Digitalización de la toma de decisiones en el sector agrícola a través de un sistema de gestión de información basada en Internet de las Cosas

Résumé

En base al incremento de la población mundial y reducción de recursos alimentarios disponibles, es necesario que la optimización de los métodos agrícolas mejore con el fin de aprovechar los avances tecnológicos que facilitan la realización de las tareas agrícolas transformando las explotaciones agrarias en sistemas de producción eficientes que garanticen la sostenibilidad con el medioambiente. A medida que la agricultura se vuelve más intensiva, tener acceso a información precisa adaptada a lugares y condiciones específicas es imprescindible para mejorar la eficiencia de las explotaciones agrícolas. Por ello, el sector tiene que estar preparado para capturar, almacenar y procesar grandes conjuntos de datos de diferentes orígenes y desarrollar aplicaciones capaces de responder de forma eficiente a las necesidades del sector. Las soluciones desarrolladas deben convertir la información en conocimiento y facilitar a los agricultores la toma de decisiones en las explotaciones agrícolas, evolucionando así desde una agricultura intuitiva a una agricultura científica e inteligente. Son diversos los obstáculos que el sector agrícola tiene que superar para que el proceso de digitalización se generalice con el objeto de reducir los posibles inconvenientes, por ello, esta Tesis Doctoral tiene dos objetivos claros. Por una parte, dar sentido a la enorme cantidad de datos que genera el sector y a la ausencia de análisis que imposibilita su interpretación para mejorar el rendimiento de sus explotaciones. Y por otra parte, integrar toda la información en una plataforma abierta e interoperable, basada en Internet de las Cosas (IdC), capaz de mejorar la toma de decisiones basadas en datos para el sector agrícola. De acuerdo a estos requerimientos se han fijado los siguientes objetivos: O1.Reconocer y agregar aquellos conjunto de datos relativos a la gestión de los recursos naturales de las explotaciones agrícolas. Desplegar arquitecturas estandarizadas que sean capaces de gestionarlos. O2. Analizar, adaptar y mejorar los modelos de información existentes y, si es necesario, introducir nuevos para el sector agroalimentario que faciliten el intercambio de datos y la interoperabilidad. O3. Uso de plataforma abierta siguiendo un modelo de capas para permitir, por un lado, la flexibilidad en su diseño y al tiempo la modularización de sus componentes que posibiliten diferentes tipos de despliegues en función de los escenarios de infraestructuras inteligentes que deseemos abordar. O4. Procesado inteligente de datos para la extracción de patrones y modelos del sistema bajo monitorización. Estos modelos servirán para proporcionar valores predictivos, y formarán parte del proceso de optimización del sector. O5.Implementar herramientas de ayuda a la toma de decisión sobre los cultivos, gestión del agua para riego y eficiencia energética, junto con la puesta en marcha de servicios asociados con la integración de datos en sus diferentes aspectos técnicos, institucionales, jurídicos y sociales. El principal catalizador de esta Tesis son los datos reales utilizados en el sector agrícola. La capacidad de expresar en un modelo de información los conceptos y relaciones de los datos de una explotación agrícola resulta importante para que los técnicos responsables puedan manifestar de forma clara cuáles son las acciones permitidas y prohibidas para evitar un mal uso de la gestión de la información. No solo es útil para los técnicos agrícolas, sino para los proveedores de servicios u otras empresas agrícolas ya que les permite conocer con precisión qué recursos pueden obtener y reutilizar para evitar duplicidad de datos y generar mecanismos que permitan mejorar la interoperabilidad del sector agrícola. Por estos motivos, el uso de modelos de información se considera beneficioso para permitir la integración de cualquier servicio, dispositivo o elemento característico dentro del sector agroalimentario. La arquitectura basada en IdC nos posibilita el despliegue de sistemas que permiten la fusión de datos y la integración de procedimientos de análisis de datos, con el objetivo de mejorar la digitalización de la agricultura mediante la creación de nuevos servicios que mejoren la toma de decisiones. Una arquitectura basada en IdC permite la integración de dispositivos de diferentes proveedores, instrumentar normas e interfaces abiertas y modelos de información para mejorar la toma de decisiones del sector agrícola que se han mapeado al modelo de datos basado en NGSI-LD. Adicionalmente, explota la información almacenada para analizar los factores asociados al proceso productivo, la evolución de los cultivos y el uso óptimo del agua de riego en las explotaciones agrícolas. El paso dado al adoptar NGSI-LD contribuye, activamente, al crecimiento de los modelos para la agricultura representando un paso importante para materializar la oportunidad de generar un mercado global de soluciones que dote de inteligencia al sector agroalimentario. Al hacer esto, las técnicas aplicables al sector agrícola pueden mejorar significativamente y permitir obtener rendimientos sociales, económicos y ambientales sostenibles más elevados. Además, la gama de servicios que puede llegar a ofrecer la arquitectura se puede ampliar, como resultado del nivel de interoperabilidad logrado. Por último, se ha comprobado que gracias a la integración de datos dispares mediante la arquitectura propuesta se han desarrollado servicios que permiten mejorar la realización de las tareas agrícolas diarias. Dado que uno de los principales consumidores de energía de las explotaciones agrícolas son los pozos de riego se monitoriza el bombeo agrícola. Por ello, se han integrado indicadores energéticos que previenen el consumo en periodos de tarificación elevados y mejoran el mantenimiento de las instalaciones; teniendo en cuenta los cambios que se van a producir en la facturación eléctrica agrícola estos mecanismos de monitorización avanzados van a permitir abaratar los gastos de las explotaciones agrícolas. Otro elemento a tener en cuenta viene marcado por la variabilidad climática en la que nos encontramos y que nos obliga a calcular las condiciones actuales que determinan el comportamiento de las variedades de cultivo en zonas geográficamente distintas, concretamente de los frutales de hueso. El diseño de un sistema que determine estas condiciones mejora la toma de decisiones sobre el grado de adaptación climática de las variedades a cada zona; lo que conlleva un aumento de la productividad de los árboles y anticipa escenarios para la alerta temprana sobre la conveniencia de ubicar variedades en zonas en función de sus requerimientos de frío y del riesgo de heladas.