El desarrollo de tecnología agropecuaria involucra actores de todas las disciplinas cientícas, principalmente de las ciencias naturales, seguido por las ciencias formales y en menor medida, las ciencias humanas o sociales. Es a partir de la colaboración interdisciplinaria de distintos grupos de investigación que permitió la elaboración del presente trabajo, en el cual se abordan diversas cuestiones respecto de la incorporación de sistemas computacionales con distintas funcionalidades y características en pos de brindar soporte a las actividades agropecuarias, particularmente aquellas que predominan en el sector del Sudoeste de la Provincia de Buenos Aires. Se intenta cubrir los aspectos m as relevantes referidos al diseño e implementación de dichos sistemas, desde un punto de vista técnico y con un especial enfoque hacia el empleo de metodologías de diseño con cierto grado de optimalidad. El eje central de la tesis se divide en tres partes con la finalidad de separar las problemáticas relacionadas a la adquisición, transmisión y el análisis o procesamiento de los datos. En la cuarta y ante ultima parte de este trabajo, se integran los conceptos anteriormente expuestos y se exploran las arquitecturas donde interactúan sistemas m as complejos del que forman parte tanto las máquinas como las personas. Dentro de este ultimo grupo se engloban los sistemas colaborativos, para los cuales se analizan dos propuestas diferentes, con un enfoque hacia los aspectos de comunicación por un lado y por el otro, el diseño de un sistema que tiene el objetivo de mejorar cuestiones de logística en el sector agropecuario, especialmente en zona rural. / The development of agricultural technology involves actors from all scienti c disciplines, mainly from the natural sciences, followed by the formal sciences and to a lesser extent, the human or social sciences. It is from the interdisciplinary collaboration of different research groups that allowed the accomplishment of this work, in which certain issues are addressed regarding the incorporation of computer systems with different functionalities and characteristics in order to provide support to agricultural activities, particularly those that predominate in the Southwest sector of the Buenos Aires Province. It is intended to cover all technical aspects related to the design and implementation of said systems, from a technical point of view and with a special focus on the use of design methodologies with a certain degree of optimality. The central axis of the current thesis is divided into three parts in order to separate the problems related to the data acquisition, transmission and analysis or processing. In the fourth and penultimate part of this work, the previously exposed concepts are integrated and the architectures where more complex systems interacts, of which both machines and people are part, are explored. Collaborative systems are included in this last group, for which two different proposals are analyzed, with a focus on communication aspects on the one hand and on the other, the design of a system that aims to improve logistics issues in the agricultural sector, especially in rural areas.

La actividad agrícola actual enfrenta diversos desafíos: existencia de una limitada área de cultivo, demanda creciente de producción debido al aumento de la población mundial, necesidad de adecuación a climas adversos, reposición de nutrientes por fertilización, control de plagas, entre otros. Algunos de estos desafíos se sobrellevan mediante la agricultura de precisión que está orientada a la aplicación de productos fitosanitarios de manera eficiente. Para ello, se introducen nuevas tecnologías asociadas a los productos y equipos que los aplican. La efectividad de los productos fitosanitarios depende fuertemente de la habilidad del aplicador para regular la pulverización con el propósito de que el producto alcance el sitio objetivo en la cantidad deseada. La pérdida de estos compuestos no depositados en el lugar deseado se denomina deriva y puede alcanzar hasta un 30% del producto aplicado. Su minimización es una preocupación creciente para asegurar la salud del operador, proteger el medio ambiente, lograr una eficiente protección de los cultivos y transformar la pulverización de fitosanitarios en una actividad sostenible. Por esta razón, el objetivo general de esta Tesis es desarrollar un modelo matemático validado capaz de predecir adecuadamente la deriva resultante de aplicaciones de fitosanitarios mediante pulverizadoras de botalón. Además de su capacidad predictiva, el modelo debe poseer las siguientes características principales: a) requerir un bajo tiempo de cómputo para su resolución, b) poseer un número mínimo de parámetros de ajuste y representar adecuadamente la deriva en ventanas operativas amplias y c) estar en función de variables de entrada de fácil medición o conocimiento (i.e., las habituales que manejan los aplicadores de fitosanitarios). Estas características permiten que el modelo pueda ser acoplado a máquinas pulverizadoras y proveer recomendaciones de operación o controlar variables en línea para minimizar la deriva. En el Capítulo 1, se introducen conceptos acerca del proceso de pulverización de fitosanitarios mediante pulverizadoras de botalón y el panorama productivo nacional de maquinaria agrícola. En el Capítulo 2 se describe el proceso de atomización y las boquillas generalmente utilizadas en la aplicación terrestre de productos fitosanitarios. Además, se desarrolla un modelo matemático que es capaz de predecir satisfactoriamente la distribución de tamaño de gotas atomizadas en boquillas de uso agrícola, utilizando variables de entrada que coinciden con las que el aplicador habitualmente selecciona. En el Capítulo 3 se realiza una revisión detallada de los modelos matemáticos disponibles en literatura a fin de comparar ventajas y desventajas de cada enfoque de modelado. Finalmente, se concluye acerca de la necesidad de desarrollar un nuevo modelo que mejore la relación