VINIoT persigue la creación de un nuevo sistema tecnológico de monitorización de viñedos destinado a las empresas del sector vitivinícola del espacio sudoeste europeo (SUDOE)

La viticultura de precisión se define por la Organización Internacional de la Viña y el Vino (OIV) 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).

El punto de partida de la viticultura de precisión es la adquisición de grandes volúmenes de datos, los cuales se pueden obtener a través de diversas tecnologías como son los sistemas de detección próxima no invasivos, las estaciones meteorológicas o la teledetección mediante satélites, aviones o drones. Una vez adquiridos los datos, se analizan mediante técnicas de inteligencia artificial permitiendo obtener información útil sobre el estado de los cultivos y su variabilidad. Toda la información generada sirve como herramienta de apoyo para la toma de decisiones, permitiendo ajustar la gestión del cultivo a sus necesidades reales. Basándonos en la información obtenida, podemos llevar a cabo una gestión diferenciada de los cultivos que se puede incluso automatizar en mayor o menor medida a través de las nuevas tecnologías que se están desarrollando actualmente, en especial las tecnologías de aplicación variable. Éstas permiten acciones como la puesta en marcha o apagado de un dispositivo, la dosificación variable y exacta de inputs, o la intensificación de una operación mecanizada.

La viticultura de precisión permite por tanto gestionar la variabilidad espacial y temporal del viñedo permitiendo llevar a cabo operaciones de cultivo diferenciadas o ajustar las dosis de inputs a las necesidades reales de los cultivos. De este modo, la viticultura de precisión ayuda a gestionar más eficazmente el cultivo logrando un uso más eficiente y preciso de los recursos, con las consecuentes ventajas agronómicas, económicas, y medioambientales.

La viticultura de precisión está en continuo desarrollo y cada vez ofrece nuevas posibilidades de actuación. En este sentido, se pueden destacar, a modo de ejemplo, algunas aplicaciones recientes como son la estimación del estado de maduración de la uva a través la de toma de imágenes hiperespectrales en continuo^[1], la estimación del peso de madera de poda a través de la captura de imágenes RGB^[2], la estimación del estado hídrico de la vid mediante imágenes térmicas^[3] o la estimación de la producción de uva en base a la toma de imágenes RGB en continuo^[4].

En este contexto, la Dirección General de Agricultura y Ganadería del Gobierno de La Rioja participa en el proyecto europeo del espacio Interreg Sudoe ‘Servicio de viticultura de precisión basado en red de sensores loT para la transformación digital de pymes en el espacio SUDOE’ (VINIoT). 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 tendrá una duración de 42 meses, contempla como objetivo principal la creación de un nuevo servicio tecnológico de monitorización de viñedos que permita a las pequeñas y medianas empresas (pymes) del sector vitivinícola el control de sus plantaciones en tiempo real y a distancia.

VINIoT tiene como prioridad apoyar la transformación digital de las pymes del sector vitivinícola, y de este modo incrementar su competitividad e internacionalización. En este sentido, cabe destacar que la mayor parte de las empresas del sector vitivinícola riojano son de tamaño medio y pequeño, lo que supone una serie de desventajas, entre la que podemos destacar una mayor dificultad en el acceso a las nuevas tecnologías. Por tanto, la realización del proyecto supondrá una oportunidad para mejorar las capacidades tecnológicas de las bodegas riojanas y su productividad.

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 informará 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.

Para desarrollar este sistema, el proyecto VINIoT se organiza en torno a cuatro pilares fundamentales: el diseño del sistema, la validación del mismo, 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 cuanto a este último aspecto, el diseño de la herramienta multiespectral implica, por un lado, el diseño de la arquitectura del hardware y el desarrollo de un prototipo de cámara multiespectral. Por otro lado, implica la obtención de los algoritmos de inteligencia artificial que, en base a la selección de unas determinadas longitudes de onda, permitirán estimar los parámetros de interés.

Validación del sistema

La validación del sistema se llevará a cabo a través del desarrollo de ensayos agronómicos en cuatro regiones del espacio SUDOE: Galicia, La Rioja, Douro (Portugal) y el sur de Francia. Para ello, se empleará el sistema desarrollado en fincas piloto localizadas en las cuatro regiones en las que se lleva a cabo el proyecto, corroborando las estimaciones realizadas por el servicio VINIoT con análisis de laboratorio y observaciones en campo.

Transferencia de la tecnología

Otro aspecto esencial del proyecto reside en la necesidad de transferir y difundir la tecnología desarrollada al mayor número posible de bodegas en el espacio SUDOE y a otros grupos de interés (usuarios finales, proveedores de tecnología, entidades gubernamentales…), dando especial énfasis a su implementación entre las empresas de tamaño pequeño y mediano. Para fomentar la transferencia y difusión de los resultados, se llevarán a cabo visitas a bodegas de las diferentes denominaciones de origen para dar a conocer el sistema, se organizarán talleres de carácter práctico en las distintas regiones y se cursarán visitas a las fincas piloto para demostraciones in situ. A su vez, se plantea la realización de diferentes actividades de formación.

