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Advisor(s)
Abstract(s)
Being agriculture an essential activity sector for the survival and prosperity of humanity,
it is fundamental to use sustainable technologies in this field. With this
in mind, statistical data is analyzed regarding the food price rise and sustainable
development indicators. It is determined that one of the main factors that influences
agriculture’s success is the soil’s characteristics, namely in terms of moisture
and nutrients. In this regard, irrigation processes have become indispensable, and
their technological management brings countless economic advantages. Like other
branches of agriculture, the wine sector needs an adequate concentration of nutrients
and moisture in the soil to provide the most efficient results. Given these facts, the
use of renewable energies is an important aspect of this study, which also synthesizes
the main irrigation methods and examines the importance of evaluating the
evapotranspiration of crops. Furthermore, the control of irrigation processes and the
implementation of resource management models are of utmost importance to allow
maximum efficiency and sustainability in this field.
However, there is a lack of a resource management model that maximizes production
efficiency with the largest number of compatible technologies. Therefore,
a modular intelligent system is developed, which utilizes data obtained from multiple
sources, such as weather conditions, renewable energy and electricity markets.
Divided into four key modules, the first module embraces data diversity as an important
factor, so the system can adapt to multiple inputs and user definitions. The
second module is responsible for determining vineyard water losses through evapotranspiration,
and the third one calculates the water requirements for irrigation
purposes. The last module uses a supervised machine learning algorithm to achieve
optimal energy consumption information. To validate and analyse the model performance,
multiple results are provided, considering various realistic scenarios. By
adapting the system to a specific vineyard, vital data is acquired and farms can
make informed decisions, specially regarding energy and water resources. With a
good design and positive results, the system enables a boost in the environmental
sustainability of the wine sector operations and enhances productivity of vineyards.
Sendo a agricultura um setor de atividade essencial para a sobrevivência e prosperidade da humanidade, é fundamental a utilização de tecnologias sustentáveis neste campo. Neste sentido, são analisados dados estatísticos sobre o aumento do preço dos alimentos e indicadores de desenvolvimento sustentável. Verifica-se que um dos fatores que influencia o sucesso da agricultura são as caraterísticas do solo, nomeadamente em termos de humidade e nutrientes. Neste sentido, os processos de rega tornaram-se indispensáveis, e a sua gestão tecnológica traz inúmeras vantagens económicas. Tal como outros ramos da agricultura, o sector vitivinícola precisa de uma concentração adequada de nutrientes e humidade no solo para obter resultados mais eficientes. Perante estes factos, a utilização de energias renováveis é um aspeto importante deste estudo, que também sintetiza os principais métodos de rega e analisa a importância da evapotranspiração das plantações. Além disso, o controlo dos processos de rega e a implementação de modelos de gestão de recursos são de extrema importância para permitir a máxima eficiência e sustentabilidade neste campo. No entanto, não existe um modelo de gestão de recursos que maximize a eficiência da produção com o maior número de tecnologias compatíveis. Assim, é desenvolvido um sistema modular inteligente, que utiliza dados de múltiplas fontes, tais como condições meteorológicas, energias renováveis e mercados de eletricidade. Dividido em quatro módulos, o primeiro considera a diversidade de dados como um fator importante, para que o sistema se possa adaptar a múltiplas entradas e definições. O segundo módulo é responsável por determinar as perdas de água da vinha através da evapotranspiração, e o terceiro calcula as necessidades de água para efeitos de rega. O último módulo utiliza um algoritmo supervisionado para obter informações ótimas sobre o consumo de energia. Para validar e analisar o desempenho do modelo, são fornecidos vários resultados, considerando vários cenários realistas. Ao adaptar o sistema a uma vinha específica, são obtidos dados vitais que permitem tomar decisões informadas, especialmente no que respeita aos recursos energéticos e hídricos. Com um bom design e resultados positivos, o sistema permite um aumento da sustentabilidade do setor vitivinícola e melhora a produtividade das vinhas.
Sendo a agricultura um setor de atividade essencial para a sobrevivência e prosperidade da humanidade, é fundamental a utilização de tecnologias sustentáveis neste campo. Neste sentido, são analisados dados estatísticos sobre o aumento do preço dos alimentos e indicadores de desenvolvimento sustentável. Verifica-se que um dos fatores que influencia o sucesso da agricultura são as caraterísticas do solo, nomeadamente em termos de humidade e nutrientes. Neste sentido, os processos de rega tornaram-se indispensáveis, e a sua gestão tecnológica traz inúmeras vantagens económicas. Tal como outros ramos da agricultura, o sector vitivinícola precisa de uma concentração adequada de nutrientes e humidade no solo para obter resultados mais eficientes. Perante estes factos, a utilização de energias renováveis é um aspeto importante deste estudo, que também sintetiza os principais métodos de rega e analisa a importância da evapotranspiração das plantações. Além disso, o controlo dos processos de rega e a implementação de modelos de gestão de recursos são de extrema importância para permitir a máxima eficiência e sustentabilidade neste campo. No entanto, não existe um modelo de gestão de recursos que maximize a eficiência da produção com o maior número de tecnologias compatíveis. Assim, é desenvolvido um sistema modular inteligente, que utiliza dados de múltiplas fontes, tais como condições meteorológicas, energias renováveis e mercados de eletricidade. Dividido em quatro módulos, o primeiro considera a diversidade de dados como um fator importante, para que o sistema se possa adaptar a múltiplas entradas e definições. O segundo módulo é responsável por determinar as perdas de água da vinha através da evapotranspiração, e o terceiro calcula as necessidades de água para efeitos de rega. O último módulo utiliza um algoritmo supervisionado para obter informações ótimas sobre o consumo de energia. Para validar e analisar o desempenho do modelo, são fornecidos vários resultados, considerando vários cenários realistas. Ao adaptar o sistema a uma vinha específica, são obtidos dados vitais que permitem tomar decisões informadas, especialmente no que respeita aos recursos energéticos e hídricos. Com um bom design e resultados positivos, o sistema permite um aumento da sustentabilidade do setor vitivinícola e melhora a produtividade das vinhas.
Description
Keywords
Data processing Evapotranspiration Renewable energies Resource optimization Smart irrigation Sustainable agriculture Vineyard management Agricultura sustentável Energias renováveis Rega inteligente Evapotranspiração Gestão de vinhas Otimização de recursos Processamento de dados