entre nivel predictivo y costo computacional y que permita resolver de manera simultánea el proceso de atomización, desplazamiento, evaporación y deposición de las gotas. En el Capítulo 4 se desarrolla un modelo matemático para predecir la deriva de pulverización correspondiente a una boquilla. El modelo se valida frente a datos experimentales de campo, sin necesidad de incorporar parámetros de ajuste. Posteriormente, se realiza un análisis de sensibilidad de variables ambientales y operativas sobre la deriva. Se observó que el uso de una velocidad media de viento basada en la población de gotas en vuelo reduce considerablemente la cantidad de cálculos sin perder precisión en el resultado. En el Capítulo 5, se extiende el modelo matemático presentado en el capítulo anterior para ser aplicado a múltiples boquillas. Además, se incorporan efectos de dispersión de las gotas provocados por la turbulencia del aire ambiente. En este caso fue necesario realizar ajuste de dos parámetros vinculados a la dispersión. El modelo se validó frente a datos experimentales de campo reportados por diferentes autores. Una vez validado el modelo completo, se definieron curvas operativas para efectuar recomendaciones operacionales a los efectos de trabajar con deriva aceptable. Estas curvas ilustran cómo optimizar el proceso de pulverización agrícola por botalón, sugiriendo para ello cambios en las variables que conocen y manejan los aplicadores (condiciones ambientales, condiciones operativas y características asociadas a la pulverizadora). Por último, en el Capítulo 6, se resumen los resultados más destacados y se presentan las futuras líneas de investigación que se llevarán a cabo para construir un prototipo a ser incorporado en pulverizadoras para brindar recomendaciones o controlar en línea la calidad de la aplicación. / The current agricultural activity faces several challenges: existence of a limited area of cultivation, growing production demand due to the increase in the world population, need for adaptation to adverse climates, replacement of nutrients by fertilization, pest control, among others. Some of these challenges are overcome with precision agriculture, that is oriented towards the application of phytosanitary products efficiently. To this end, new technologies associated with the products and equipment that apply them are introduced. The effectiveness of phytosanitary products depends strongly on the applicator's ability to regulate spraying so that the product can reach the target site in the desired amount. The loss of the compounds that are not deposited in the desired place is called drift, and it can be up to 30% of the applied product. Its minimization is a growing concern to ensure the health of the operator, protect the environment, achieve efficient crop protection and transform the spraying of phytosanitary products into a sustainable activity. For this reason, the general objective of this thesis is to develop a validated mathematical model capable to adequately predict the drift resulting from phytosanitary applications using boom sprayers. In addition to its predictive capacity, the model must: a) require a low computation time for its resolution, b) have a minimum number of adjustment parameters and adequately predict the drift for wide operating windows and c) have as input data, variables of easy measurement or knowledge (i.e., the usual ones used by the pulverization operators). These features allow the model to be coupled to spray machines and provide operating recommendations or control variables online to minimize drift. Chapter 1 presents concepts about the phytosanitary spraying process by boom sprayers and the state of the Argentinean agricultural machinery. Chapter 2 describes the atomization process and the nozzles generally used in the terrestrial application of phytosanitary products. In addition, a mathematical model is developed that satisfactorily predicts the size distribution of drops atomized by agricultural nozzles, using input variables that match those that the applicator usually selects. In Chapter 3, a detailed review of the mathematical models available in the literature is made in order to compare advantages and disadvantages of each modeling approach. Finally, it is concluded that there is need to develop a new model able to predict the pulverization quality, to have a low computational cost and to solve simultaneously the processes of atomization, displacement, evaporation and deposition of drops. In Chapter 4, a mathematical model is developed to predict the spray drift corresponding to a nozzle. The model is validated against experimental field data, without the need to incorporate adjustable parameters. Subsequently, a sensitivity analysis of environmental and operational variables on drift is performed. It was observed that the use of an averaged wind speed (based on the population of drops in flight) considerably reduces the computational time without losing precision. In Chapter 5, the mathematical model presented in the previous chapter is extended to the pulverization with multiple nozzles. In addition, dispersion effects of the drops caused by the turbulence of the ambient air are also incorporated. In this case, it was necessary to adjust two parameters related to the dispersion. The model was validated against experimental field data reported by different authors. Once the complete model was validated, operational curves were defined to make operational recommendations to reduce the drift. These curves illustrate how to optimize the process of pulverization by boom sprayers, suggesting changes in the variables handled by the applicators (environmental conditions, operating conditions and characteristics associated with the sprayer). Finally, in Chapter 6, the most outstanding results are summarized and the future research to build a prototype to be incorporated in boom sprayers is presented aiming to provide recommendations or control the pulverization quality in real time.

