Ref.: LIFEWATCH-2019-06-AGAPA-04
La agricultura, la silvicultura, la pesca y la vida rural son ejemplos de actividades humanas que ponen en peligro la biodiversidad y la provisión de servicios ecosistémicos, que son una necesidad para la vida en la Tierra, así como para la sostenibilidad de la especie humana. Este proyecto está enfocado en el monitoreo del impacto de los sistemas agrícolas y pesqueros sobre la biodiversidad y los ecosistemas. Dada la influencia que tienen las actividades humanas en el medio natural y la importancia del sector agroalimentario y pesquero en Andalucía como en la UE en general, los resultados de este proyecto propiciarán un cambio de tendencia en la relación entre los gestores del territorio y el medio físico.
El proyecto SmartFood contribuirá directamente a tres de los grandes retos sociales identificados en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología:
Calidad y seguridad alimentaria, agricultura productiva y sostenible, sostenibilidad de los recursos naturales, investigación marina y marítima
Cambio climático y eficiencia de recursos y materias primas
Economía y sociedad digital
Entidad responsable del Paquete de Trabajo
Entidades participantes
Ámbito de actuación
Red para monitorear los sistemas agrícolas, aunque los sistemas de pesca también pueden monitorearse y son parte de los sistemas alimentarios. Uno de los casos de estudio que se desarrollará dentro de SmartFood está relacionado con el sector pesquero.
El objetivo general de esta actuación es el despliegue de una red de sensores remotos y cercanos para monitorear los sistemas agrícolas, así como establecer protocolos estandarizados para el despliegue de redes de sensores e integración de datos. Esta debería ser la base para el establecimiento de Entornos Virtuales de Investigación (VRE) para el estudio del impacto de las prácticas agrícolas sobre la biodiversidad y los servicios ecosistémicos.
Estas actuaciones tienen como objetivo llevar a cabo una integración de información procedente de distintas fuentes. Comenzando por un despliegue de sensores en tierra, para la monitorización de atributos asociados a los servicios ecosistémicos relacionados con la agricultura, silvicultura, ganadería y pesca, que será posteriormente complementada e integrada en un sistema estratificado complejo de toma de datos.
En este sistema de toma de datos en capas, la información proveniente de la red de sensores en tierra se integrará con la información recogida en vuelos con globos estratosféricos con captura de imágenes en el intervalo de 1000 a 20000 m de altura asi como imágenes provenientes de un nanosatélite equipado con una cámara hiperespectral, e imágenes provenientes de satélites ya en órbita.
El lanzamiento de globos estratosféricos permitirá la toma de imágenes a distintas alturas, en el rango de 1.000 a 20.000 m. Estas imágenes tomadas por el globo estratosférico complementarán la información aportada por otros sensores remotos en relación con la biodiversidad y la evaluación de los servicios ecosistémicos proporcionados por los sectores agrícola, silvícola, ganadero y pesquero. En este caso, tras una evaluación previa y discusión entre los integrantes del equipo investigador, se ha decidido llevar a cabo dos vuelos de globo estratosférico, en dos fechas distintas, correspondientes a distintas estaciones del año.
Esto permitirá valorar las diferencias relativas a fenología y estado de desarrollo de los cultivos, así como su relación con variables climáticas, aplicación de tratamientos fitosanitarios, labores de preparación/mantenimiento del suelo, etc.
El primer vuelo dará un primer acercamiento al tipo de información que se puede adquirir mediante estos vuelos en relación con la fenología y desarrollo de los cultivos. El tratamiento de esta información permitirá seleccionar los indicadores más oportunos para poder valorar los servicios ecosistémicos vinculados a la actividad agrícola desarrollada en la zona en cuestión.
El lanzamiento de globos estratosféricos permitirá la toma de imágenes a distintas alturas, en el rango de 1.000 a 20.000 m. Estas imágenes tomadas por el globo estratosférico complementarán la información aportada por otros sensores remotos en relación con la biodiversidad y la evaluación de los servicios ecosistémicos proporcionados por los sectores agrícola, silvícola, ganadero y pesquero. En este caso, tras una evaluación previa y discusión entre los integrantes del equipo investigador, se ha decidido llevar a cabo dos vuelos de globo estratosférico, en dos fechas distintas, correspondientes a distintas estaciones del año.
Esto permitirá valorar las diferencias relativas a fenología y estado de desarrollo de los cultivos, así como su relación con variables climáticas, aplicación de tratamientos fitosanitarios, labores de preparación/mantenimiento del suelo, etc.
El despliegue de sensores no sólo se centra en la selección del dispositivo terminal de toma de medidas, sino que abarca las comunicaciones y el tratamiento y transmisión de datos.
