RAF is a bio-energetic descriptive model integrates with MAD model to support Integrated Farm Management. RAF model aimed to enhancing economical, social and environmental sustainability of farm production in terms of energy via convert energy crops and animal manure to biogas and digestate (bio-fertilizers) by anaerobic digestion technologies, growing and breeding practices. The user defines farm structure in terms of present crops, livestock and market prices and RAF model investigates the possibilities of establish on-farm biogas system (different anaerobic digestion technologies proposed for different scales of farms in terms of energy requirements) according to budget and sustainability constraints to reduce the dependence on fossil fuels. The objective function of RAF (Z) is optimizing the total net income of farm (maximizing income and minimizing costs) for whole period which is considered by the analysis. The main results of this study refers to the possibility of enhancing the exploitation of the available Italian potentials of biogas production from on-farm production of energy crops and livestock manure feedstock by using the developed mathematical model RAF integrates with MAD to presents reliable reconcile between farm size, farm structure and on-farm biogas systems technologies applied to support selection, applying and operating of appropriate biogas technology at any farm under Italian conditions. / RAF è un modello descrittivo bio-energetico che si integra con il modello MAD per supportare la gestione integrata di un’azienda agricola. Il modello RAF è finalizzato alla valorizzazione economica, sostenibilità ambientale e sociale della produzione agricola in termini di energia tramite la conversione di colture energetiche e letame animale in biogas e digestato (bio-fertilizzanti) mediante tecnologie di digestione anaerobica, coltivazione e pratiche di allevamento. L'utente definisce la struttura della fattoria in termini delle presenti colture, bestiame e prezzi di mercato, e il modello RAF indaga le possibilità di installare il sistema di produzione di biogas in azienda (diverse tecnologie di digestione anaerobica sono proposte per diverse scale di aziende agricole in termini di fabbisogno energetico) secondo i vincoli di bilancio e sostenibilità per ridurre la dipendenza da combustibili fossili. La funzione obiettivo della RAF (Z) è ottimizzare il reddito complessivo netto dell'azienda (massimizzare il reddito e minimizzando i costi) per tutto il periodo considerato dall'analisi. I principali risultati di questo studio si riferiscono alla possibilità di migliorare lo sfruttamento delle potenzialità di produzione di biogas in azienda mediante la produzione di colture energetiche italiane disponibili e letame come materia prima, utilizzando il modello matematico sviluppato RAF che si integra con MAD per presentare un’affidabile equlibrio tra la dimensione dell’azienda agricola, la struttura della fattoria e tecnologie biogas di sistemi applicati in azienda per supportare la selezione, l’applicazione e il funzionamento della tecnologia biogas presso qualsiasi azienda italiana.

A highly dangerous situations for tractor driver is the lateral rollover in operating conditions. Several accidents, involving tractor rollover, have indeed been encountered, requiring the design of a robust Roll-Over Protective Structure (ROPS). The aim of the thesis was to evaluate tractor behaviour in the rollover phase so as to calculate the energy absorbed by the ROPS to ensure driver safety. A Mathematical Model representing the behaviour of a generic tractor during a lateral rollover, with the possibility of modifying the geometry, the inertia of the tractor and the environmental boundary conditions, is proposed. The purpose is to define a method allowing the prediction of the elasto-plastic behaviour of the subsequent impacts occurring in the rollover phase. A tyre impact model capable of analysing the influence of the wheels on the energy to be absorbed by the ROPS has been also developed. Different tractor design parameters affecting the rollover behaviour, such as mass and dimensions, have been considered. This permitted the evaluation of their influence on the amount of energy to be absorbed by the ROPS. The mathematical model was designed and calibrated with respect to the results of actual lateral upset tests carried out on a narrow-track tractor. The dynamic behaviour of the tractor and the energy absorbed by the ROPS, obtained from the actual tests, showed to match the results of the model developed. The proposed approach represents a valuable tool in understanding the dynamics (kinetic energy) and kinematics (position, velocity, angular velocity, etc.) of the tractor in the phases of lateral rollover and the factors mainly affecting the event. The prediction of the amount of energy to be absorbed in some cases of accident is possible with good accuracy. It can then help in designing protective structures or active security devices.