La productividad de los suelos está determinada por factores naturales y por la acción antrópica. Esta última puede aumentar significativamente el rango de variación y la heterogeneidad espacial de las propiedades del suelo, incluso dentro de un mismo lote. La creciente adopción de la Agricultura de Precisión ofrece diferentes métodos para detectar y mapear los patrones de la condición de suelo relacionada a la variación espacial, donde una técnica en incremento es la medición de la CEa con el Sensor Veris 3100. El objetivo de este trabajo fue Identificar áreas con características de suelo similares en un mismo lote por medio del uso del Veris 3100 para ser utilizadas en un programa de agricultura de precisión. El estudio se realizó en tres localidades de la Provincia de Corrientes: Mercedes, Perugorría y El Sombrero. Se midió la CEa por medio del sensor Veris 3100 a una profundidad de 0-90 cm y en una serie de transectas separadas de 5 a 15 metros. Posteriormente se realizó la confección los semivariogramas experimentales a los cuales se les ajustó un modelo matemático buscando obtener el menor Cuadrado Medio del Error. Finalmente por interpolación se confeccionaron los mapas de CEa. A los mismos se los dividió en tres rangos de CEa donde posteriormente se tomaron las muestras de suelo, a partir de un Muestreo al Azar Estratificado a 0-30, 30-60 y 60-90 cm. Se hicieron determinaciones de Textura, contenido hídrico del suelo, MO, pH, CEe, P extractable, Ca, Mg, Na, K, y SB. También se hicieron mediciones de Altimetría y se midió rendimiento del cultivo de maíz. La correlación entre la CEa y las propiedades de suelo y planta estudiadas, fueron analizadas con el procedimiento PROC CORR de SAS y el ANOVA de los datos obtenidos utilizando el procedimiento PROC MIXED de SAS. La CEa correlacionó con Textura de suelo, MO, SB, cationes, Rendimiento del cultivo pH y CEe, P extractable y Altimetría del terreno dependiendo de la localidad bajo estudio. La humedad del suelo no correlacionó con la CEa en ninguna de las tres localidades. Este estudio avala la división y clasificación provista por el Veris 3100 en tres zonas de manejo sitio específico (Alta – Media – Baja) para cada una de las tres localidades estudiadas.

[EN] The aim of this Thesis is to establish methodologies to improve agricultural produc-tion techniques, biodiversity conservation, and forecast of air quality, through the analytical capacity of Geographic Information Systems. Several methodologies are proposed to integrate both the geographic component of data and methods, in order to provide a practical, transferable, and integrated solution to the increasing need for environmental studies at larger scales. Initially, a plot-based approach to detect fraction of tree cover from high spatial resolution images in an Irrigation Community is proposed. The calculation of quality rates for the management of Irrigation Communities is important, and requires accurate and up-to-date knowledge of water requirements of each specific crop. The computation of the shadow fraction of vegetation cover on large areas needs of systems to able to integrate the spatial component and enable accurate results. This study presents a shadow fraction approach based on classification of high spatial resolution orthoimages acquired within the Spanish National Plan of Survey of the Territory (PNOT). The results of the classification are subsequently used in a Geographic Information System for irrigation management. Secondly, methodology for the integration of geospatial data from different sources is presented. This method aims to predict actual vegetation models, on a forested Natural Park. The quantitative spatial information is used to characterize a 25 x 25 m grid, includes: (1) topographic descriptors and the solar irradiation metrics, (2) texture features computed from aerial photography, and (3) vegetation indices informing about the vegetation status. A multivariate method is proposed by overlapping layers in a GIS. The results, are tested using independent samples, and point out to the potential of these techniques to provide and to estimate actual vegetation maps as guide in the restoration of forest ecosystems. The last study, is a forecast and evaluation of air pollution related to transport systems in urban areas. The method relies on three different geospatial data sourcess: meteorology conditions, traffic emissions, and street geometry. An inverse model calculation of dispersion of pollutants to determinate emissions of the actual car feet to provide factor emission the methodology uses. A cartographical model is defined in to integrate the geospatial data sets (i.e. measured CO concentrations, Cadastral data, and LIDAR data) with mathematical applied. The results of factor emissions have been tested in other cities. The defined model is used to estimate spatial distribution air pollutant in streets of Valencia city center and the results are represented via maps. The integration of spatial components to traditional methods allows to predict and to describe as working the phenomena in the nature. Additionally, the production of maps of phenomena improves the potential of the analysis, enable to reach more meaningful results. In order to understand and research interactions on them, these systems enable to combine different analysis disciplines and methods. For example, the atmosphere and the environment can be integrated throughout scale in space and time. This Thesis opens up various lines of research to improve our knowledge on agriculture, natural environment, and air quality. Future research may combination and fusion of methodologies to better understand the influence of vegetation cover on air quality, in order to improving the forecast of urban pollution caused by car traffic emissions. / [ES] Esta tesis tiene como objetivo establecer técnicas de análisis espacial para el desarrollo de métodos dirigidos a mejorar las técnicas de producción agraria, la conservación de la