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Desarrollo de un servicio de viticultura de precisión para la monitorización del viñedo

Desarrollo de un servicio de viticultura de precisión para la monitorización del viñedo

En 2019 comenzó el desarrollo del proyecto europeo del espacio Interreg Sudoe VINIoT: Servicio de viticultura de precisión basado en red de sensores loT para la transformación digital de pymes en el espacio Sudoe (suroeste europeo). VINIoT es un proyecto colaborativo del que forman parte entidades de España, Portugal y sur de Francia. El proyecto, que comenzó en octubre de 2019 y finaliza en 2023, contempla como objetivo principal la creación de un nuevo servicio tecnológico de monitorización de viñedos que permita a las pequeñas y medianas empresas del sector vitivinícola el control de sus plantaciones en tiempo real y a distancia.

J. Portu1, E. García-Escudero1, P. Santamaría1, L. Rivacoba1, D. López1, R. Pena2, T. Rodríguez3, I. Gonçalves4, N. Saurin5, C. Feilhes6, J. Cancela7 y E. Díaz8. 1Instituto de Ciencias de la Vid y del Vino, ICVV. 2Centro Tecnológico Aimen. 3Fundación Empresa-Universidad Gallega, Feuga. 4Associação para o Desenvolvimento da Viticultura Duriense, Advid. 5Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement, Inrae. 6Institut Français de la Vigne et du Vin, IFV. 7Universidad de Santiago de Compostela, USC. 8Axencia Galega da Calidade Alimentaria, Agacal.

La viticultura de precisión consiste en un sistema de gestión del viñedo que, teniendo en cuenta la va­riabilidad espacial y temporal existente en el mismo, tiene por objetivo optimizar el rendimiento y los costes asociados al cultivo de la vid (insumos, mano de obra necesaria, etc.). La Organización In­ternacional de la Viña y el Vino (OIV) define la viticultura de precisión como un enfoque de gestión cíclico de las operaciones de campo, basado en las tecnologías de la información (TIC) y en el que se utilizan diversas fuentes de datos del viñedo para fundamentar la toma de decisiones específicas de un lugar, con el objetivo de optimizar los procesos de producción (OIV, 2019).

En definitiva, la viticultura de precisión es un sistema de gestión del viñedo que se apoya en las nuevas tecnologías de la información y que se desarrolla de forma cíclica. Este ciclo comienza con la obtención de un gran volumen de datos sobre el cultivo. Posteriormente, los datos son analizados e interpretados para, finalmente, tomar decisiones sobre el cultivo en base a los datos obtenidos.

El punto de partida de la viticultura de precisión es, por tanto, la adquisición de datos sobre el cultivo. Tradicionalmente, la obtención de información acerca del viñedo se ha realizado a través de observaciones y medidas que resultan en la mayor parte de las ocasiones arduas y laboriosas. Por ejemplo, entre estas labores se incluyen el conteo de racimos para la estimación del rendimiento, la observación de signos tempranos de afección de plagas y enfermedades, o el muestro de uvas y su posterior análisis para la estimación de la madurez y el momento de la vendimia. Este tipo de labores requieren de mucho tiempo, son costosas y, en consecuencia, se realizan de forma puntual, limitando la cantidad de datos obtenidos.

Sin embargo, en los últimos años, el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología está permitiendo la obtención de nuevas soluciones tecnológicas que cada vez permiten superar mejor estas limitaciones y obtener una gran cantidad de información sobre el viñedo de una forma mucho más sencilla.

Sabemos que el viñedo está sujeto a una variabilidad espacial y temporal significativa, lo cual tiene consecuencias importantes en el manejo del cultivo. Por ello, resulta de gran interés el poder monitorizar, especialmente a tiempo real y mediante tecnologías no invasivas, el estado de la vegetación. En este sentido, destaca la aparición de sistemas de monitoreo basados en el empleo de diversos tipos de sensores. Por ejemplo, se han desarrollado sensores ópticos (cámaras RGB, multiespectrales o hiperespectrales) que permiten calcular índices de vegetación relacionados con el vigor de la plantación, así como cámaras termográficas que permiten estimar el estado hídrico del cultivo en base a la temperatura de la vegetación. Estos sistemas pueden estar instalados sobre sistemas de detección remota (remote sensing), como sería el caso de los satélites, los aviones o los drones, presentando cada uno de ellos diversas ventajas e inconvenientes.

Pruebas de campo para el desarrollo de los algoritmos de IA.

