implementazione di sistemi per il monitoraggio operativo dello ...
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Workshop<br />
Il Teler<strong>il</strong>evamento <strong>per</strong> un’agricoltura un agricoltura sostenib<strong>il</strong>e<br />
Centro Congressi dell’Universit<br />
dell Università Cattolica del Sacro Cuore (PC), 20 apr<strong>il</strong>e 2006<br />
IMPLEMENTAZIONE DI SISTEMI PER IL<br />
MONITORAGGIO OPERATIVO DELLO<br />
SPANDIMENTO DI REFLUI ZOOTECNICI SU SCALA<br />
TERRITORIALE: IL PROGETTO MOSAICO<br />
Fabrizio Mazzetto, Aldo Calcante, Fabio Salomoni<br />
Istituto <strong>di</strong> Ingegneria Agraria – M<strong>il</strong>ano
IL PROGETTO MOSAICO<br />
“Monitoraggio delle delleO<strong>per</strong>azioni O<strong>per</strong>azioni <strong>di</strong> <strong>di</strong>Span<strong>di</strong>mento Span<strong>di</strong>mento <strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
liquami e letami letami <strong>per</strong> <strong>per</strong> le le attività attivitàAgricole Agricole della della Provincia<br />
<strong>di</strong> <strong>di</strong> Modena ai ai fini fini <strong>di</strong> <strong>di</strong> una una riduzione dei dei rischi rischi da da<br />
Inquinamento da da nitrati nitrati nelle nelle zone zone <strong>di</strong> <strong>di</strong> COnoide” CO COnoide”<br />
Obbiettivo<br />
monitorare monitorare specifiche specifiche<br />
attività attivit sul sul territorio<br />
territorio<br />
Gestire un rete <strong>di</strong> <strong>monitoraggio</strong><br />
territoriale, con adesione<br />
volontaria delle singole aziende,<br />
<strong>per</strong> la realizzazione <strong>di</strong> archivi<br />
storici territoriali gestib<strong>il</strong>i e<br />
aggiornab<strong>il</strong>i <strong>di</strong>rettamente dalle<br />
pubbliche amministrazioni
ESIGENZE DELLA PA<br />
Nome Tipo UM Note<br />
1 ID_O<strong>per</strong>azione code<br />
2 ID_Azienda code<br />
3 ID_MO code Co<strong>di</strong>ce della MO ut<strong>il</strong>izzata nell’o<strong>per</strong>azione; deve<br />
necessariamente risultare <strong>di</strong> proprietà<br />
dell’Azienda in<strong>di</strong>cata al campo 2<br />
4 ID_Stoccaggio code S: co<strong>di</strong>ce del punto <strong>di</strong> stoccaggio fatto oggetto<br />
del prelievo del refluo<br />
5 ID_Appezzamento code A: co<strong>di</strong>ce dell’appezzamento fatto oggetto della<br />
<strong>di</strong>stribuzione del refluo<br />
6 Data data Data dell’o<strong>per</strong>azione <strong>di</strong> span<strong>di</strong>mento<br />
7 Ora inizio time Ora in cui si realizzano le con<strong>di</strong>zioni del<br />
quadrinomio Data/MO/S/A<br />
8 Ora fine time Ora in cui hanno termine le con<strong>di</strong>zioni del<br />
quadrinomio Data/MO/S/A<br />
9 Tipologia refluo string Letame o liquame; sono comunque previste<br />
ulteriori categorie, anche in vista delle <strong>di</strong>verse<br />
tipologie <strong>di</strong> trattamento in uso presso l’azienda<br />
(frazione solida liquame, liquame <strong>di</strong>luito, etc.);<br />
10 No. <strong>di</strong>stribuzioni<br />
effettuate<br />
integer Numero dei viaggi andata-ritorno effettuati sulla<br />
tratta S/A<br />
