Το ψηφιακό δίδυμο του αμπελώνα για την υποστήριξη των αποφάσεων των αμπελουργών

Εισαγωγή

Το iVine είναι ένα διετές έργο (2023-2024), χρηματοδοτούμενο από το ΠΑΑ Περιφέρειας Τοσκάνης 2014-2020 – υπομέτρο 16.2, το οποίο έχει ως στόχο τη δοκιμή, την επικύρωση και τον έλεγχο μιας εφαρμογής DSS για κινητές συσκευές, με σκοπό τον εξορθολογισμό της διαχείρισης του αμπελώνα και τη βελτιστοποίηση και μείωση της χρήσης φυτοφαρμάκων, ώστε να μειωθούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις, να προστατευτεί η υγεία των εργαζομένων και των αγροτικών πληθυσμών και να μειωθεί το κόστος διαχείρισης για τις γεωργικές εκμεταλλεύσεις.

Επικεφαλής του έργου είναι η Agrobit, με τη συμμετοχή του Πανεπιστημίου της Φλωρεντίας (DAGRI), του Ινστιτούτου Βιοοικονομίας του Εθνικού Ερευνητικού Συμβουλίου (CNR-IBE), της CIA (Ομοσπονδία Ιταλών Αγροτών Τοσκάνης), της Mulini di Segalari (οινοποιητικής επιχείρησης στο Bolgheri), της Felsina (οινοποιητικής επιχείρησης στο Chianti Classico) και της περιφερειακής πειραματικής εκμετάλλευσης Tenuta di Cesa.

Στόχοι του έργου

Οι στόχοι του έργου μπορούν να συνοψιστούν ως εξής: 1. Επικύρωση μιας εφαρμογής DSS για κινητές συσκευές, ικανής να υποστηρίξει τον γεωπόνο/αγρότη στη γρήγορη και αντικειμενική αξιολόγηση της ανάπτυξης του εναέριου τμήματος των δενδρωδών καλλιεργειών, ιδίως της αμπέλου, με στόχο τη βελτιστοποίηση των επεμβάσεων διαχείρισης της κόμης και της διανομής γεωργικών εισροών, όπως τα φυτοφάρμακα αλλά και τα φυλλικά λιπάσματα και το νερό 2. Παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας των επεμβάσεων, της κατανάλωσης φυτοφαρμάκων και νερού που αναδεικνύεται από τη χρήση της εφαρμογής, καθώς και του απαιτούμενου κόστους στα διάφορα στάδια για την επίτευξη των καθορισμένων στόχων· 3. Αξιολόγηση της αποδοτικότητας της σχέσης κόστους/οφέλους και των περιβαλλοντικών και οικονομικών επιπτώσεων που προκύπτουν από τη χρήση της εφαρμογής και από τη βελτιστοποιημένη διανομή φυτοφαρμάκων, σε σύγκριση με την παραδοσιακή διαχείριση, σε οινοποιητικές επιχειρήσεις διαφορετικού μεγέθους και σε διαφορετικές περιφερειακές αμπελουργικές περιοχές.

Πώς λειτουργεί η εφαρμογή iAgro

Η εφαρμογή iAgro, εγκατεστημένη σε ένα smartphone, επιτρέπει στον χειριστή να πραγματοποιήσει μια τρισδιάστατη σάρωση του υπό εξέταση φυτού με αυτόματο, γρήγορο και απλό τρόπο. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η εφαρμογή χρησιμοποιεί την κάμερα του smartphone και αλγορίθμους επαυξημένης πραγματικότητας (AR) για να συλλέξει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες, αξιοποιώντας επίσης τους ενσωματωμένους αισθητήρες κίνησης και θέσης του smartphone. Αυτοί οι αισθητήρες επιτρέπουν στην εφαρμογή να καταγράφει τις αλλαγές θέσης και προσανατολισμού της συσκευής κατά τη διάρκεια της σάρωσης. Επιπλέον, η εφαρμογή γεωαναφέρει όλες τις συλλεχθείσες πληροφορίες, δηλαδή συσχετίζει τα δεδομένα που καταγράφηκαν με τη θέση κάθε φυτού. Μόλις ολοκληρωθεί η συλλογή δεδομένων, χάρη σε αλγορίθμους τεχνητής νοημοσύνης (AI) και όρασης υπολογιστών (CV), η εφαρμογή επιστρέφει αυτόματα τις βιομετρικές παραμέτρους της κόμης (πάχος, ύψος, όγκος, LAI) και τις γενικευμένες παραμέτρους του αμπελώνα (LWA, TRV) (Εικ. 1). Οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιούνται στη συνέχεια αυτόματα για τη δημιουργία χαρτών συνταγογράφησης για τη βελτιστοποίηση των φυτοπροστατευτικών επεμβάσεων, μειώνοντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, προστατεύοντας την υγεία των ανθρώπων και βελτιώνοντας την οικονομική βιωσιμότητα των οινοποιητικών επιχειρήσεων.