Asimismo, durante los últimos años, también se están desarrollando sistemas de monitorización próximos (proximal sensing). A través del empleo de sistemas de monitorización sobre el terreno, basados en sensores ópticos o térmicos y que pueden ser accionados de forma manual o dispuestos sobre un vehículo, es posible evaluar de una forma eficaz y rápida diversos parámetros del cultivo. Por ejemplo, se ha empleado una cámara hiperespectral instalada en un vehículo para monitorizar el estado de maduración de la uva. Recientemente, se ha combinado el uso de tecnología multiespectral, datos microcliclimáticos y termografía, a partir de sensores dispuestos en un vehículo en marcha, para estimar el estado hídrico de la vid. Un estudio también reciente combinó este tipo de tecnologías en un vehículo autónomo para monitorizar también el estado hídrico de la vid.

Otra alternativa para la obtención de información relevante sobre el viñedo es la instalación en el terreno de redes de sensores inalámbricos, que permiten monitorizar parámetros relevantes en viticultura y transmitirlos en tiempo real al usuario. Esta tecnología se utiliza principalmente para la obtención de variables meteorológicas o relacionadas con el estado del suelo, pudiendo emplearse para la predicción de enfermedades, gracias a la incorporación de los datos obtenidos en modelos predictivos de enfermedades.

En este contexto, en el año 2019 comenzó el desarrollo del proyecto europeo del espacio Interreg Sudoe VINIoT: Servicio de viticultura de precisión basado en red de sensores loT para la transformación digital de pymes en el espacio Sudoe VINIoT es un proyecto colaborativo del que forman parte entidades de España, Portugal y sur de Francia. El proyecto, que comenzó en octubre de 2019 y finaliza en 2023, contempla como objetivo principal la creación de un nuevo servicio tecnológico de monitorización de viñedos que permita a las pequeñas y medianas empresas del sector vitivinícola el control de sus plantaciones en tiempo real y a distancia.

A nivel técnico, VINIoT propone desarrollar un servicio de monitorización que permita a las bodegas estimar en tiempo real una serie de parámetros relevantes en viticultura como son el estado hídrico de la planta, el estado de maduración de la uva y la incidencia de determinadas enfermedades, proporcionando un sistema de alertas que informe a los técnicos de los contratiempos que pudieran producirse, permitiendo realizar una corrección temprana de los mismos. Para ello, el servicio VINIoT se fundamenta en la fusión en una misma solución de dos tecnologías empleadas en la monitorización de viñedos: la imagen multiespectral y la sensorización del terreno, integrándolas en un sistema de información geográfica mediante una arquitectura IoT, que englobará los dispositivos y el protocolo de comunicaciones.

Desarrollo del proyecto

Para desarrollar este sistema, el proyecto VINIoT se ha organizado en torno a cuatro pilares fundamentales: el diseño del sistema, su validación, la transferencia de la tecnología generada a las pymes y la creación de un hub, un entorno virtual para crear sinergias en torno a la viticultura de precisión.

Diseño del sistema VINIoT

El diseño del sistema engloba un conjunto de tareas que se dividen en el diseño del sistema de información geográfica (SIG), el diseño de la red de sensores IoT y el diseño del sistema multiespectral.

En el transcurso del proyecto, se ha desarrollado un servicio SIG a modo de aplicación web que permitirá visualizar la información relevante del viñedo desde el punto de vista espacial (mapa) y temporal (gráficas). La interfaz del SIG permite a los usuarios de VINIoT gestionar su viñedo desde diferentes dispositivos (tablet, móvil, PC) y en diferentes idiomas. Asimismo, se ha diseñado una red de sensores IoT, formada por una serie de nodos sensores desplegados por el viñedo que se encargan de medir y almacenar distintos parámetros ambientales (temperatura, humedad y radiación). La red incluye el nodo receptor, incluido en el sistema multiespectral, que permite la recogida de la información almacenada por los nodos sensores para su visualización en el SIG.

Por último, se ha diseñado una herramienta multiespectral, que es el sistema encargado de recoger la firma espectral de las hojas y uvas del viñedo y procesarla para obtener la información necesaria para la monitorización de los tres parámetros estudiados. El diseño de la herramienta multiespectral ha implicado, por un lado, el diseño de la arquitectura del hardware y el desarrollo de un prototipo de cámara multiespectral. Este prototipo se compone de cinco elementos:

  • La cámara multiespectral, que recoge la información espectral del viñedo.
  • El receptor IoT, que recoge los datos de los nodos sensores.
  • El modulo GPS, que permite geoposicionar las imágenes obtenidas.
  • El sistema de procesado y almacenamiento, encargado de sincronizar la adquisición de datos y su procesado.
  • El sistema de alimentación, que proporciona energía al resto de los sistemas.