11 Quantità <strong>di</strong>stribuite double m3 Stima dei volumi <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione, ottenuta in<br />
base all’analisi del comportamento cinematico<br />
della MO sulla tratta S/A e alle caratteristiche (<br />
max.capacità <strong>di</strong> carico) della MO stessa<br />
12 Su<strong>per</strong>ficie reale<br />
co<strong>per</strong>ta in<br />
<strong>di</strong>stribuzione<br />
13 In<strong>di</strong>ce me<strong>di</strong>o della<br />
regolarità <strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>stribuzione<br />
double % % della su<strong>per</strong>ficie <strong>di</strong> A interessata dalla<br />
<strong>di</strong>stribuzione; viene stimata in base all’analisi<br />
del comportamento cinematico della MO e alle<br />
caratteristiche <strong>di</strong> lavoro <strong>di</strong> quest’ultima<br />
(larghezza me<strong>di</strong>a <strong>di</strong>stribuzione)<br />
double % In<strong>di</strong>ce che valuta l’omogeneità <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione,<br />
su passate successive della MO, in termini <strong>di</strong><br />
r<strong>il</strong>asci del refluo su aree già trattate nel corso<br />
dell’o<strong>per</strong>azione corrente; tiene conto delle aree<br />
effettivamente interessate alla <strong>di</strong>stribuzione, e<br />
non dell’area totale dell’appezzamento<br />
Definire soluzioni <strong>di</strong><br />
<strong>monitoraggio</strong> territoriale<br />
<strong>dello</strong> span<strong>di</strong>mento reflui tali<br />
consentire ai funzionari<br />
provinciali <strong>di</strong> controllare – in<br />
modo del tutto sicuro sicuro ed ed<br />
oggettivo oggettivo – le modalità <strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>stribuzione dei reflui<br />
zootecnici da parte <strong>di</strong><br />
ciascun allevamento, in base<br />
a quanto stab<strong>il</strong>ito dai vincoli vincoli<br />
spazio--temporali<br />
spazio temporali annuali<br />
fissati dall’amministrazione<br />
stessa.
tipologia dell’o<strong>per</strong>atrice<br />
impiegata nella sua<br />
<strong>di</strong>stribuzione<br />
carro span<strong>di</strong>liquame<br />
carro span<strong>di</strong>letame<br />
fertirrigatore<br />
………<br />
TIPOLOGIA DI REFLUO<br />
(o loro varianti legate ai <strong>sistemi</strong> <strong>di</strong><br />
trattamento dei reflui)<br />
tipologia dell’area <strong>di</strong> prelievo<br />
e allevamento <strong>di</strong> origine<br />
(suini suini o bovini) bovini<br />
vasca stoccaggio<br />
concimaia<br />
lagone<br />
………
1<br />
2<br />
LUOGO DI LAVORO<br />
QUANTITA’ QUANTITA DISTRIBUITE<br />
3<br />
CONCENTRAZIONE AZOTO<br />
≈ 45 45 kgN/carico<br />
kgN/carico<br />
kgN /carico<br />
L’AZOTO AZOTO DISTRIBUITO<br />
≈ 30 30 kgN/carico<br />
kgN/carico<br />
kgN /carico<br />
Conoscenza sito-specifica<br />
sito specifica delle dosi<br />
<strong>di</strong> azoto <strong>di</strong>stribuite<br />
su<strong>per</strong>ficie<br />
linea<br />
punto<br />
in termini <strong>di</strong> volumi o masse<br />
misurab<strong>il</strong>i o stimab<strong>il</strong>i in base al numero<br />
<strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzioni effettivamente svolte<br />
variab<strong>il</strong>e in funzione della tipologia del<br />