biodiversidad y evaluar el pronóstico de la calidad de aire, a través de la capacidad analítica de los Sistemas de Información Geográfica (SIG). Se proponen diversas metodologías para incorporar la componente geográfica a los datos y métodos, ofreciendo una solución práctica, transferible e integrada, a la creciente necesidad del estudio del medio que nos rodea, a escalas más amplias. El primer lugar, se propone una metodología basada en la clasificación de imágenes para automatizar la determinación de la cobertura arbórea de un cultivo en las parcelas de una comunidad de regantes. El cálculo de los índices de calidad en la gestión de riego requiere tener un conocimiento preciso de los consumos efectuados y de las necesidades de los cultivos en cada parcela. La determinación de la fracción promedio de suelo cubierto por la vegetación en grandes extensiones, como el caso de una comunidad de regantes, hace necesaria la utilización de sistemas que aporten un aspecto espacial, de manera que faciliten y hagan más preciso el cálculo de la misma. En el presente estudio, se propone un método para determinar la cobertura arbórea en cada parcela a través de una clasificación de imágenes cedidas por el Plan Nacional de Observación del Territorio (PNOT), que permite implementarlo de forma sencilla en un Sistema de Información Geográfica para la gestión del riego. A continuación, se expone una metodología para la obtención de un modelo de distribución de vegetación, (en un Parque Natural de gran valor paisajístico), a partir de datos de la presencia de vegetación forestal y variables ambientales obtenidas de diversas fuentes (modelos digitales de elevación y fotografía aéreas). La información cuantitativa extraída de cada variable es extraída a escala de pixel de 25x25 m y consiste en: (1) descriptores espaciales del relieve y de la radiación, obtenida de modelos digitales de elevación, (2) características texturales extraídas de imágenes aéreas, y (3) índices de vegetación que informan de sus características. Se aplica un método clásico multivariante al que se le incorpora la componente espacial a través de la superposición de capas en un SIG. Los resultados son cotejados con muestras independientes y evidencian la potencialidad del método para construir mapas de vegetación con el objetivo de servir de orientación para la restauración del ecosistema forestal. Finalmente, se presenta una metodología para el pronóstico de la contaminación del aire relacionada con el tráfico rodado en áreas urbanas. El método se basa principalmente en medidas de tres factores: (1) las condiciones meteorológicas, (2) la intensidad de tráfico vehicular, y (3) la geometría de la vía y la aplicación de dos modelos de dispersión de contaminante mediante modelización inversa, (con el objetivo de determinar las emisiones de la actual flota de vehículos). Se utilizan herramientas de información geográfica que integran, a través de un modelo cartográfico, información de diversas fuentes (medidas de concentración de CO, datos catastrales y datos LIDAR) y uso de varios modelos matemáticos. Los resultados de los factores de emisión han sido comparados con los resultados obtenidos en otros estudios desarrollados con la misma metodología, tras su validación se han aplicado los dos modelos de dispersión para estimar la distribución espacial del contaminante en algunas vías del centro de la ciudad de Valencia. La incorporación de la componente espacial a métodos tradicionales sirve de base para predecir y conocer cómo funcionan los fenómenos en la naturaleza, a la vez que permite la creación de una cartografía de los elementos utilizados para el análisis, la investigación y la divulgación / [CAT] Aquesta tesi té per objectiu establir tècniques d'anàlisi espacial per al desenvolupament de mètodes dirigits a millorar les tècniques de producció agrària, la conservació de la biodiversitat i per avaluar el pronòstic de la qualitat de l'aire, mitjançant la capacitat analítica dels Sistemes d'Informació Geogràfica. Es proposen diferents metodologies per tal d'incorporar la component geogràfica a les dades i mètodes, oferint una solució pràctica, transferible i integrada a la necessitat creixent de l'estudi del medi que ens envolta, a escales més amplies. Primerament, es proposa una metodologia basada en la classificació d'imatges per tal d'automatitzar la determinació de la cobertura arbòria d'un cultiu a les parcel¿les d'una comunitat de regants. El càlcul del índexs de qualitat de la gestió del reg requereix tindre un coneixement precís del consum efectuat i de les necessitats dels cultius en cada parcel¿la. La determinació de la fracció mitjana de sol cobert per la vegetació en grans extensions, com és el cas d'una comunitat de regants, fa necessària la utilització de sistemes que aporten l'aspecte espacial, de manera que faciliten i augmenten la precisió del càlcul d'aquesta fracció. Al present estudi, es proposa un mètode per determinar la cobertura arbòria a cada parcel¿la mitjançant una classificació de les imatges cedides pel Pla Nacional d'Observació del Territori (PNOT), que permet la implementació senzilla del mètode en un Sistema d'Informació Geogràfica per a la gestió del reg. Seguidament, s'exposa una metodologia per a l'obtenció d'un model de distribució de vegetació, en un Parc Natural de gran valor paisatgístic, a partir de dades sobre la pre-sència de la vegetació forestal i variables ambientals obtingudes de diferents fonts (models digitals d'elevació i fotografies aèries). La informació quantitativa extreta de cada variable és referida a escala de píxel de 25x25 m i consisteix en: (1) descriptors espacials del relleu i de la radiació, obtinguda de models digitals d'elevació, (2) característiques texturals extretes d'imatges aèries, i (3) índexs de vegetació multivariant que informen de les característiques d'aquesta. A més a més, s'utilitza un mètode clàssic multivariant al que s'incorpora la component espacial mitjançant la superposició de capes en un Sistema