instalación del riego por goteo
Ubicación de los sensores
Siembra de rosas
Ubicación del sensor de Humedad del suelo
Ubicación del nodo sensor Coordinador
Estado actual del cultivo
Conteo de Palmas (UPB Colombia)
Modelos de UAVs
Parrot - AR.Drone
Parrot - AR.Drone 2.0
DJI - Phantom+GoPro
DJI - Phantom 2 Vision+
Phantom 2
Vision+
38
Plan de Vuelo
• Las imágenes deben ser
tomadas
siguiendo
un
patrón de cuadrícula regular.
• La cámara debe mantenerse
a
una
altura
lo
mas
constante posible.
• El “overlap” recomendado
para la mayoría de los casos
es de al menos un 75% de
overlap frontal y un 60 % de
overlap lateral.
39
Ortomosai
co
40
Sistema detector
de objetos
Extracción
de
característi
cas
Generación
de
candidatos
Clasificación
de
candidatos
Refinación
de la
decisión
Técnicas de Aprendizaje
Automático
Evaluación
del sistema
41
Big Data y Agricultura
Big Data
• Big Data es una tecnología informática
• Desarrollada para analizar y extraer
información de grandes cantidades de datos.
BIG DATA
• El concepto de Big
Data comprende
las 3 V´s:
• Volúmenes: Grandes
volúmenes de datos
• Velocidad:
Procesamiento de alta
velocidad
• Variedad: Gran
variedad de datos que
son difíciles de
recopilar, almacenar y
procesar usando
tecnologías disponibles.
Herramientas para Big Data
HDFS: Gestion de
Lectura/Escritura Archivos
Lectura:
Escritura:
Montaje Típico de dos niveles
para clusters Hadoop
• Típicamente hay 30 a 40
servidores por rack, con
un switch de 1 Gbps
• Un enlace hacia un
Switch de núcleo o
router con velocidades
de 1Gbps o superior.
Procesos del Servicio Big Data
Presentación de la información
(Dashboards)
Decisiones importantes en
agricultura
Algunas fuentes y usos de Big
Data en Agricultura
Beneficios de Big Data
Líderes de la industria Agrícola
en Big Data
Big Data visto como negocio
Big Data para Agricultura
Cooperativa
Cómo cambia el Big Data el
mercado?
• Productores Agrícolas:
• Pros:
• Decisiones más informadas buscando prácticas de producción de
cultivos
• Mayores rendimientos
• Menores costos
• Contras:
• Los sistemas de análisis de datos propietarios podrían limitar el acceso a
alternativas
• Supervisores de cultivos y proveedores de servicio:
• Pros:
• Nuevas oportunidades de negocio asociadas con los servicios de datos
• Contras:
• Riesgo de que pequeños negocios de consultoría sean sacados del
negocio presionados por el mercado
Aspectos de Big Data como
negocio
• Propiedad Intelectual
• Tiene el propietario del
terreno derechos de
propiedad sobre los
datos de los datos de
agricultura?
• Si se contrata un tercero
para muestreo de suelos
y fertilización, tendrá
derechos de propiedad?
• Quién tiene acceso a los
datos del propietario del
terreno? Puede él
entregar sus datos a
terceras partes de su
elección?
Situación actual del Big Data
en Agricultura
• Implantación prácticamente nula en
Latinoamérica
• Ausencia de estandarización de la industria
permite que haya un mercado libre para
servicios de datos
• Los ganadores en el mercado serán aquellos
que obtengan resultados que aumentan los
beneficios y que mantengan la integridad de
los datos en granjas.
Dificultades para implantar
Big Data en Agricultura