refluo<br />
misurab<strong>il</strong>e me<strong>di</strong>ante opportuni sensori<br />
o stimab<strong>il</strong>e in base a valori tabellati
BASE DEL MONITORAGGIO OPERATIVO<br />
Registrare le ENTITA’ ENTITA<br />
che prendono parte all’evento<br />
all evento<br />
Cosa? Cosa?<br />
Dove? Dove?<br />
Chi? Chi?<br />
SISTEMI DI<br />
IDENTIFICAZIONE<br />
NECESSITA’ NECESSITA DI<br />
AUTOMATIZZARE<br />
IL MONITORAGGIO<br />
Misurare gli EFFETTI FISICI<br />
che si hanno nell’evento<br />
nell evento<br />
Quanto? Quanto?<br />
SENSORI<br />
QUADERNI DI CAMPAGNA INFORMATIZZATI
QCI QCI : ARCHITETTURE COSTRUTTIVE<br />
Problema: Problema identificare l’o<strong>per</strong>azione<br />
T-MO MO<br />
Celle<br />
Fotovoltaiche<br />
A-RF RF<br />
A-GPS GPS<br />
UA + Batteria<br />
A-GPS GPS<br />
UA<br />
Problema: Problema alimentazione del sistema<br />
sistema <strong>di</strong> acquisizione installato<br />
a bordo del trattore; richiede<br />
necessariamente un sistema <strong>di</strong><br />
identificazione<br />
TRACTOR - ORIENTED<br />
sistema <strong>di</strong> acquisizione installato<br />
a bordo dell’o<strong>per</strong>atrice; ut<strong>il</strong>e <strong>per</strong><br />
la ricognizione <strong>di</strong> specifiche<br />
o<strong>per</strong>azioni<br />
IMPLEMENT - ORIENTED<br />
LE ARCHITETTURE DI BASE
DATA<br />
A<br />
ENTITA’ ENTITA IN GIOCO<br />
MO<br />
S<br />
istanza <strong>di</strong> <strong>di</strong>span<strong>di</strong>mento: span<strong>di</strong>mento:<br />
1.Data – 2.S – 3.A – 4.MO<br />
OPERAZIONE OPERAZIONE DI DI SPANDIMENTO<br />
SPANDIMENTO<br />
insieme insieme <strong>di</strong> <strong>di</strong> attività attività meccanizzate meccanizzate omogenee<br />
omogenee<br />
svolte svolte nell’ambito nell’ambito <strong>di</strong> <strong>di</strong> una una giornata giornata giornata giornata <strong>di</strong> <strong>di</strong> lavoro, lavoro,<br />
aventi aventi come come fine fine <strong>il</strong> <strong>il</strong> prelievo, prelievo, <strong>per</strong> <strong>per</strong> mezzo mezzo <strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
una una specifica specifica MO, MO, MO MO <strong>di</strong> <strong>di</strong> una una data data quantità quantità <strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
refluo refluo zootecnico zootecnico da da un un punto punto <strong>di</strong> <strong>di</strong> stoccaggio<br />
stoccaggio<br />
(SS) (SS) e e la la sua sua successiva successiva <strong>di</strong>stribuzione<br />
<strong>di</strong>stribuzione<br />
sull’area sull’area <strong>di</strong> <strong>di</strong> un un appezzamento appezzamento (AA), (AA), non non<br />
necessariamente necessariamente appartenente appartenente all’azienda<br />
all’azienda<br />
che che detiene detiene <strong>il</strong> <strong>il</strong> possesso possesso della della MO MO<br />
Software gestionale con<br />
DB attività aziendali e<br />
possib<strong>il</strong>ità <strong>di</strong> generare<br />
mappe <strong>di</strong> span<strong>di</strong>mento
“STIMA STIMA” DELLE QUANTITA’ QUANTITA DISTRIBUITE<br />
1,52 1,52 ha ha (area appezzamento: 2,46 2,46 ha) ha<br />
6 m3 /carico<br />
9 carichi<br />
velocità<br />
