AI4WATER: Bessons digitals per a agricultura de regadiu
IAQ4EDU: Estratègies òptimes de ventilació per equilibrar la qualitat de l’aire interior, el confort i el consum d’energia en centres educatius
febrer 1, 2023
RESIST: Millorar la resposta a emergències provocades pel canvi climàtic
gener 25, 202330/01/2023
Ens trobem davant un estat d'emergència climàtica en el qual els recursos hídrics són cada vegada més escassos. Aquesta situació la pateixen moltes regions, i és especialment crítica en zones com la Conca del Mediterrani. Aquesta experimenta un escalfament un 20% més ràpid que la mitjana global, i segons el programa de Medi Ambient de l'ONU, es preveu que el 2050 la demanda d'aigua es dupliqui o fins i tot tripliqui, alhora que es veuran reduïdes les precipitacions entre un 10 i un 15% mentre augmenta l'escalfament global en 2°C. Tots aquests pronòstics posen en perill les actuals pràctiques de reg en l’agricultura.
En aquest context, el projecte AI4WATER proposa optimitzar l'ús dels recursos hídrics disponibles, mitigar els efectes de la creixent escassetat d'aigua en agricultura i millorar la seguretat alimentària mitjançant la creació d'un bessó digital (Digital Twin o DT) en un sector de reg de la Segarra-Garrigues (Lleida). En ell participen el Centre Específic de Recerca en Comunicació i Detecció de la UPC (CommSensLab-UPC), el Centre de Disseny d'Equips Industrials (CDEI) i el Grup de Geofísica i Enginyeria Sísmica (GiES) de la UPC.
Com s'aplicarà el bessó digital
Un bessó digital es defineix com una representació virtual d'un objecte o sistema físic que abasta el seu cicle de vida, s'actualitza a partir de dades en temps real i utilitza la simulació i l'aprenentatge automàtic (machine learning) per ajudar en la presa de decisions. En AI4WATER, el bessó digital permetrà simular, planificar, analitzar i millorar el creixement dels cultius, maximitzant el rendiment i fent-lo més sostenible per a l'agricultura. En concret, modelitzará els fluxos d'aigua de la zona de reg utilitzant com a entrades l'aigua captada del medi ambient, l'aigua retornada al mateix i la informació sobre els seus diferents usos (humà, industrial i agrícola segons la informació obtinguda dels comptadors d'aigua).
També es tindran en compte altres variables que influeixen en el balanç hídric, com les atmosfèriques (temperatura, humitat relativa i radiació solar), l'evapotranspiració i la humitat superficial del sòl (provinents dels satèl·lits AQUA/MODIS de la NASA i SMOS de l'ESA) i les dades d'una xarxa IoT de sensors d'humitat del sòl in situ que se situaran a diferents profunditats (a 5, 10 i 100 cm). Aquesta xarxa IoT proporcionarà informació útil sobre el terreny per al calibratge creuat d'un georradar (Ground-Penetrating Radar -GPR-) el qual, situat en un sistema tot terreny-rover, recollirà les dades que serviran per entrenar l'algorisme del bessó digital.
Així, el bessó digital que es desenvolupi aconseguirà una avaluació més precisa del volum d'aigua que s'utilitza en l'agricultura de regadiu, un factor clau per a les comunitats que paguen cànons de regulació en funció del volum d'aigua utilitzada, i que ajudarà a confirmar si els cabals d'aigua estalviats amb aquests avenços serveixen per millorar el medi ambient. També serà útil per validar les estimacions de l'aigua de reg mitjançant altres sistemes i per, posteriorment, comparar-les amb les dades dels comptadors.
El CommSensLab-UPC desenvoluparà la xarxa de sensors d'humitat i temperatura amb connectivitat IoT, així com la implementació del bessó digital, i dirigirà l'anàlisi de dades, incloent-hi dades d'observació de la Terra per satèl·lit, així com la prova de concepte. El CDEI s'encarregarà d'adaptar un robot per a aplicacions agrícoles amb un georradar capaç de detectar la capa freàtica on s'emmagatzema l'aigua.
Finalment, la Fundació i2Cat, que també participa en el projecte, donarà suport en aspectes de comunicacions IoT per a la xarxa terrestre de sensors d'humitat del sòl.
Resultats i impacte esperat
El principal repte en el projecte AI4WATER és l'estimació precisa dels recursos hídrics de regadiu, mitjançant la creació d'un bessó digital, una eina d'aplicació encara inèdita en agricultura. Amb això, AI4WATER contribuirà a afinar l'estimació del volum d'aigua utilitzat per l'agricultura de regadiu i el seu cost associat, la qual cosa conduirà indirectament a una optimització dels recursos hídrics i permetrà estalvis rellevants en els cabals d'aigua que es vagin a utilitzar.
La implementació del bessó digital requerirà la combinació sinèrgica de diferents fonts d'entrades de dades: una xarxa IoT de sensors d'humitat del sòl, un georradar o radar de penetració en el sòl (GPR) de 500 MHz muntat sobre un robot-rover automatitzat i mapes d'humitat del sòl i evapotranspiració redimensionats. Aquests elements d'informació i tècniques individuals ja existeixen, però rares vegades s'han utilitzat tots junts.
Pressupost i finançament
El pressupost total del projecte és de 272.665 €. Està cofinançat pels fons Next Generation de la Unió Europea, dins del Pla de Recuperació, Transformació i Resiliència del Govern d'Espanya. AI4WATER va començar a principis de desembre de 2022 i finalitzarà el novembre de 2024.
Vols saber més?
Projectes Relacionats
- El Centre de Desenvolupament de Sensors, Instrumentació i Sistemes (CD6) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) participa a PhotonHub Europe, un projecte europeu en el marc del qual s’estableix un únic centre d’innovació paneuropeu en fotònica com a solució de finestreta única, que integra solucions fotòniques pioneres
- L'ús de materials de construcció més sostenibles i, en particular, la reducció de la quantitat necessària de ciment, és de gran interès. A aquest requisit s'afegeixen les creixents exigències de durabilitat, rendiment, rendibilitat, sostenibilitat i seguretat d'aquests materials. En aquest context, es desenvolupa el projecte RECYBUILDMAT, en el qual participa el Grup de Recerca en Tecnologia Tèxtil (TECTEX) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC).
- Combinar l'activitat agrícola i la producció d'energia solar a partir de plaques fotovoltaiques és l’objectiu de SYMBIOSYST, un projecte impulsat per un consorci de 16 socis europeus entre els quals s’inclou la UPC. En el marc d’aquest projecte, es desenvoluparan eines tecnològiques per contribuir a generar energia neta per al sector agrícola a Europa.
- La producció de biogàs a partir de la digestió anaeròbia està experimentant un creixement exponencial a Europa en els últims anys, ja que pot ser produït localment i perquè té un clar efecte positiu sobre el reciclatge dels residus, la generació d'energia neta, el desenvolupament sostenible o l'acció pel clima. En aquest context es desenvolupa el projecte FertiLab, en el qual participen investigadors del Departament d'Enginyeria Agroalimentària i Biotecnologia (DEAB) de la UPC.
