Ο ψηφιακός δίδυμος του αμπελώνα για την υποστήριξη των αποφάσεων των αμπελουργών

Εισαγωγή

Το iVine είναι ένα διετές έργο (2023-2024), που χρηματοδοτείται από το RDP Περιφέρεια Τοσκάνης 2014-2020 – υπομέτρο 16.2που αποσκοπεί στη δοκιμή, την επικύρωση και την αποδοχή των μιας εφαρμογής DSS για κινητές συσκευές για το τον εξορθολογισμό της διαχείρισης των αμπελώνων και τη βελτιστοποίηση και μείωση της χρήσης φυτοπροστατευτικών προϊόντωνπροκειμένου να μειωθούν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις, να διασφαλιστεί η υγεία των εργαζομένων και του αγροτικού πληθυσμού και να μειωθεί το κόστος διαχείρισης των γεωργικών εκμεταλλεύσεων.

Επικεφαλής του έργου είναι η Agrobit, με τη συμμετοχή του Πανεπιστημίου της Φλωρεντίας (DAGRI), του Ινστιτούτου Βιοοικονομίας του Εθνικού Συμβουλίου Έρευνας (CNR-IBE), της CIA (Ιταλοί Αγρότες της Τοσκάνης), της Mulini di Segalari (οινοποιείο Bolgheri), της Felsina (οινοποιείο Chianti Classico) και του περιφερειακού αγροκτήματος επίδειξης Tenuta di Cesa.

Στόχοι του έργου

Οι στόχοι του έργου μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:
1. Επικύρωση μια εφαρμογή DSS για κινητές συσκευές που μπορεί να υποστηρίξει τον γεωπόνο/γεωργικό επιχειρηματία στην ταχεία και αντικειμενική αξιολόγηση της ανάπτυξης της εναέριας συσκευής των δενδρωδών καλλιεργειών, ιδίως της αμπέλου, για τη βελτιστοποίηση των παρεμβάσεων διαχείρισης του θόλου και τη διανομή των αγρονομικών εισροών, όπως φυτοφαρμάκων αλλά και φυλλοδιαλυτών λιπασμάτων και νερού.
2. Παρακολούθηση την αποτελεσματικότητα των επεμβάσεων, την κατανάλωση φυτοπροστατευτικών προϊόντων και νερού που αναδεικνύεται από τη χρήση της εφαρμογής και το κόστος που απαιτείται στα διάφορα στάδια για την επίτευξη των στόχων που έχουν τεθεί,
3. Αξιολογήστε το την αποτελεσματικότητα της σχέσης κόστους/οφέλους και του περιβαλλοντικού και οικονομικού αντικτύπου που παράγεται από τη χρήση της εφαρμογής και τη βελτιστοποιημένη διανομή των φυτοφαρμάκων, σε σύγκριση με την παραδοσιακή διαχείριση των αμπελουργικών πραγματικοτήτων διαφορετικού μεγέθους εκμεταλλεύσεων και σε διαφορετικές περιφερειακές αμπελουργικές περιοχές.

Πώς λειτουργεί η εφαρμογή iAgro

Η εφαρμογή iAgro, εγκατεστημένη σε ένα smartphone, επιτρέπει στον χειριστή να εκτελεί αυτόματα, γρήγορα και εύκολα μια τρισδιάστατη σάρωση του υπό εξέταση φυτού. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η εφαρμογή χρησιμοποιεί την κάμερα του smartphone και τους αλγόριθμους επαυξημένης πραγματικότητας (AR) για να καταγράψει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες, ενώ παράλληλα αξιοποιεί τους ενσωματωμένους αισθητήρες κίνησης και θέσης του smartphone. Αυτοί οι αισθητήρες επιτρέπουν στην εφαρμογή να καταγράφει τις αλλαγές στη θέση και τον προσανατολισμό της συσκευής κατά τη διάρκεια της σάρωσης. Επιπλέον, η εφαρμογή κάνει γεωαναφορά όλων των πληροφοριών που λαμβάνονται, δηλαδή συσχετίζει τα δεδομένα που ανιχνεύονται με τη θέση κάθε φυτού. Μόλις ολοκληρωθεί η λήψη, χάρη στους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης (AI) και υπολογιστικής όρασης (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 συνταγών για τη βελτιστοποίηση των φυτοϋγειονομικών θεραπειών, μειώνοντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, διασφαλίζοντας την υγεία των ανθρώπων και βελτιώνοντας την οικονομική βιωσιμότητα των οινοποιείων.