Tractor rollover represent a primary cause of death or serious injury in agriculture and despite the mandatory Roll-Over Protective Structures (ROPS), that reduced the number of injuries, tractor accidents are still of great concern. Because of their versatility and wide use many studies on safety are concerned with the stability of tractors, but they often prefer controlled tests or laboratory tests. The evaluation of tractors working in field, instead, is a very complex issue because the rollover could be influenced by the interaction among operator, tractor and environment. Recent studies are oriented towards the evaluation of the actual working conditions developing prototypes for driver assistance and data acquisition. Currently these devices are produced and sold by manufacturers. A warning device was assessed in this study with the aim to evaluate its performance and to collect data on different variables influencing the dynamics of tractors in field by monitoring continuously the working conditions of tractors operating at the experimental farm of the Bologna University. The device consists of accelerometers, gyroscope, GSM/GPRS, GPS for geo-referencing and a transceiver for the automatic recognition of tractor-connected equipment. A microprocessor processes data and provides information, through a dedicated algorithm requiring data on the geometry of the tested tractor, on the level of risk for the operator in terms of probable loss of stability and suggests corrective measures to reduce the potential instability of the tractor.

Lo vendemmia meccanica incontra ancora resistenze legate al timore di peggiorare la qualità del prodotto e di avere elevate perdite di raccolta. In questo contesto sono state effettuate quattro prove sperimentali, finalizzate a definire le interazioni macchina, pianta e prodotto raccolto e a valutare nuove possibilità di regolazione delle vendemmiatrici e di gestione del prodotto raccolto. Le prime due sono state realizzate con vendemmiatrici a scuotimento orizzontale e verticale. L’obiettivo è stato quello di individuare l’influenza della frequenza del battitore sull’efficienza di raccolta e sulla qualità del prodotto e di verificare il maltrattamento provocato dagli organi di intercettazione e trasporto della vendemmiatrice. I risultati hanno dimostrato l’importanza della corretta regolazione del battitore delle vendemmiatrici a scuotimento orizzontale che operano direttamente sulla fascia produttiva del vigneto. Questa regolazione risulta più semplice sulle macchine a scuotimento verticale che agiscono indirettamente sui fili di sostegno delle doppie cortine. La misura delle sollecitazioni all’interno della macchina ha evidenziato valori anche elevati, pericolosi per l’integrità del prodotto raccolto, legati alla differente costruzione degli organi d’intercettazione e trasporto. La terza prova ha valutato l’efficacia di due nuovi accessori per le vendemmiatrici: la regolazione dell’ampiezza del battitore e un sensore per misurare in continuo il grado di ammostamento provocato. I risultati hanno dimostrato la loro validità per migliorare le prestazioni operative delle vendemmiatrici e per fornire agli operatori uno strumento di controllo in tempo reale sulla qualità della raccolta. Infine, considerando che le vendemmiatrici producono sempre un ammostamento dell’uva, abbiamo verificato un sistema innovativo che permette di anticipare la protezione del mosto libero già durante il trasporto dal campo. Il sistema si è dimostrato semplice, efficace ed economico. Queste esperienze hanno dimostrano che la vendemmia meccanica, se correttamente gestita, permette di ottenere ottimi risultati sotto il profilo qualitativo, tecnologico ed economico. / The use of mechanical harvesting is still influenced by prejudices concerning the deterioration of quality level of harvested grapes. In this context we have carried out trials aimed at determining the interactions between machine and plants, to explore new possibilities of harvester regulation and management on harvested yield. The experiment was divided into four trials. The first two trials were done using horizontal and vertical shaking harvesters. The aim of this research was to evaluate the effects of harvester beating frequency regulation on the crop yields and product quality, and to verify the stresses transmitted during the interception and transport of grape by mechanical tools of harvesters. Trials have shown the importance of beating frequency regulation in horizontal shaking harvesters that operate directly on the production area. This adjustment may be easier on the vertical shaking machines due to a closer interaction between the plant and the machine. The stresses measurement inside the machine showed high values for the integrity of harvested product, cause of the different structure of interception and transport mechanical tools of harvesters. The third trial evaluated the efficacy of two new proposals: the amplitude adjustment of beater’s horizontal movement and a sensor for continuous measurement of the releasing of must. The results showed the possibility to use these proposals to improve grape harvester performance and supply the vineyard operators with a real time checking instrument of the quality harvesting. Finally, because of releasing of must caused by mechanical harvester, we tested out an innovative system that allows to advance the protection of liquid part by chemical and physical compound directly in the field. This system has proven to be simple, effective in qualitative results and cheaper. These experiments demonstrate that mechanical harvesting if properly managed, can achieve excellent results in terms of quality, technology and costs.