d'informació Geogràfica. Els resultats són comparats amb mostres independents i evidencien el potencial del mètode per construir mapes de vegetació amb l'objectiu de servir d'orientació per a la restauració de l'ecosistema forestal. Per acabar, es presenta una metodologia per al pronòstic de la contaminació de l'aire en relació al tràfic rodat en àrees urbanes. El mètode es basa principalment en les mesures de tres factors: (1) les condicions meteorològiques, (2) la intensitat del tràfic vehicular, i (3) la geometria de la via i l'aplicació de dos models de dispersió de contaminant mitjançant la modelització inversa, amb l'objectiu de determinar les emissions de la flota de vehicles actual. A més a més, s'utilitzen ferramentes d'informació geogràfica que integren, per mitjà d'un model cartogràfic, informació de diverses fonts (mesures de concentració de CO, dades cadastrals i dades LIDAR) i l'ús de diferents models matemàtics. Finalment, els resultats dels factors d'emissió es comparen amb els resultats d'altres estudis desenvolupats amb la mateixa meto-dologia. Després d'una validació, s'empren dos models de dispersió per estimar la distribució del contaminant en algunes vies del centre de la ciutat de València. / López Pérez, E. (2016). Modelos cartográficos en agricultura y medio ambiente: métodos de cálculo de cobertura arbórea, modelo de distribución de especies y modelo de pronostico de calidad de aire [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62189 / TESIS

[ES] Hay muchos trabajos relacionados con la automatización de procesos en agricultura. Con la revolución del Internet de las Cosas (del Inglés, Internet of things o IoT) están apareciendo en el mercado multitud de dispositivos capaces de interconectar sensores. Más enfocado a la agricultura intensiva, aparecen muchas comercializadoras de productos IoT que, aunque sus desarrolladores aseguran que son capaces de automatizar las tareas en los cultivos, vemos que no es así. Muchos productos tecnológicos desarrollados para ser usados en la agricultura de precisión, como son los programadores de riego tele-gestionados funcionan de forma independiente con otras tecnologías de la agricultura. En estos momentos y con el avance tecnológico actual, se debe integrar una programación de riego acorde a las necesidades reales del cultivo en tierra y con unas mediciones de necesidades de cultivo tomadas vía satélite o mediante dron desde el aire adaptando las variables de forma automática en una única plataforma de gestión. Si el patrón de producción de mi explotación funciona bien, la PLAtaforma TEcnológica Multimedia (PLATEM) permitirá compartir la estrategia seguida para que socios cooperativistas o personas que estén registrados en la red social, puedan verla y ver los contenidos publicados en ella sobre sistemas de control agrícolas. Esta tesis se centra en la investigación, diseño y desarrollo de nuevas tecnologías para integrar todos los sistemas presentes en un sistema automáticos, considerando, desde la monitorización de parámetros, hasta el procesado y toma de decisiones para una administración eficiente, siendo plata una herramienta óptima para la comunidad profesional de agricultores y con una usabilidad cercana al agricultor. Primeramente, se presentan trabajos previos relacionados con la captura de datos procedentes de cultivo y funcionamiento de riego a través del procesado de vídeo realizado con drones de vuelo autónomo. Seguidamente, se presentan los dispositivos presentes en la red inalámbrica de sensores orientada a captura de datos de los sensores terrestres y actuadores en sistemas de riego telegestionados de ultra bajo consumo energético. Por esto, nuestro trabajo se centra en redes de comunicaciones de banda estrecha, muy adecuadas para el uso en el medio rural. Nuestro sistema permite mantener un dispositivo comunicado y capaz de maniobrar las válvulas de hasta una extensión de 16 hectáreas con una pila comercial de 9 voltios toda una campaña de riego, sin necesidad de placas solares. Por último, toda la información e interoperabilidad de los apartados anteriores necesitan una gestión integral en un único sistema amigable con el usuario. En este punto presentamos un servidor con un motor de reglas de negocio y machine learning con autoaprendizaje capaz de generar decisiones para los controladores de riego, datos sensoriales de parcela o ambientales. Esta información es capaz de publicarse entre grupos sociales de usuarios e intercambiar métodos de trabajo y consignas. Todos los desarrollos y propuestas han sido precedidos de estudios de consumos energéticos en todos los dispositivos incluidos en el sistema. Además, se ha realizado un estudio en campo de las redes inalámbricas de sensores desplegadas en el medio rural bajo condiciones altamente problemáticas para comprobar el correcto funcionamiento del sistema entero. / [CAT] Existeixen gran quantitat de treballs relacionats amb l'automatització de processos en agricultura. Amb la revolució la Internet de les coses (de l'anglès Internet of Things o IoT) estan apareixent al mercat multitud de dispositius capaços d'interconnectar sensors. Més enfocat a l'agricultura intensiva, s'estan comercialitzant productes IoT que, tot i que els seus desenvolupadors asseguren que són capaços d'automatitzar les tasques en els cultius, veiem que no és així. Molts productes tecnològics desenvolupats per a utilitzar-los a l'agricultura de precisió, com són els programadors de reg tele gestionats, funcionen de forma independent amb altres tecnologies usades en l'agricultura. En aquests moments i amb l'avanç tecnològic actual, existeix la possibilitat d'aplicar unes rutines de reg adequades amb les necessitats reals del cultiu en terra, combinat amb la mesura de les necessitats de cultiu preses via satèl·lit o mitjançant vehicles aeris no tripulats o dron des de l'aire, adaptant les variables de forma automàtica en una única plataforma de gestió. Si el patró de producció de la meva explotació funciona bé, la PLAtaforma