Σχήμα 1: σχήμα της εφαρμογής iAgro, που δοκιμάστηκε και επικυρώθηκε στο πλαίσιο του έργου iVine.

Έρευνες στο πεδίο

Αφού προσδιορίστηκαν οι δοκιμαστικοί αμπελώνες, ο αμπελώνας χωρίστηκε σε 2 ίσες περιοχές στις οποίες θα διεξαγόταν η παρακολούθηση (Σχήμα 2). Στο ένα τεμάχιο πραγματοποιήθηκαν οι παραδοσιακές φυτοϋγειονομικές επεμβάσεις της εταιρείας με σταθερό ποσοστό, ενώ στο άλλο πραγματοποιήθηκαν επεμβάσεις με μεταβλητό ποσοστό, όπως προτάθηκε από την εφαρμογή iAgro .

Σχήμα 2: Αμπελώνες δοκιμής με την έκταση και τη θέση τους.

Κατά τη διάρκεια της υλοποίησης του έργου, υιοθετήθηκαν διαφορετικές τεχνολογίες και μεθοδολογίες για τη διεξαγωγή των αναλύσεων επικύρωσης της εφαρμογής.
Συγκεκριμένα, οι έρευνες πραγματοποιήθηκαν σε τρεις διαφορετικές φαινολογικές φάσεις.

Η Agrobit παρακολούθησε δέκα δείγματα φυτών ανά περιοχή μελέτης χρησιμοποιώντας την εφαρμογή iAgro. Χάρη στην εφαρμογή, ήταν δυνατή η δημιουργία χάρτες ζωτικότητας αμπελώνωνμέσω του υπολογισμού δεικτών βλάστησης, όπως η LAI (Δείκτης φυλλικής επιφάνειας)καθώς και του βιομετρικές παραμέτρους του θόλου, συμπεριλαμβανομένου του ύψους, του πάχους και του όγκου του (Σχήμα 3).

Εικ.3: έρευνα με την εφαρμογή iAgro σε μια σειρά αμπελώνων Sangiovese.

Για την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της εφαρμογής και την επικύρωσή της, τα αποτελέσματα που προέκυψαν συσχετίστηκαν με δεδομένα από το CNR-IBE και το Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας (DAGRI):
– Το CNR-IBE χρησιμοποίησε ένα drone με πολυφασματικό αισθητήρα και αισθητήρα RGB/LiDAR για τη δημιουργία χαρτών ζωτικότητας με τη χρήση δεικτών βλάστησης (NDVI) και την εκτίμηση βιομετρικών παραμέτρων της ανάπτυξης των φύλλων, όπως το ύψος, το πάχος και ο όγκος των στεγάστρων από τα παραγόμενα τρισδιάστατα νέφη σημείων,
– Πανεπιστήμιο της Φλωρεντίας (DAGRI) που χρησιμοποιήθηκε έναν εγγύς πολυφασματικό αισθητήρα (OptRx) τοποθετημένο σε ένα τετράγωνογια την αξιολόγηση της ζωτικότητας μέσω δεικτών βλάστησης (NDVI, NDRE) και έναν αισθητήρα LiDAR για την αξιολόγηση των βιομετρικών παραμέτρων της ανάπτυξης των φύλλων, συμπεριλαμβανομένου του ύψους, του πάχους και του όγκου των στεγάστρων. Ένας δέκτης D-GNSS χρησιμοποιήθηκε για τον ακριβή γεωγραφικό εντοπισμό των μετρούμενων δεδομένων.