Il controllo in agricoltura delle malattie causate da patogeni fungini può essere effettuato attraverso l’uso di modelli di previsione che si basano comunemente sul monitoraggio in tempo reale di una serie di variabili di input. Queste informazioni generalmente combinano dati metereologici locali con modelli matematici costruiti allo scopo di predire il rischio di malattie. Il processo decisionale si attiva quando un avvertimento sul potenziale rischio viene riconosciuto da parte dei modelli. Diversi modelli epidemiologici sono stati sviluppati e validati nel mondo. Negli Stati Uniti d’America, ad esempio, l’università della California ha sviluppato un supporto decisionale on-line per gestire la coltura secondo i principi della lotta integrata (Integrated Pest Management - IPM). Ciascun agricoltore può consultare il proprio database informativo e prendere decisioni sui trattamenti da effettuare basandosi su dati sito-specifici. Le difficoltà sorgono quando non sono disponibili dati meteorologici da stazioni poste nelle vicinanze del sito in studio o per le zone montane caratterizzate da una forte variabilità altimetrica. Inoltre i dati meteorologici disponibili possono presentarsi in formato non adeguato rispetto alle esigenze del modello previsionale. Con l’intento di avere una visione regionale e una maggiore accuratezza nella gestione del controllo delle malattie, l’obiettivo della tesi è stato l’utilizzo contemporaneo di modelli epidemiologici (Lobesia botrana e Erysiphe necator, agente causale dell’oidio della vite) con modelli fenologici (cultivar di vite Chardonnay) utilizzando parametri meteorologici come la temperatura per creare mappe a livello regionale, a frequenza giornaliera e con una risoluzione spaziale di 200 metri. L’utilizzo contemporaneo di entrambi i modelli aiuta ad essere più precisi nel consigliare interventi colturali nel periodo di sensibilità dell’ospite nei confronti del patogeno o della malattia in modo da poterne stimare il reale rischio di diffusione o insorgenza. Dopo aver calibrato e validato i modelli in Trentino-Alto Adige (Nord Italia) con dati metereologici locali, basandoci sul modello del cambiamento climatico HadAM3 dell’Hadley Centre (Pope et al., 2000),l’andamento climatico previsto è stato proiettato e statisticamente portato. in scala, utilizzando lo scenario A2 e B2. L’algoritmo statistico utilizzato per ridurre la scala giornaliera di risoluzione è chiamato “transfer function” (Eccel et al., 2009). Per completare l’analisi, è stato inoltre utilizzato lo scenario ridimensionato di ENSEMBLES attraverso l’uso di set di dati provenienti da 49 stazioni meteorologiche della FEM e dal pacchetto “RMAWGEN” (Cordano et al., 2012) creato con il software statistico R. (Gentleman et al., 1997). Per mappare i modelli è stata sviluppata una semplice piattaforma modulare WEB-GIS chiamata ENVIRO. I moduli sono “Open Source” e seguono gli standard internazionali dell’“Open Geospatial Consortium” (OGC) e sono stati implementati come segue: i) enviDB è il database per i dati spazio-temporali, ii) enviGRID permette agli utenti di navigare attraverso i dati e i modelli nello spazio e nel tempo, iii) enviMapper è l’interfaccia web per prendere le decisioni, consiste in uno stato dell’arte per mappare la vulnerabilità del cambiamento climatico a diverse scale di aggregazione nello spazio e nel tempo, iv) enviModel è l’interfaccia web per i ricercatori a cui viene fornita una piattaforma per processare e condividere modelli di rischio ambientali utilizzando il “web processing Technologies” (WPS) seguendo gli standard OGC. Con l’obiettivo di diventare ancora più accurati nelle previsioni dei volumi per i trattamenti contro insetti e