TEcnològica Multimedia (PLATEM) permetrà compartir l'estratègia seguida per tal que socis cooperativistes o persones que estiguin registrats en la xarxa social, puguen vore-la i veure els continguts publicats en ella sobre sistemes de control agrícoles. Aquesta tesi es centra en la investigació, disseny i desenvolupament de noves tecnologies per a integrar tots els sistemes presents en un sistema automàtics, considerant, des de la monitorització de paràmetres, fins al processat i pressa de decisions per a una administració eficient, sent PLATEM una ferramenta òptima per a la comunitat professional d'agricultors i amb una usabilitat propera a l'agricultor. Primerament, es presenten treballs previs relacionats amb la captura de dades procedents de cultiu i funcionament de reg a través del processat de vídeo realitzat amb drons de vol autònom. Seguidament, es presenten els dispositius presents en la xarxa sense fils de sensors orientada a captura de dades terrestres i els actuadors utilitzats per al reg tele-gestionats d'ultra baix consum energètic. Per això, el nostre treball se centra en xarxes de comunicacions de banda estreta, molt adequades per a l'ús en el medi rural. El nostre sistema permet mantenir un dispositiu comunicat i capaç de controlar les vàlvules en terrenys extensió de 16 hectàrees amb una pila comercial de 9 volts durant tota una campanya de reg, sense necessitat de plaques solars. Finalment, tota la informació i interoperabilitat dels dispositius que integren la xarxa necessiten una gestió integral en un únic sistema amigable amb l'usuari. En aquest punt presentem un servidor amb un motor de regles de negoci que aplica machine learning amb autoaprenentatge capaç de generar decisions per als controladors de reg, tenint en compte les dades dels sensors de parcel·la i ambientals. Aquesta informació és capaç de publicar-se entre grups socials d'usuaris i intercanviar mètodes de treball i consignes. Tots els desenvolupaments i propostes han estat combinats amb estudis de consums energètics. A més, s'ha realitzat un estudi en camp de les xarxes sense fils de sensors desplegades en el medi rural sota condicions altament problemàtiques per a comprovar el correcte funcionament del sistema sencer. / [EN] There are many works related to the automation of processes in agriculture. With the revolution of the Internet of Things (IoT), many devices capable of interconnecting sensors are appearing on the market. The focus is on intensive agriculture in a market where designers and marketers of IoT products present designs for the automation of crop production, claiming systematic achievements that ar not always compatible with agricultural reality. Many technological products, such as remote or WiFi management of irrigation programmers, focused on precision agriculture, are independent systems with no connection to other agricultural technologies. At this time and with the current technological advance, it must be integrated irrigation schedules in response to the real time needs of crop nutrition determining cultivation needs are transmitted via satellite or drone, in a platform will automatically integrate intelligent irrigation systems on the plot of land in relation to thermal analysis and crop vigor. If the production patterns of a farm are promising, PLAtaforma TEcnologica Multimedia (PLATEM) will allow disseminate a strategy followed to cooperative partners or people who are registered in the social network can see it and see the contents published in it on agricultural control systems. This thesis will attempt to solve the above-mentioned issues: the integration from start to finish of data capture and open data decisions for a community of professional farmers. Firtsly, we will review the literature on data harvesting of irrigation decisions for cultivation through computer-processed videos recorded by drones with autonomous flight mapping. Next, the devices present in a Wireless Sensor Network (WSN) are presented aimed at capturing terrestrial sensory data connected to tele-managed irrigation systems with ultra-low energy consumption. Hence, the focus of this work is firmly set on narrowband communication networks that are very suitable for use in rural areas. Our system maintains a communicated device capable of maneuvering valves within an area of 16 hectares with a commercial 9-volt battery throughout an irrigation campaign, with no need for solar panels. Finally, all the information and interoperability described in the previous sections will need integral management. At this point, we present a server with a business rules engine and machine learning with (self-learning) decision trees capable of generating decisions for irrigation controllers. The basic layer consists of the data processing of data mining models. The second layer consists of model training with historical data and the third layer applies to machine learning that generates the best results for guidance on recommendations. This information can be published and shared on social media between groups of users for the exchange of working methods and opinions regarding crops, cultivation strategies and demonstration plots. All of the proposed developments and proposals have been grounded in systematic energy consumption studies of all devices in the intelligent irrigation systems. In addition, a field study is conducted of the WSN deployed in rural areas under highly problematic conditions to determine the correct functioning of the entire system. / Cambra Baseca, C. (2019). PLAtaforma TEcnológica Multimedia para la Agricultura de Precisión (PLATEM Precision Agriculture) [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/135820 / TESIS