Por otro lado, se ha trabajado en la obtención de los algoritmos de inteligencia artificial que, en base a la información espectral recogida en las imágenes obtenidas por la cámara, permitirían estimar los parámetros de interés. El desarrollo de los algoritmos de IA se lleva cabo a partir de diversos ensayos agronómicos realizados en Galicia, Douro y el sur de Francia durante el transcurso del proyecto. En concreto, se establecieron ensayos destinados a correlacionar las imágenes espectrales con análisis y observaciones de los parámetros de interés planteados en el proyecto. De este modo, se han tomado imágenes de las plantas o los racimos que se han correlacionado con determinaciones analíticas relacionadas con el estado hídrico de la planta (potencial hídrico, conductancia estomática, clorofilas, transpiración, dendrometría, termografía, etc.), el proceso de maduración de la uva (concentración de azúcar, acidez, nivel de antocianos, etc.) y la incidencia de determinadas enfermedades (mildiu en Galicia, flavescencia dorada en Francia).

Asistentes a la jornada demostrativa celebrada en la finca piloto ubicada en Bodegas Campo Viejo, el 6 de septiembre de 2022 en Logroño (La Rioja).

 

 

Validación del sistema

La validación del sistema se ha realizado durante el año 2022 a través del desarrollo de ensayos agronómicos. Para ello, el prototipo multiespectral desarrollado en el apartado anterior, se empleó en fincas piloto localizadas en las cuatro regiones en las que se lleva a cabo el proyecto, tratando de corroborar las estimaciones realizadas por el servicio VINIoT con los análisis de laboratorio y las observaciones en campo. Actualmente se trabaja en el análisis de los datos y en el ajuste de los algoritmos.

Transferencia

Un aspecto fundamental del proyecto consiste en la transferencia y difusión del trabajo realizado durante el proyecto entre el mayor número posible de bodegas en el espacio Sudoe y otros grupos de interés (usuarios finales, proveedores de tecnología, entidades gubernamentales, etc.). Además, el proyecto VINIoT da especial énfasis a la transferencia entre las pequeñas y medianas empresas, que, por su tamaño, suelen encontrar más barreras para acceder a este tipo de tecnologías. Durante el transcurso del proyecto, se han llevado a cabo diversas visitas a bodegas en las cuatro regiones correspondientes a los socios. A su vez, se han organizado diversos eventos de difusión, incluyendo la organización de jornadas para informar sobre el proyecto, la realización de jornadas formativas sobre viticultura de precisión o incluso la organización de visitas a los campos de ensayo para ver in situ la utilización del prototipo y de otras tecnologías. Asimismo, se ha divulgado la actividad realizada y los resultados obtenidos en el proyecto a través de diversas publicaciones científicas y comunicaciones en seminarios y congresos científicos.

VINIoT HUB

El último pilar ha consistido en la creación de un hub o un entorno virtual, configurado como un punto de encuentro virtual para las partes interesadas en los servicios ofrecidos por expertos en diferentes campos relacionados con la viticultura de precisión. VINIoT HUB se encuentra accesible desde la página web del proyecto y cuenta con un catálogo de servicios ofrecido por los socios del proyecto que se ha ampliado con aportaciones de proveedores externos. Asociado al VINIoT HUB, se configuró una herramienta de ticketing, denominada Helpdesk, que permite a los usuarios realizar consultas generales o específicas al consorcio de VINIoT, tanto sobre las actividades del proyecto como sobre los diferentes servicios del VINIoT HUB.

Conclusiones

El proyecto VINIoT tiene como fin mejorar la competitividad de las pymes del sector vitivinícola, ofreciendo un servicio de monitorización que permitiría a técnicos, viticultores y bodegueros estar informados de la evolución de parámetros tan relevantes como el estado hídrico de la planta o el estado de maduración de la uva. De este modo, VINIoT se concibe como una solución tecnológica que ayudará a estas empresas en la gestión de la toma de decisiones.
Para saber más acerca de VINIoT, formar parte del VINIoT HUB o conocer la evolución y resultados del proyecto puede acceder a www.viniot.eu o escribir a info@viniot.eu.