VINIoT HUB

El proyecto contará además con un punto de encuentro para todas las partes interesadas (bodegas, consejos reguladores, proveedores de tecnología, etc.) conocido como VINIoT HUB. La actividad del HUB será coordinada inicialmente por los socios del proyecto e incluirá actividades abiertas a otros centros y empresas interesadas en el servicio VINIoT o en servicios similares para la digitalización de las pymes del sector. VINIoT HUB desarrollará su actividad como parte del proyecto VINIoT y, aunque se centra en un sector muy específico como es el de la viticultura, también se crea con el objetivo de contribuir, a través de sus herramientas y el conocimiento resultantes, a la red de centros de innovación digital (Digital Innovation HUBs, DIH) regionales o de ámbito europeo ya existentes en áreas afines (alimentación, agro y tecnología).

Relacionado con el VINIoT HUB se encuentra el servicio Helpdesk, que se configura como el principal canal de comunicación con los diferentes agentes interesados en el proyecto VINIoT, tanto para las consultas relacionadas propiamente con las actividades del proyecto como para proporcionar soporte al VINIoT HUB en las consultas realizadas por los usuarios

A continuación, se detallan los avances más importantes del proyecto obtenidos durante las dos últimas campañas.

Sistema de información geográfica

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.

Red de sensores IoT

La red de sensores está 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, y que permite la recogida de la información almacenada por los nodos sensores para su visualización en el SIG.

Sistema multiespectral

El sistema multiespectral 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 3 parámetros estudiados. Se compone de 5 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; y el sistema de alimentación, que proporciona energía al resto de los sistemas.

Obtención de modelos de IA para la estimación de los parámetros de interés

Las imágenes multiespectrales una vez capturadas se emplean en la estimación de los parámetros de interés. Esta estimación se realiza gracias al desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial (IA). El desarrollo de los algoritmos de IA se está realizando a partir de diversos ensayos agronómicos llevados a cabo en Galicia, Douro y el sur de Francia durante los años 2020 y 2021. En estas dos campañas, 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…), el proceso de maduración de la uva (concentración de azúcar, acidez, nivel de antocianos…) y la incidencia de determinadas enfermedades (mildiu en Galicia, flavescencia dorada en Francia).

VINIoT HUB

VINIoT HUB se configura 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. Durante esta primera fase se ha lanzado ya este servicio, que se encuentra accesible desde la página web del proyecto. Inicialmente, se lanzó el HUB con el catálogo de servicios ofrecido por los socios del proyecto. Actualmente, se ha ampliado con más servicios de los socios, así como con aportaciones de proveedores externos. Desde el primer momento se configuró asimismo 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.

En la próxima campaña (2022), se validará el servicio desarrollado a través de su utilización en ensayos agronómicos dispuestos en las cuatro regiones del espacio SUDOE: Galicia, La Rioja, Douro y el sur de Francia. En el caso de La Rioja, se validará la eficacia del sistema en la variedad Tempranillo gracias a la colaboración en el proyecto de Bodegas Campoviejo (Pernod Ricard Winemakers).

El proyecto VINIoT tiene como fin mejorar la competitividad de las pymes del sector vitivinícola, ofreciendo un servicio de monitorización que permitirá a técnicos, viticultores y bodegueros estar informados de la evolución de parámetros tan relevantes como el estado hídrico de la planta, el estado de maduración de la uva o la incidencia de determinadas enfermedades. 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.

El proyecto VINIoT ha sido financiado en la 3ª Convocatoria Interreg-SUDOE V, y cuenta con un presupuesto de 1.418.705 euros, cofinanciado al 75% por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). En La Rioja, se cuenta con la colaboración de Bodegas Campoviejo (Pernod Ricard Winemakers).

Bibliografía

1. Fernández-Novales, J., Barrio, L., Diago, M.P. (2021). Non-invasive monitoring of berry ripening using on-the-go hyperspectral imaging in the vineyard. Agronomy, 11, 2534.
2. Millan, B., Diago, M.P., Aquino, A., Palacios, F., Tardáguila, J. (2019). Vineyard pruning weight assessment by machine vision: Towards an on-the-go measurement system. Oeno One, 53, 307-319.
3. Zhou, Z., Diverres, G., Kang, C., Thapa, S., Karkee, M., Zhang, Q., Keller, M. (2022). Ground-Based Thermal Imaging for Assessing Crop Water Status in Grapevines over a Growing Season. Agronomy, 12:322.
4. Aquino, A., Millán, B., Diago, M.P., Tardáguila, J. (2018). Automated early yield prediction in vineyards from on-the-go image acquisition. Computers and Electronics in Agriculture, 144, 26-36.