Monitoraggio della <strong>di</strong>namica<br />
<strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione<br />
1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />
Dose me<strong>di</strong>a <strong>di</strong>stribuita = 6 · 9<br />
1,52<br />
tempo<br />
= 35.5 m3 /ha
LA RETE DI MONITORAGGIO<br />
Il SIT dovrà mantenere aggiornato <strong>il</strong> corrente b<strong>il</strong>ancio <strong>di</strong> N<br />
sui singoli appezzamenti<br />
Adesione degli allevamenti (con possesso<br />
MO) su base volontaria<br />
Az.9<br />
Az.9<br />
Az.8<br />
Az.8<br />
Az.1<br />
Az.1<br />
Az.7<br />
Az.7<br />
Az.2<br />
Az.2<br />
Incluse aziende a seminativi con terreni<br />
offerti in concessione span<strong>di</strong>mento<br />
SIT<br />
SIT<br />
SIT<br />
Provincia<br />
Provincia<br />
Provincia<br />
Opportuni in<strong>di</strong>catori segnalano<br />
preventivamente <strong>il</strong> <strong>per</strong>icolo <strong>di</strong> su<strong>per</strong>amento<br />
dei vincoli <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione<br />
Az.6<br />
Az.6<br />
Az.3<br />
Az.3<br />
Az.4<br />
Az.4<br />
Az.5<br />
Az.5
LA RETE DELLE AZIENDE PILOTA<br />
SAVORELLA<br />
550 capi BOVINI<br />
(PV.: 20 t)<br />
reflui: 10000 t/anno<br />
SPILAMBERTO<br />
AGRIRICO<br />
10000 capi SUINI<br />
(PV.: 20 t)<br />
reflui: 15000 t/anno<br />
FORMIGINE<br />
CO.FOR.AL.<br />
Coo<strong>per</strong>ativa<br />
Formiginese Allevatori<br />
FORMIGINE<br />
1 Span<strong>di</strong>liquame<br />
1 Span<strong>di</strong>letame<br />
1 Sist. Fertirrigazione<br />
2 Span<strong>di</strong>liquame<br />
1 Sist. Fertirrigazione<br />
1 Span<strong>di</strong>liquame<br />
semovente<br />
7 7 prototipi prototipi<br />
5 prototipi prototipi<br />
1 1 prototipo<br />
prototipo
TECNOLOGIE QCI QCI SVILUPPATE (1)<br />
Evoluzioni costruttive, con ricerca <strong>di</strong> componenti più affidab<strong>il</strong>i e resistenti,<br />
adattab<strong>il</strong>i alle esigenze delle singole macchine<br />
Celle A-GPS A- A-GPS A- A-GPS A- A-GPS A- A-GPS A- A-GPS A-<br />
fotovoltaiche<br />
UA<br />
IMPLEMENT-ORIENTED<br />
IMPLEMENT-ORIENTED<br />
IMPLEMENT ORIENTED<br />
S4<br />
A-GPS + UA<br />
TRACTOR-ORIENTED<br />
TRACTOR-ORIENTED<br />
TRACTOR ORIENTED
TECNOLOGIE QCI QCI SVILUPPATE (2)<br />
S4<br />
A-GPS + UA<br />
TRACTOR-ORIENTED<br />
TRACTOR-ORIENTED<br />
TRACTOR ORIENTED<br />
Trasmettitore RF<br />
co<strong>di</strong>ci-oggetto<br />
(su macchine o<strong>per</strong>atrici)<br />
Antenna GPS<br />
Antenna<br />
ric. RF (FM)<br />
UNITA’<br />
CENTRALE<br />
Ricevitore GPS<br />
+<br />
Data-logger<br />
+<br />
GSM<br />
3 ingressi<br />
<strong>di</strong>gitali<br />
2 ingressi<br />
analogici<br />
Batteria<br />
trattore<br />
+<br />
-<br />
Quadro accensione<br />
trattore<br />
TX RX<br />
CODICE<br />
Monitoraggio globale<br />
Ricognizione autonoma<br />
Accensione automatica<br />
Possib<strong>il</strong>ità scarico dati via<br />
GSM-modem
RISULTATI DEL MONITORAGGIO (1)<br />
OPERAZIONE SAVBOT090904<br />
Particella catastale Comune F257, Foglio 134, Part. 93<br />
Su<strong>per</strong>ficie lavorata (ha): 1,02<br />
Periodo esecuzione effettiva: 09/09/2004<br />
O<strong>per</strong>atrice: Botte span<strong>di</strong>liquame<br />