Εικ.1: Στιγμιότυπα οθόνης της εφαρμογής iAgro, η οποία δοκιμάστηκε και επικυρώθηκε στο πλαίσιο του έργου iVine.

Οι επιτόπιες μετρήσεις

Αφού εντοπίστηκαν οι πειραματικοί αμπελώνες, ο αμπελώνας χωρίστηκε σε 2 ίσες περιοχές στις οποίες πραγματοποιήθηκε η παρακολούθηση (Εικ.2). Σε ένα αγροτεμάχιο εφαρμόστηκαν οι παραδοσιακές φυτοπροστατευτικές επεμβάσεις σταθερής δόσης της επιχείρησης, ενώ στο άλλο εφαρμόστηκαν επεμβάσεις μεταβλητής δόσης, όπως προτάθηκε από την εφαρμογή iAgro.

Εικ.2: Δοκιμαστικοί αμπελώνες με την έκτασή τους και τη θέση τους.

Κατά τη διάρκεια της υλοποίησης του έργου, υιοθετήθηκαν διάφορες τεχνολογίες και μεθοδολογίες για τη διεξαγωγή των αναλύσεων επικύρωσης της εφαρμογής. Συγκεκριμένα, οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε τρία διαφορετικά φαινολογικά στάδια.

Η Agrobit παρακολούθησε δέκα δειγματοληπτικά φυτά για κάθε περιοχή μελέτης χρησιμοποιώντας την εφαρμογή iAgro. Χάρη στην εφαρμογή, κατέστη δυνατή η δημιουργία χαρτών σφρίγους του αμπελώνα, μέσω του υπολογισμού δεικτών βλάστησης όπως ο LAI (Leaf Area Index), καθώς και βιομετρικών παραμέτρων της κόμης, συμπεριλαμβανομένων του ύψους, του πάχους και του όγκου (Εικ. 3).

Εικ.3: Μέτρηση με την εφαρμογή iAgro σε γραμμή αμπελώνα ποικιλίας Sangiovese.

Για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της εφαρμογής και την επικύρωσή της, τα αποτελέσματα που προέκυψαν συσχετίστηκαν με τα δεδομένα που ελήφθησαν από το CNR-IBE και το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας (DAGRI): – Το CNR-IBE χρησιμοποίησε ένα drone με πολυφασματικό αισθητήρα και RGB/LiDAR για τη δημιουργία χαρτών σφρίγους μέσω δεικτών βλάστησης (NDVI) και για την εκτίμηση βιομετρικών παραμέτρων της φυλλικής ανάπτυξης, όπως το ύψος, το πάχος και ο όγκος της κόμης, από τα νέφη σημείων 3D που δημιουργήθηκαν· – Το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας (DAGRI) χρησιμοποίησε έναν εγγύς πολυφασματικό αισθητήρα (OptRx) τοποθετημένο σε τετράτροχο όχημα, για την αξιολόγηση του σφρίγους μέσω δεικτών βλάστησης (NDVI, NDRE), και έναν αισθητήρα LiDAR για την αξιολόγηση των βιομετρικών παραμέτρων της φυλλικής ανάπτυξης, συμπεριλαμβανομένων του ύψους, του πάχους και του όγκου της κόμης. Για την ακριβή γεωεντοπισμό των δεδομένων που συλλέχθηκαν χρησιμοποιήθηκε δέκτης D-GNSS.

Για καθεμία από τις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν (smartphone, drone, τετράτροχο όχημα), δημιουργήθηκαν χάρτες σφρίγους και βιομετρικοί χάρτες σε τρεις κατηγορίες που αντικατοπτρίζουν τα χαρακτηριστικά των φυτών της περιοχής δοκιμής. Από τα αποτελέσματα προέκυψαν καλές συσχετίσεις μεταξύ των παραμέτρων σφρίγους και των βιομετρικών παραμέτρων που προέκυψαν από τις τρεις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν, γεγονός που υποδεικνύει την αξιοπιστία της εφαρμογής στην εκτίμηση αυτών των παραμέτρων.

