Previsibilidad del agua para los agricultores con la solución Spectrum apoyada por PIPE-FAPESP
Autor: Victor Campanate - Data: 21/10/2024
Cómo se puede utilizar el agua de forma inteligente para el riego sin saber a ciencia cierta que el embalse tiene el volumen necesario? ¿Serán suficientes las precipitaciones? ¿La cantidad de agua utilizada cumple la normativa de los organismos de control de los recursos hídricos? Responder a estas preguntas es el objetivo del proyecto desarrollado en Campinas por Espectro, con el apoyo del programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (PIPE) de la FAPESP.

A partir de diciembre de 2022, el proyecto pretende proporcionar a los agricultores reservas de agua previsibles en la cuenca que utilizan en un horizonte de seis meses. Esto permite al agricultor planificar con antelación, invirtiendo en reservas de agua, cambiando el cultivo previsto o tomando otras decisiones.
En tiempos de cambio climático y variaciones en el régimen de lluvias, la previsibilidad que ofrece el proyecto ayuda a mantener la calidad de la producción, incluso en situaciones de crisis hídrica, como la ocurrida en São Paulo en 2021, cuando los ayuntamientos bloquearon las bombas de riego para destinar el agua al consumo humano.
Para la fase 2 del PIPE, Espectro propuso estudiar los regímenes de precipitaciones en cuencas seleccionadas, utilizando información de previsiones meteorológicas, imágenes de satélite, historial de los embalses y un algoritmo de inteligencia artificial (IA) para modelar la dinámica de los embalses.
Denominado PalmaFlex UmiSolo-Total, el proyecto es un módulo de la plataforma de Internet de las Cosas (IoT) PalmaFlex UmiSolo, lanzada en 2019 para monitorizar el agua disponible en el suelo en tiempo real y ofrecer recomendaciones de riego.

En el módulo inicial, los sensores instalados en el suelo a diferentes profundidades capturan datos que se envían a una base de datos en la nube. La plataforma web correlaciona estos datos con otra información y presenta los resultados en gráficos, tablas y alarmas, facilitando el trabajo a los agricultores.
Comunicación de datos
Espectro fue fundada por los ingenieros Adilson Chinatto y Cynthia Junqueira con el objetivo de desarrollar una solución completa de comunicación de datos para la agricultura y la industria. La plataforma PalmaFlex fue creada para monitorizar y comunicar datos en el campo, utilizando un núcleo común de receptor y transmisor de señales de radiofrecuencia.
En el módulo de medición de la humedad del suelo, los sensores envían datos a un colector alimentado por una batería interna y energía solar. El colector transmite la información a la nube, donde se realizan los cálculos y se puede acceder a los resultados en línea.
Espectro también ha desarrollado un concentrador o pasarela basado en LoRa capaz de cubrir 3.000 hectáreas, ideal para propiedades de tamaño medio. El colector de datos se instala junto a los sensores en el campo y transmite la información de forma autónoma.

Evolución del sistema
El sistema ha evolucionado en función de la demanda de los clientes, que querían una monitorización agrometeorológica y de las infraestructuras de la explotación, como las corrientes eléctricas de motores y bombas. PalmaFlex incluye ahora alertas para eventos como averías de las bombas de riego y permite la supervisión de pozos artesianos, optimizando la gestión del agua y el mantenimiento de los equipos.
La plataforma PalmaFlex es personalizable, adaptándose a las diferentes realidades de los productores rurales. En el módulo de riego, por ejemplo, el cliente proporciona información sobre los métodos y equipos utilizados, así como datos sobre el cultivo y el suelo, para calcular cuándo y cuánto regar. El software de inteligencia empresarial (BI) muestra los resultados en gráficos y tablas, que pueden exportarse a hojas de cálculo.
Módulos y aplicaciones
La plataforma PalmaFlex cuenta con módulos para agricultura, confort animal, calidad del agua, industria y previsión de embalses. Este último, parcialmente desarrollado con el apoyo de PIPE, ya está en funcionamiento y disponible comercialmente.
El módulo controla el nivel de los depósitos de agua y vinaza, evitando vertidos al suelo y garantizando que las operaciones cumplen las normas medioambientales. La solución ayuda a racionalizar el uso de la vinaza en fertirrigación, reduciendo costes y garantizando la eficiencia.
Denominado ecosistema PalmaFlex Total, el proyecto reúne todas las funcionalidades de la plataforma, ofreciendo nuevas monitorizaciones y previsiones para optimizar la gestión del agua y la agricultura.