En este trabajo de tesis doctoral se ha desarrollado una nueva metodología para monitorizar un viñedo en diferentes fases de cultivo y mejorar su gestión en campo. El núcleo del método propuesto es la confección de mapas de cultivo con origen local único, resolución variable, y sistema de coordenadas global pero con geometría plana. El sistema desarrollado, además, permite la integración de información proveniente tanto de sistemas de adquisición totalmente automáticos como manuales, así como la comparación y correlación de medidas efectuadas en diferentes etapas de crecimiento e incluso a lo largo de diferentes años. El objetivo último consiste en la proposición de modelos predictivos sobre la producción de uva y potencial enológico del futuro vino. Para ello se aplican nuevas tecnologías en una arquitectura de coste moderado, dotada de la flexibilidad y versatilidad necesaria para que un productor promedio del área mediterránea pueda adaptar el sistema propuesto a sus necesidades particulares, utilizando para ello un vehículo convencional de uso agrícola. La arquitectura propuesta, implementada, y validada en campo consiste en un sistema de percepción basado en visión artificial, un sistema de posicionamiento global con corrección diferencial, y un ordenador de abordo que, mediante la metodología propuesta, combina toda la información adquirida y la transforma en mapas de cultivo compatibles entre sí. El sistema de visión ofrece una técnica simple basada en una cámara monocromática sensible en el rango UV-NIR y acondicionada mediante filtros ópticos que optimizan la ejecución del algoritmo de segmentación dinámica. El programa desarrollado e implementado a bordo de un tractor estándar combina imágenes y posicionamiento del vehículo para generar la información para los mapas en tiempo real de vegetación relativa, que serán posteriormente relacionados con otros mapas de interés, tanto generados de forma automática (desnivel del terreno) como manual (rendimiento, compactación del terreno, acidez, etc.). El control de los sistemas de percepción y posicionamiento también se ha simplificado a través de una única interfaz gráfica, que permite la utilización del sistema por operarios no versados en nuevas tecnologías. Los resultados obtenidos indican que un planteamiento simplificado de la agricultura de precisión es informativo siempre y cuando se cuente con un sistema de gestión de información óptimo. Los mapas de cultivo propuestos sirvieron para establecer correlaciones estadísticamente significativas entre variables clave, cuantificando de manera objetiva la variabilidad espacial en cuanto a cantidad de vegetación, producción de uva, compactación del terreno, o propiedades químicas del mosto. La posibilidad de enriquecer los modelos presentados con información proveniente de campañas sucesivas resulta atractivo para el viticultor, que puede contar con modelos predictivos específicamente adaptados a su explotación y que cada vez serán más precisos. Esta metodología está al alcance de pequeños y medianos productores, ya que prescinde de la compra de imágenes digitales de origen aéreo o remoto, y además no requiere la adquisición de un vehículo específico, lo que facilita la generación de mapas de cultivo mientras se efectúan otras labores agrícolas gracias al uso de redes con referencias globales. / Sáiz Rubio, V. (2013). Mapas para mejorar la producción de vino combinando tecnologías de la información y vehículos convencionales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31522 / TESIS

[ES] La introducción de soluciones tecnológicas en la agricultura permite reducir el uso de recursos y aumentar la producción de los cultivos. Además, la calidad del agua de regadío se puede monitorizar para asegurar la seguridad de los productos para el consumo humano. Sin embargo, la localización remota de la mayoría de los campos presenta un problema para proveer de cobertura inalámbrica a los nodos sensores y actuadores desplegados en los campos y los canales de agua para regadío. El trabajo presentado en esta tesis aborda el problema de habilitar la comunicación inalámbrica entre los dispositivos electrónicos desplegados para la monitorización de la calidad del agua y el campo a través de un protocolo de comunicación y arquitectura heterogéneos. La primera parte de esta tesis introduce los sistemas de agricultura de precisión (PA) y la importancia de la monitorización de la calidad del agua y el campo. Asimismo, las tecnologías que permiten la comunicación inalámbrica en sistemas PA y el uso de soluciones alternativas como el internet de las cosas bajo tierra (IoUT) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se introducen también. Después, se realiza un análisis en profundidad del estado del arte respecto a los sensores para la monitorización del agua, el campo y las condiciones meteorológicas, así como sobre las tecnologías inalámbricas más empleadas en PA. Además, las tendencias actuales y los desafíos de los sistemas de internet de las cosas (IoT) para regadío, incluyendo las soluciones alternativas introducidas anteriormente, han sido abordados en detalle. A continuación, se presenta la arquitectura propuesta para el sistema, la cual incluye las áreas de interés para las actividades monitorización que incluye las áreas de los canales y el campo. A su vez, la descripción y los algoritmos de operación de los nodos sensores contemplados para cada área son proporcionados. El siguiente capítulo detalla el protocolo de comunicación heterogéneo propuesto, incluyendo los mensajes y alertas del sistema. Adicionalmente, se presenta una nueva topología de árbol para redes híbridas LoRa/WiFi multisalto. Las funcionalidades específicas adicionales concebidas para la arquitectura propuesta están descritas en el siguiente capítulo. Éstas incluyen algoritmos de agregación de datos para la topología propuesta, un esquema de las amenazas de seguridad para los sistemas PA, algoritmos de ahorro de energía y tolerancia a fallos, comunicación bajo tierra para IoUT y el uso de drones para adquisición de datos. Después, los resultados de las simulaciones para las soluciones propuestas anteriormente son presentados. Finalmente, se tratan las pruebas realizadas en entornos reales para el protocolo heterogéneo presentado, las diferentes estrategias