RESIST: Millorar la resposta a emergències provocades pel canvi climàtic
25 de gener de 2023
IAQ4EDU: Estratègies òptimes de ventilació per equilibrar la qualitat de l’aire interior, el confort i el consum d’energia en centres educatius
1 de febrer de 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.
Activitat finançada a través de l'Operació 01.02.01 de Transferència Tecnològica del Programa de desenvolupament rural de Catalunya 2014-2022
Vols saber més?
Projectes Relacionats
- Un equip de recerca de l’Institut de Robòtica i Informàtica Industrial (IRI, CSIC-UPC), juntament amb el Centre de Disseny d'Equips Industrials (CDEI) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC), participen en el projecte nacional CASANDRA, per desenvolupar una solució de fabricació digital que permeti establir un flux de dades bidireccional per a una integració digital contínua a tota la cadena de subministrament al llarg del cicle de vida del producte. Aquesta integració s’assolirà mitjançant bessons digitals i models basats en dades que s’actualitzen contínuament gràcies a eines de monitoratge i control distribuïts.
- Els grups de recerca Structural and Materials Technology (ATEM) i grup Enginyeria de la Construcció (EC) de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) treballen en el projecte RE-STEEL, que té com a objectiu desenvolupar una metodologia eficient per a l’avaluació de la rehabilitació d’estructures d’acer existents.
- Investigadors de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC) han desenvolupat una infraestructura única al servei de la UPC, centres de recerca i empreses per a l’experimentació i validació de tecnologies i serveis amb xarxes d’última generació. Aquesta plataforma permet validar solucions 5G en escenaris reals i liderar la recerca cap al 6G, facilitant la transferència de tecnologia al mercat.
- El grup de recerca AgroTech de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), juntament amb la seva spin-off Ugiat Technologies, han impulsat DoblAI, una plataforma d’IA que integra transcripció, traducció, subtitulació i doblatge de vídeo en un únic flux de treball. La solució, que fa servir tecnologia ‘deep learning’ i models de veu clonats o per defecte, està especialment pensada per al sector del periodisme i la comunicació.