También ha sido necesario incluir acciones formativas en relación a la estructura IoT, nube y APIs, plataformas IoT propietarias y no propietarias, protocolos de comunicaciones, análisis de datos y ciberseguridad. Todos estos esfuerzos han concluido en el diseño y elección de una estructura tipo, basada en sensores, nodos, Gateway y plataforma Internet; habiendo seleccionado LORAWAN como especificación para la red de baja potencia y área amplia y FIWARE como plataforma de datos abiertos para el despliegue global de aplicaciones de Internet
Nanosatelite de 6U con fines de observación terrestre que llevará una cámara multiespectral con resoluciones de 5m y un módulo de comunicaciones IoT. La previsión es que pase cada dos días por la zona objetivo (Andalucía), pudiendo tomar imágenes que son descargadas al pasar por la estación de tierra, la principal está previsto que esté localizada en KSAT Svalbard, Noruega
La información del nanosatélite complementará la información que proporcionan otros sensores remotos en relación con la biodiversidad y los servicios ecosistémicos que prestan la agricultura y la pesca, y ayudará a establecer protocolos para el desarrollo de estos nanosatélites y utilidades asociadas
Desarrollar un vehículo terrestre autónomo multimódulo escalable con la capacidad para realizar tareas agrícolas sin intervención humana
Adaptar el vehículo para realizar operaciones agrícolas en cultivos herbáceos, huerta y olivar cuyo funcionamiento dependa de parámetros de biodiversidad
Reducir el tiempo de latencia de las máquinas autónomas
Distinguir un vehículo autónomo de uno autoguiado
Para la realización de este WP ha sido necesario tanto trabajo del personal de la UCO como la realización de la contratación de los suministros que se detallan a continuación:
Se están fabricando actualmente dos prototipos de vehículos autónomos, uno modular de alto caballaje, principalmente diseñado para su empleo en cultivos frutales y olivar, su diseño contempla la naturaleza irregular de los terrenos en los que habitualmente se desarrollan estos cultivos, y otro modular de menor dimensión, inicialmente pensado para su empleo en cultivos arables, su configuración resulta totalmente distinta.
Actualmente estamos a la espera de la entrega de los suministros para la posterior construcción de los dos vehículos por parte de la Universidad de Córdoba, la terminación de este hito está prevista para marzo del 2023.
Desarrollo de inteligencia de una máquina de riego, un equipo PIVOT comercial ya instalado y en funcionamiento, la cual está ubicada en la parcela experimental de Rabanales. Esta máquina de riego es un PIVOT comercial, equipado con córner.
Esta máquina de riego permite adaptar la lámina de agua aplicada (volumen de agua por unidad de superficie) según el control en la velocidad de avance de la misma. Esta posibilidad da la oportunidad de crear modelos de gestión que adecúen la velocidad de avance, y con ello, la dosis de riego aplicada, en función de la fenología y estado del cultivo, o la heterogeneidad en la textura y composición del suelo donde se desarrolla el cultivo y microorganismos asociados, entre otros.
Se ha trabajado también en la selección de sensores a incluir en la máquina de riego, entre los que destacan sensores de presión y cámaras RGB, equipos para los cuales se ha definido un conjunto de especificaciones técnicas para la elaboración del correspondiente pliego para su licitación.
Actualmente estamos a la espera de la entrega de los suministros definidos anteriormente para su instalación en la máquina de riego, la entrega e instalación está prevista para marzo del 2023.
Estos equipos permitirán tomar imágenes en tiempo real de la cubierta y estado del cultivo, lo cual será la base que condicione la respuesta de los modelos desarrollados para la adecuación de la lámina de riego a aplicar, a las necesidades estrictas del cultivo.
Por su parte, la instalación de sensores de presión permite conocer la distribución de presiones a lo largo de la máquina, factor clave para el correcto funcionamiento de la misma, así como para evaluar uniformidad en el riego, o la existencia de posibles pérdidas o problemas en la red.
Sistemas que puedan contribuir a los objetivos de mejora del impacto de la agricultura y la pesca en la biodiversidad y los servicios ecosistémicos.
El principal objetivo de este paquete de trabajo es elaborar un ecosistema de datos y aplicaciones que faciliten el seguimiento y control del impacto de la agricultura, silvicultura, ganadería y pesca en la biodiversidad y su papel en la provisión de servicios ecosistémicos. En este sentido, el proyecto contempla la generación de simuladores, demostradores, juegos serios y gemelos digitales. Ambos desarrollos se están realizando por personal de la Universidad de Córdoba y de la Universidad de Málaga, sin necesidad de haber realizado contrataciones externas
Desarrollo de un gemelo digital en el caso de una finca agrícola, y simulaciones para evaluar el impacto en ciclos de vida, biodiversidad y servicios ecosistémicos.