malattie, in accordo con la direttiva 2009/128/EC, il seguente lavoro dimostra che il sensore LIDAR può essere utilizzato per caratterizzare la geometria della pianta della vite e stimare l’area fogliare (LAI) ad ogni stadio di crescita. Inoltre permette di calcolare il volume da applicare (Tree Row Volume -TRV) visualizzato nelle mappe 3D in GRASS. (Neteler et al., 2008, Neteler et al., 2012). / Control of agricultural pests and diseases is often based on forecasting models commonly based on real time monitoring of inputs variables. This information generally combines meteorological local databases and mathematical models designed to forecast pest and disease risk. The decision process starts when an alert or a potential risk event from the outputs of the models is issued. Epidemiological models based on local datasets have been created and validated worldwide, for example in USA, the University of California developed the online Integrated Pest Management (IPM) program where each farmer can consult with his own database and make the pest management decision based on site-specific conditions. Difficulties arise when no data from a close weather station are available, in mountain areas where weather conditions highly depend on the altimetry, or if data are not in a standard format to feed the model. In a view of having a regional vision and an increased accuracy in the pest control management, the goal of this thesis was to run contemporaneously epidemiological (the pest Lobesia botrana and the pathogen causing Powdery mildew Erysiphe necator) and phenological models (grapevine cv. chardonnay) using environmental variables as temperature and to create maps at regional level, with 200 meters of resolution and daily scale or frequency. Running both models together helps to be more precise in the sensibility period of the host versus the pest or the disease and to understand the real final risk. After calibrating and validating the models in the Trentino-Alto Adige Region (Italy) with local weather data, the forecasted climate was projected and statistically downscaled, based on the output of the Hadley Centre climate model - HadAM3 (Pope et al., 2000) under scenarios A2 and B2. The statistical downscaling algorithm was “transfer function method” (Eccel et al., 2009) at daily resolution. In order to complete the analysis, the downscaled scenario from ENSEMBLES was also used with the datasets of 49 weather stations from FEM and the “RMAWGEN” packages (Cordano et al., 2012) created for this project in R statistical open source software (Gentleman et al., 1997). In order to map the models, a friendly modular WEB-GIS platform called ENVIRO was developed. Modules are Open Source, follow international Open Geospatial Consortium (OGC) standards and were implemented as follows: i) enviDB is the database for spatial temporal data, ii) enviGRID allows users to navigate through data and model in space and time, iii) enviMapper is the web interface for decision makers, a state of the art client to map vulnerability to climate change at different aggregation scales in time and space; finally, iv) enviModel is the web interface for researchers that provides a platform to process and share environmental risk models using web geo-processing technologies (WPS) following OGC standards. With the aim of being even more accurate in pests and diseases spraying volumes and according with the Directive 2009/128/EC, the current work shows that the LIDAR sensor can be used to characterize the geometry of the grapevine and the Leaf Area Index (LAI) at each growth stage and calculate the Tree Row Volume (TRV) visualized in 3D maps in GRASS (Neteler et al., 2008, Neteler et al., 2012).