Tempo totale (min): 342<br />
<strong>di</strong> cui Lavoro Effettivo (min;%): 20 ; 5,8<br />
<strong>di</strong> cui Tempi Accessori (min;%): 322 ; 94,2<br />
Capacità o<strong>per</strong>ativa <strong>di</strong> lavoro (ha/h): 0,179<br />
Prodotto <strong>di</strong>stribuito: Liquame bovino<br />
Quantità totale (kg <strong>di</strong> liquame): 60000<br />
Quantità totale effettiva (kg <strong>di</strong> azoto/ha): 176,5<br />
A<br />
4 <strong>di</strong>stribuzioni<br />
S<br />
≈ 45 kgN/carico<br />
kgN/carico<br />
N old = 96 kg/ha 57% 57<br />
A SRC: 24%<br />
IRD: 52%<br />
N new = 139 kg/ha<br />
82%
A<br />
RISULTATI DEL MONITORAGGIO (2)<br />
OPERAZIONE SAVBOT021004<br />
Particella catastale Comune F257, Foglio133, Part. 92-93-94<br />
Su<strong>per</strong>ficie lavorata (ha): 0,35<br />
Periodo esecuzione effettiva: 02/10/2004<br />
O<strong>per</strong>atrice: Botte span<strong>di</strong>liquame<br />
Tempo totale (min): 239<br />
<strong>di</strong> cui Lavoro Effettivo (min;%): 14 ; 5,9<br />
<strong>di</strong> cui Tempi Accessori (min;%): 225 ; 94,1<br />
Capacità o<strong>per</strong>ativa <strong>di</strong> lavoro (ha/h): 0,088<br />
Prodotto <strong>di</strong>stribuito: Liquame bovino<br />
Quantità totale (kg <strong>di</strong> liquame): 30000,0<br />
Quantità totale effettiva (kg <strong>di</strong> azoto/ha): 257,1<br />
2 <strong>di</strong>stribuzioni<br />
S<br />
≈ 45 kgN/carico<br />
kgN/carico<br />
N old = 139 kg/ha 82%<br />
A SRC: 9%<br />
IRD: 72%<br />
95%<br />
N new = 161 kg/ha 95%
IL PROBLEMA DELLA FERTIRRIGAZIONE<br />
Gran<strong>di</strong> <strong>di</strong>fficoltà nel monitorare i<br />
<strong>sistemi</strong> <strong>di</strong> fertirrigazione ombelicale<br />
( ROTOLONI ROTOLONI )<br />
Impossib<strong>il</strong>ità <strong>di</strong> montare i <strong>di</strong>spositivi <strong>di</strong> registrazione<br />
<strong>di</strong>rettamente in prossimità dei getti erogatori,<br />
soggetti a frequenti ribaltamenti e lordure<br />
( <strong>per</strong>icolo <strong>di</strong> malfunzionamenti e rotture a carico dei<br />
pannelli fotovoltaici )<br />
PRIMA SOLUZIONE<br />
400-450 m<br />
Monitorare tempi <strong>di</strong> lavoro e<br />
posizione dell’aspo dell aspo fisso. fisso<br />
Installazione del sistema<br />
<strong>di</strong>rettamente a bordo dell’aspo
FERTIRRIGAZIONE: 11°° PROTOTIPO (a)<br />
Celle A-GPS A-<br />
fotovoltaiche<br />
A-GPS A- A-GPS A-<br />
Celle A-GPS A-<br />
fotovoltaiche<br />
A-GPS A- A-GPS A-<br />
Celle<br />
fotovoltaiche<br />
Accensione automatica<br />
Monitoraggio parziale<br />
Ricognizione autonoma<br />
(ma (ma con con ambiguitàà))<br />
ambiguit<br />
Scarico dati su palmare<br />
Alimentazione con batteria<br />
autonoma connessa a celle<br />
fotovoltaiche<br />
UA<br />
IMPLEMENT-ORIENTED<br />
IMPLEMENT-ORIENTED<br />
IMPLEMENT ORIENTED
FERTIRRIGAZIONE: 11°° PROTOTIPO (b)<br />
dove dove ?<br />
quanto quanto ??<br />
i problemi …<br />
cosa cosa ??<br />
<strong>di</strong>fficoltà nell’interpretare la <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong><br />
traslazione dei getti<br />
incongruità tra tempi <strong>di</strong> funzionamento e tempi <strong>di</strong><br />