Un gemelo digital es un sistema complejo que representa de forma dinámica un objeto o equipo de la vida real, reflejando sus estados y comportamiento a lo largo de su ciclo de vida. Los gemelos digitales permiten supervisar, analizar y simular el estado actual y futuro del sistema al que representa, haciendo uso de la integración de datos, inteligencia artificial y autoaprendizaje. Los gemelos digitales pueden ser alimentados por información no evidente a la vista humana, proveniente de sensores. Además, el análisis de datos históricos y la posibilidad de llevar a cabo simulaciones, abre el abanico de posibilidades.
En el proyecto SmartFood se contempla el desarrollo de un gemelo digital para la máquina de riego anteriormente detallada.
Esta máquina de riego, a la cual, como se ha definido de forma previa, se le dotará de una red de sensores y cámaras, estará representada de forma virtual mediante un gemelo que permita representar el comportamiento y funcionamiento de la misma. Para llevar a cabo la representación de la máquina de riego en un entorno virtual, se están elaborando modelos digitales que contemplen la geometría de la estructura física de la máquina, así como modelos hidráulicos que permitan reproducir la distribución de caudales, presiones o pérdidas de carga, entre otros, que se producen durante el funcionamiento de la máquina de riego.
El objetivo final de la construcción de un gemelo digital será poder llevar a cabo simulaciones fieles al comportamiento real de la máquina, así como la respuesta del cultivo, en términos de desarrollo y rendimiento final.
Un sistema de tres "Serious Games" que habilitará entornos colaborativos virtuales para que investigadores y usuarios finales busquen diferentes soluciones a un desafío común sobre la biodiversidad.
Los juegos serios son juegos diseñados con propósitos formativos, especialmente eficaces para el aprendizaje de habilidades concretas, siendo utilizados en el sector educativo, científico, en atención médica, planificación urbana, ingeniería y política, principalmente. La gamificación es una de las estrategias de digitalización más emergentes y con un alto potencial de implantación en todos los sectores, particularmente en el agrícola, forestal y pesquero. El proyecto SmartFood plantea la integración de juegos serios en los laboratorios virtuales de acceso abierto para la comunidad científica.
El objetivo es crear entornos virtuales de colaboración para que investigadores y usuarios finales busquen soluciones al reto común de protección de la biodiversidad y servicios ecosistémicos.
Uno de ellos está diseñado como una herramienta didáctica para el entrenamiento silvícola, basado en ejercicios virtuales para la selección de árboles. Este juego conlleva un levantamiento georreferenciado de todos los elementos de la parcela representada en el juego serio, así como la descripción en términos dimensionales (tamaño), taxonómicos (especie), ecológicos (microhábitats ligados a elementos estructurales del árbol), económicos (valor de los productos directos que podría proporcionar: madera, piña, corcho…), y sociológicos (valor estético, sombra, etc.). La herramienta en desarrollo actúa como un campo de entrenamiento y demostración de las diversas opciones de aprovechamiento y tratamiento silvícola que podrían aplicarse a la masa forestal.
El objetivo general es diseñar y desplegar casos de estudio para probar, adecuar y ajustar la infraestructura científica y tecnológica adquirida y desarrollada para la gestión de las operaciones pesqueras y para el seguimiento de la PAC y su impacto en la biodiversidad y los servicios ecosistémicos.
Las comunidades biológicas costeras son muy vulnerables a las condiciones ambientales y están sujetas a presiones antropogénicas de diversa índole, incluida su explotación pesquera y la exposición a fuentes de contaminación. Es importante mejorar su gestión y gobernanza, incluyendo mejores sistemas de predicción de riesgos.
Desarrollo de modelos de indicadores ambientales para su cuantificación e impacto sobre la biodiversidad, los servicios ecosistémicos, el cambio climático y la gestión eficiente de los recursos naturales
Contribuir a la adopción por parte de la Comisión Europea y los estados miembros de nuevas normas y reglamentos que permitan, con el apoyo de las nuevas tecnologías, minimizar y suprimir mejor los controles físicos
Desarrollo de técnicas de medida más fiables, seguras, eficientes, ágiles y de menor coste con un sistema de comprobaciones automatizadas basado en el análisis de datos de observación de la Tierra
Contribuir a desarrollar mejores regímenes de ayudas ambientales
Desarrollar casos que permitan evaluar tecnologías y procedimientos (operabilidad, conectividad, viabilidad técnica y económica, entre otros) para escalar soluciones a las regiones y países de la UE
Desarrollo de estrategias de codiseño y coimplementación, en primera aproximación, considerando al menos dos usuarios finales: los agricultores y sus asociaciones y los organismos reguladores y pagadores, tanto a nivel de los países como de sus regiones. Este aspecto permitirá una aceptación generalizada de las nuevas prácticas
Integración de datos, muchos de ellos en tiempo real
El seguimiento puede ser también una ayuda para mejorar los sistemas de decisión de los agricultores, de la cadena alimentaria en su conjunto, de las instituciones públicas y mejorar la confianza entre administraciones y administrados y muy particularmente para mejorar la percepción de la sociedad como un completo sobre el papel de la agricultura para tener un planeta más sano.