Nuevos sensores e innovaciones
Además del módulo de Previsión de Preservación, una segunda vertiente del proyecto PIPE en curso es el desarrollo de sensores más sencillos y precisos. Uno de ellos es el sensor de nivel del depósito. Además de su aplicación en los tanques de vinaza, se han instalado varios en depósitos estratégicos para vigilar y recoger datos que alimenten los algoritmos de inteligencia artificial que está desarrollando la empresa.
Otro equipo, en fase final de desarrollo y pruebas de laboratorio, es un nuevo sensor de humedad del suelo que permitirá recoger datos a varias profundidades con una sola varilla. Puede funcionar con el actual colector de datos de cinco puertos o transmitir la información de forma autónoma por radiofrecuencia mediante el protocolo PalmaFlex.

El diferencial de este proyecto, según los socios de Espectro, radica en la integración de módulos de teledetección local y remota y algoritmos de previsión climática para el cálculo y estimación futura del balance hídrico y el suministro de agua en toda una cuenca hidrográfica que alimenta sistemas de regadío. La empresa ya tiene experiencia en el estudio del balance hídrico local con el apoyo de sensores edafológicos y climáticos, gracias a los módulos de este programa.
"Estimamos la profundidad de la raíz, que absorbe el agua del suelo, y con esta información y la lectura del sensor proporcionamos el panel de alerta, que nos dice cuánta agua hay disponible y muestra la evolución del almacenamiento de agua día a día", dice Chinatto.
Asimismo, la empresa ya está proporcionando información meteorológica para la pulverización, tanto de temperatura, humedad relativa y velocidad del viento, como delta T, un dato importante para los agrónomos, que indica condiciones aptas o no para la actividad.
Retos e innovaciones regionales
El reto propuesto en el proyecto PIPE es mejorar estas técnicas para que generen información regionalizada en lugar de localizada. Para ello, es necesario trabajar en un entorno multiplataforma y con integración de sensores, fusión de datos, modelización y desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial.
Equipo de alto nivel
Las misiones complejas requieren cerebros a la altura de las circunstancias.
"Encontrar a las personas adecuadas fue difícil, pero conseguimos traer a bordo a dos estudiantes de doctorado de la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Unicamp (Universidad Estatal de Campinas): Marcos Ricardo Covre y Douglas Henrique Siqueira Abreu", explica Junqueira
Los investigadores trabajan en algoritmos, pruebas y validación. Covre evalúa los trabajos teóricos y prácticos existentes, manteniendo contacto con investigadores de Embrapa Cerrados, por ejemplo, que han realizado un estudio en profundidad de la dinámica de los embalses utilizados para el riego en diversas regiones. Abreu se dedica a correlacionar las bases de datos disponibles para posibilitar el suministro de información a los regantes.
"Además, Covre trabaja en la modelización matemática del balance hídrico, una forma de contabilizar las entradas y salidas de agua de un embalse natural. "Parte del reto consiste en descubrir la forma del embalse para medir el volumen de agua que contiene y hacer así la predicción para un horizonte de seis meses", afirma.
Tecnología e inteligencia artificial
"¿Cómo averiguar la forma y la profundidad sin estar allí? Este es el reto al que se enfrenta Abreu, que trabaja en la captura de datos con imágenes de satélite y otra información. Combinando análisis estadísticos, una definición de las precipitaciones y un modelo de inteligencia artificial, pretende llegar a una previsión futura de posibles zonas lacustres. "La idea es tener un algoritmo más generalizado que pueda trabajar con cualquier lago", dice Abreu.
Aunque aún quedan más modelos en los que trabajar, más datos que recopilar, más lagunas que medir y ampliar la generalidad del modelo para obtener un buen producto que implique inteligencia artificial, el modelo actual, según Chinatto, ya acierta en torno al 80% de las variaciones.
Asociaciones y partidarios
Además de Covre y Abreu, financiados por la FAPESP, el proyecto cuenta con un becario de marketing, pagado por el Sebrae, el ingeniero Fernando Ikedo, que apoya el área comercial. Durante el primer año del proyecto, también contó con un agrónomo, José Matheus de Britto, que colaboró en los análisis agronómicos y en las especificaciones de prueba del nuevo sensor de suelo.
"Para los socios de Espectro, sin este apoyo no habría sido posible desarrollar PalmaFlex Total. "Sin la FAPESP, no tendríamos acceso a profesionales con el bagaje que ellos aportan a la empresa. Con ellos, el proyecto puede desarrollarse bien", afirma Chinatto.
Objetivos de futuro
El objetivo es tener PalmaFlex Total en el mercado a finales de 2025, incluyendo ya información relacionada con las autorizaciones de los organismos estatales para el uso del agua en el riego y la disponibilidad de agua.
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