Για κάθε μία από τις μεθόδους (smartphone, drone, quad), δημιουργήθηκαν χάρτες ζωτικότητας και βιομετρικών χαρακτηριστικών σε τρεις κατηγορίες που αντικατοπτρίζουν τα χαρακτηριστικά των φυτών στην περιοχή δοκιμής. Τα αποτελέσματα έδειξαν καλές συσχετίσεις μεταξύ των παραμέτρων ζωηρότητας και βιομετρικών παραμέτρων που προέκυψαν από τις τρεις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν, γεγονός που υποδηλώνει την αξιοπιστία της εφαρμογής στην εκτίμηση αυτών των παραμέτρων.

Τέλος, χρησιμοποιώντας δεδομένα από τα smartphones, αναπτύχθηκαν χάρτες συνταγών για τη βελτιστοποίηση των φυτοπροστατευτικών επεμβάσεων, με οριοθέτηση σε δύο/τρεις κατηγορίες για την εκτέλεση επεμβάσεων μεταβλητού ρυθμού (VRT ) (Εικ. 4).

Εικ.4: Χάρτης συνταγών που δημιουργήθηκε από την εφαρμογή iAgro στις τρεις φαινολογικές φάσεις στις δύο ζώνες με τις αντίστοιχες τιμές της εφαρμογής μεταβλητής δόσης (με μπλε χρώμα) και της εφαρμογής σταθερής δόσης (με πορτοκαλί χρώμα) στο αγροτεμάχιο ελέγχου.

Αποτελεσματικότητα των θεραπειών μεταβλητού ρυθμού (VRT)

Η εφαρμογή iAgro σας επιτρέπει να λαμβάνετε χάρτες συνταγών για φυτοϋγειονομικές θεραπείες που μπορούν να εισαχθούν απευθείας στα μηχανήματα VRT. Κατά τη διάρκεια του έργου, προκειμένου να επαληθευτεί η σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας και οι περιβαλλοντικές και οικονομικές επιπτώσεις της χρήσης της εφαρμογής, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές για την αξιολόγηση των διαφορών μεταξύ των παραδοσιακών γεωργικών φαρμάκων (σταθερού όγκου) και εκείνων που συνιστώνται από την εφαρμογή iAgro (μεταβλητής δόσης).
Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν από την εφαρμογή χαρτών ευαίσθητων στο νερό και ενός προϊόντος ιχνηλάτησηςσύμφωνα με τη διεθνώς τυποποιημένη διαδικασία (ISO 22522).

Συγκεκριμένα, οι δοκιμές περιλάμβαναν:
1. Την ποσοτική αξιολόγηση των υγρών που διανέμονται σε διάφορα φαινολογικά και αναπτυξιακά στάδια,
2.Η ποσοτική αξιολόγηση την ποσοτική αξιολόγηση της απόθεσης με τη χρήση ενός ιχνηθέτη κατά τον ψεκασμό, ακολουθούμενη από δειγματοληψία φύλλων και επαλήθευση της επιφάνειας/αποθέματος.

Συμπεράσματα

Ο πρώτος χρόνος πειραματισμού του προγράμματος iVine έδειξε πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα, αποτελώντας 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 είναι ότι οι βιομετρικές παράμετροι των φυτών παρακολουθούνται εγκαίρως και με χαμηλό κόστος, ενώ είναι διαθέσιμοι λεπτομερείς χάρτες για τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων στον αμπελώνα με βάση ψηφιακά, αντικειμενικά και χρονοϊστορικά δεδομένα.

Με βάση τις επιτυχίες που επιτεύχθηκαν κατά το πρώτο έτος, το επόμενο έτος πειραματισμού θα επικεντρωθεί στην εφαρμογή των ίδιων πρωτοκόλλων εν αναμονή των τελικών αποτελεσμάτων. Η συνεχής συνεργασία μεταξύ όλων των εταίρων του έργου θα εξασφαλίσει μια ολοκληρωμένη και διεπιστημονική προσέγγιση, συμβάλλοντας έτσι στην προώθηση της περιβαλλοντικής και οικονομικής βιωσιμότητας στον αμπελοοινικό τομέα.

Για να συμβουλευτείτε την ιστοσελίδα του έργου https://ivine.ciatoscana.eu/

Ανακαλύψτε την εφαρμογή iAgro και δοκιμάστε το δωρεάν!