El concepto de servicios ecosistémicos se utiliza de manera amplia para destacar las interdependencias entre los sistemas agrícolas y ambientales. La capacidad de los ecosistemas para prestar servicios ecosistémicos está directamente vinculada a la biodiversidad. La biodiversidad puede considerarse en términos de diversidad genética, diversidad de especies o diversidad de ecosistemas. El diseño de nuevos indicadores de sostenibilidad y biodiversidad para la cuantificación de los servicios ecosistémicos plantea cuestiones sobre el papel de la investigación en cuanto a las medidas y predicciones en el ámbito de la toma de decisiones a nivel económico, social y político.
El proyecto SmartFood tiene como objetivo desarrollar e-servicios y entornos virtuales de investigación colaborativos relacionados con el estudio y la gestión de la biodiversidad y los ecosistemas. En particular, en relación con la cuantificación de variables vinculadas con la biodiversidad, la integración de sensores, así como el uso de imágenes satélite propuestas en el proyecto, SmartFood puede ser un importante apoyo y fuente de información para construir y monitorear la biodiversidad a diferentes niveles de escala espacial y temporal.
Monitorización tanto del litoral andaluz como de diferentes fincas demostrativas
Las boyas se encuentran ya entregadas
Las boyas pueden ser instaladas en las fincas que tenemos ya definidas durante el mes de diciembre o enero del 2023
Los sensores se encuentran en proceso de entrega
El objetivo general de este paquete de trabajo es el desarrollo de una estrategia de comunicación, transferencia e internacionalización del proyecto centrada en el desarrollo y consolidación del sistema español de ciencia a través del consorcio LifeWatch ERIC.
Para ello se ha realizado la contratación de una empresa para el desarrollo y apoyo de la parte de comunicación del proyecto, actualmente se ha desarrollado una imagen del marcar del proyecto SMARTFOOD y manual de identidad corporativa, así mismo, se está trabajando en el diseño de una web y creación de cuentas en las principales redes sociales.
Se trata de crear espacios participativos, interactivos y colaborativos. Aspecto especialmente oportuno en la generación y uso del conocimiento.
Los VREs son un nuevo enfoque que necesita de un sistema muy intensivo en colaboración, visión sistémica, conocimiento, información y datos, conectividad, así como herramientas que permitan una alta interoperabilidad y actitud combinatoria con diferentes y muy diferentes enfoques de investigación, aunque es necesario reconocer que estos VRE también en ocasiones terminan condicionando las metodologías de investigación.
El proyecto desarrollará las infraestructuras y equipos científicos y técnicos necesarios para incorporar la preservación de la biodiversidad y los servicios ecosistémicos en la agricultura, la silvicultura y la pesca.
Se implementará un ecosistema de aplicaciones para recopilar datos de sensores de datos cercanos, remotos y abiertos. De utilidad para generar laboratorios virtuales colaborativos para la mejora de la biodiversidad y la prestación de servicios ecosistémicos
Una plataforma para la toma masiva de datos en tiempo real compatible con los diferentes protocolos existentes
Datos masivos, reales, robustos y en tiempo real de una red de sensores ubicados en varios lugares, correspondientes a varios ecosistemas agrícolas y pesqueros
Datos masivos, reales, robustos y en tiempo real, provenientes de dos vehículos autónomos y una plataforma de riego inteligente trabajando en condiciones prácticas de diversos ecosistemas agrarios
Un simulador para evaluar diferentes estrategias para monitorear la biodiversidad y el ecosistema servicios de los diferentes ecosistemas agrícolas
Un simulador para evaluar diferentes estrategias para optimizar la recolección de moluscos bivalvos operaciones en relación con la biodiversidad, los servicios ecosistémicos y la salud
Una plataforma con juegos colaborativos para el diseño de ecosistemas agrarios, así como los procedimientos para incorporar los resultados de la contribución de los diferentes actores
Gemelos digitales, alimentados con datos físicos reales para la evaluación de estrategias de mejora de la biodiversidad y los servicios ecosistémicos
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