Τέλος, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα από τα smartphone, αναπτύχθηκαν χάρτες συνταγογράφησης για τη βελτιστοποίηση των φυτοπροστατευτικών επεμβάσεων, με ζωνοποίηση σε δύο/τρεις κατηγορίες για την εκτέλεση επεμβάσεων μεταβλητής δόσης (VRT) (Εικ. 4).

Εικ.4: Χάρτης συνταγογράφησης που δημιουργήθηκε από την εφαρμογή iAgro στα τρία φαινολογικά στάδια στις δύο ζώνες, με τις αντίστοιχες τιμές εφαρμογής μεταβλητής δόσης (σε αποχρώσεις του μπλε) και εφαρμογής σταθερής δόσης (σε πορτοκαλί) στο αγροτεμάχιο ελέγχου.

Αποτελεσματικότητα των επεμβάσεων μεταβλητής δόσης (VRT)

Η εφαρμογή iAgro επιτρέπει την απόκτηση χαρτών συνταγογράφησης για φυτοπροστατευτικές επεμβάσεις που μπορούν να φορτωθούν απευθείας σε μηχανήματα VRT. Κατά τη διάρκεια του έργου, προκειμένου να επαληθευτεί η αποδοτικότητα της σχέσης κόστους/οφέλους και οι περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις που προκύπτουν από τη χρήση της εφαρμογής, διεξήχθησαν δοκιμές για την αξιολόγηση των διαφορών μεταξύ των παραδοσιακών επεμβάσεων της επιχείρησης (σταθερού όγκου) και εκείνων που συνιστά η εφαρμογή iAgro (μεταβλητής δόσης). Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με την εφαρμογή υδροευαίσθητου χαρτιού και ενός προϊόντος ιχνηθέτησης, ακολουθώντας τη διεθνώς τυποποιημένη διαδικασία (ISO 22522).

Ειδικότερα, οι δοκιμές περιελάμβαναν: 1. Την ποσοτική αξιολόγηση του διανεμηθέντος υγρού στα διάφορα φαινολογικά στάδια και στάδια ανάπτυξης· 2. Την ποσοτική αξιολόγηση της εναπόθεσης μέσω της χρήσης ιχνηθέτη κατά τον ψεκασμό, ακολουθούμενη από τη συλλογή φύλλων και την επαλήθευση της επιφάνειας/εναπόθεσης.

Συμπεράσματα

Ο πρώτος χρόνος πειραματισμού του έργου iVine ανέδειξε ελπιδοφόρα αποτελέσματα, αντιπροσωπεύοντας ένα σημαντικό βήμα προς τη βελτιστοποίηση της διαχείρισης του αμπελώνα, ιδίως όσον αφορά τη μείωση της χρήσης φυτοφαρμάκων και των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

Το πλεονέκτημα της χρήσης της εφαρμογής έγκειται στη χαμηλού κόστους παρακολούθηση στον χρόνο των βιομετρικών παραμέτρων των φυτών, έχοντας στη διάθεση λεπτομερείς χάρτες που επιτρέπουν τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων για τον αμπελώνα, με βάση ψηφιακά, αντικειμενικά δεδομένα που καταγράφονται διαχρονικά.

Υπό το φως των επιτυχιών που επιτεύχθηκαν τον πρώτο χρόνο, ο επόμενος χρόνος πειραματισμού θα επικεντρωθεί στην εφαρμογή των ίδιων πρωτοκόλλων εν αναμονή των τελικών αποτελεσμάτων. Η συνεχής συνεργασία μεταξύ όλων των εταίρων του έργου θα διασφαλίσει μια ολοκληρωμένη και διεπιστημονική προσέγγιση, συμβάλλοντας έτσι στην προώθηση της περιβαλλοντικής και οικονομικής βιωσιμότητας στον οινοποιητικό τομέα.

Επισκεφθείτε τον ιστότοπο του έργου: https://ivine.ciatoscana.eu/

Ανακαλύψτε την εφαρμογή iAgro και δοκιμάστε τη δωρεάν!