effettivo span<strong>di</strong>mento<br />
impossib<strong>il</strong>ità <strong>di</strong> sa<strong>per</strong>e se <strong>il</strong> lavoro ha<br />
riguardato fertirrigazione o normale irrigazione
FERTIRRIGAZIONE: 22°° PROTOTIPO<br />
ON<br />
OFF<br />
ON OFF<br />
Span<strong>di</strong>mento<br />
(fertirrigazione)<br />
Irrigazione (o<br />
funzionamento a<br />
vuoto)<br />
Trasferimento<br />
vasche<br />
Nessuna<br />
o<strong>per</strong>azione<br />
Risolto solo <strong>il</strong> problema<br />
dei tempi reali <strong>di</strong><br />
funzionamento<br />
Permane <strong>il</strong> problema<br />
dell’identificazione delle<br />
reali aree <strong>di</strong> lavoro<br />
Manutenzione e costi<br />
raddoppiati
FERTIRRIGAZIONE: 33°° PROTOTIPO (a)<br />
Obbiettivo<br />
Obbiettivo: risolvere i problemi <strong>di</strong><br />
alimentazione energetica <strong>per</strong> poter<br />
monitorare <strong>di</strong>rettamente le<br />
traslazioni a terra del getto<br />
erogatore<br />
Realizzazione <strong>di</strong> un sistema<br />
che sfrutta l’energia cinetica<br />
del liquame<br />
batteria<br />
generatore c.c.<br />
+ -<br />
antenna+ricevitore<br />
GPS e unità <strong>di</strong><br />
registrazione dati<br />
flusso liquame<br />
girante
FERTIRRIGAZIONE: 33°° PROTOTIPO (b)<br />
Distributore e flange<br />
<strong>di</strong> collegamento<br />
Organi meccanici <strong>di</strong><br />
connessione e<br />
sostegno<br />
Microturbina<br />
idroelettrica<br />
Girante<br />
Moltiplicatori del<br />
moto e <strong>di</strong>namo
CONCLUSIONI: cosa cosa resta resta da da fare? fare?<br />
Sod<strong>di</strong>sfacente <strong>il</strong> comportamento degli ultimi prototipi<br />
QCI; prolungare <strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong> all’attuale stagione<br />
produttiva<br />
Ancora da verificare in campo la soluzione <strong>per</strong> i <strong>sistemi</strong><br />
<strong>di</strong> fertirrigazione<br />
Ultimare l’infrastruttura generale del DATABASE del<br />
sistema informativo territoriale, incluse le interfacce <strong>di</strong><br />
ut<strong>il</strong>izzo<br />
Estendere la rete <strong>di</strong> aziende p<strong>il</strong>ota
CONCLUSIONI: possib<strong>il</strong>i possib<strong>il</strong>i iniziative iniziative future future<br />
Implementare <strong>il</strong> <strong>monitoraggio</strong> <strong>di</strong>retto degli<br />
stoccaggi (es.: monitorare livello vasche)<br />
Implementare sensori sulle vasche <strong>per</strong> la misura<br />
della concentrazione <strong>di</strong> N all’atto del prelievo<br />
Automatizzare la fase <strong>di</strong> scarico dati dei QCI, a<br />
mezzo <strong>di</strong> soluzioni wireless via GSM
Workshop<br />
Il Teler<strong>il</strong>evamento <strong>per</strong> un’agricoltura un agricoltura sostenib<strong>il</strong>e<br />
Centro Congressi dell’Universit<br />
dell Università Cattolica del Sacro Cuore (PC), 20 apr<strong>il</strong>e 2006<br />
Grazie<br />
<strong>per</strong> l’attenzione l attenzione<br />
Fabrizio Mazzetto, Aldo Calcante, Fabio Salomoni<br />
Istituto <strong>di</strong> Ingegneria Agraria – M<strong>il</strong>ano
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