de despliegue de los nodos empleados, el consumo energético y la función de cuantificación de fruta. Estas pruebas demuestran la validez de la arquitectura y protocolo de comunicación heterogéneos que se han propuesto. / [CA] La introducció de solucions tecnològiques en l'agricultura permet reduir l'ús de recursos i augmentar la producció dels cultius. A més, la qualitat de l'aigua de regadiu es pot monitoritzar per assegurar la qualitat dels productes per al consum humà. No obstant això, la localització remota de la majoria dels camps presenta un problema per a proveir de cobertura sense fils als nodes sensors i actuadors desplegats als camps i els canals d'aigua per a regadiu. El treball presentat en aquesta tesi tracta el problema d'habilitar la comunicació sense fils entre els dispositius electrònics desplegats per a la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp a través d'un protocol de comunicació i arquitectura heterogenis. La primera part d'aquesta tesi introdueix els sistemes d'agricultura de precisió (PA) i la importància de la monitorització de la qualitat de l'aigua i el camp. Així mateix, també s'introdueixen les tecnologies que permeten la comunicació sense fils en sistemes PA i l'ús de solucions alternatives com l'Internet de les coses sota terra (IoUT) i els vehicles aeris no tripulats (UAV). Després, es realitza una anàlisi en profunditat de l'estat de l'art respecte als sensors per a la monitorització de l'aigua, el camp i les condicions meteorològiques, així com sobre les tecnologies sense fils més emprades en PA. S'aborden les tendències actuals i els reptes dels sistemes d'internet de les coses (IoT) per a regadiu, incloent les solucions alternatives introduïdes anteriorment. A continuació, es presenta l'arquitectura proposada per al sistema, on s'inclouen les àrees d'interès per a les activitats monitorització en els canals i el camp. Finalment, es proporciona la descripció i els algoritmes d'operació dels nodes sensors contemplats per a cada àrea. El següent capítol detalla el protocol de comunicació heterogeni proposat, així como el disseny del missatges i alertes que el sistema proposa. A més, es presenta una nova topologia d'arbre per a xarxes híbrides Lora/WiFi multi-salt. Les funcionalitats específiques addicionals concebudes per l'arquitectura proposada estan descrites en el següent capítol. Aquestes inclouen algoritmes d'agregació de dades per a la topologia proposta, un esquema de les alertes de seguretat per als sistemes PA, algoritmes d'estalvi d'energia i tolerància a fallades, comunicació per a IoUT i l'ús de drons per a adquisició de dades. Després, es presenten els resultats de les simulacions per a les solucions proposades. Finalment, es duen a terme les proves en entorns reals per al protocol heterogeni dissenyat. A més s'expliquen les diferents estratègies de desplegament dels nodes empleats, el consum energètic, així com, la funció de quantificació de fruita. Els resultats d'aquetes proves demostren la validesa de l'arquitectura i protocol de comunicació heterogenis propost en aquesta tesi. / [EN] The introduction of technological solutions in agriculture allows reducing the use of resources and increasing the production of the crops. Furthermore, the quality of the water for irrigation can be monitored to ensure the safety of the produce for human consumption. However, the remote location of most fields presents a problem for providing wireless coverage to the sensing nodes and actuators deployed on the fields and the irrigation water canals. The work presented in this thesis addresses the problem of enabling wireless communication among the electronic devices deployed for water quality and field monitoring through a heterogeneous communication protocol and architecture. The first part of the dissertation introduces Precision Agriculture (PA) systems and the importance of water quality and field monitoring. In addition, the technologies that enable wireless communication in PA systems and the use of alternative solutions such as Internet of Underground Things (IoUT) and Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are introduced as well. Then, an in-depth analysis on the state of the art regarding the sensors for water, field and meteorology monitoring and the most utilized wireless technologies in PA is performed. Furthermore, the current trends and challenges for Internet of Things (IoT) irrigation systems, including the alternate solutions previously introduced, have been discussed in detail. Then, the architecture for the proposed system is presented, which includes the areas of interest for the monitoring activities comprised of the canal and field areas. Moreover, the description and operation algorithms of the sensor nodes contemplated for each area is provided. The next chapter details the proposed heterogeneous communication protocol including the messages and alerts of the system. Additionally, a new tree topology for hybrid LoRa/WiFi multi-hop networks is presented. The specific additional functionalities intended for the proposed architecture are described in the following chapter. It includes data aggregation algorithms for the proposed topology, an overview on the security threats of PA systems, energy-saving and fault-tolerance algorithms, underground communication for IoUT, and the use of drones for data acquisition. Then, the simulation results for the solutions previously proposed are presented. Finally, the tests performed in real environments for the presented heterogeneous protocol, the different deployment strategies for the utilized nodes, the energy consumption, and a functionality for fruit quantification are discussed. These tests demonstrate the validity of the proposed heterogeneous architecture and communication protocol. / García García, L. (2021). Architecture and communication protocol to monitor and control water quality and irrigation in agricultural environments [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/174223 / TESIS