Fazenda inteligente: desenvolvimento de um gêmeo digital para um sistema de irrigação

Abstract

A agricultura mundial enfrenta o desafio de aumentar a sua produção agrícola em 50% de 2012 até 2050, ao mesmo tempo em que deve reduzir o consumo de água já que a agricultura corresponde a 69% de toda a água doce utilizada no planeta. Diante deste cenário, o uso de tecnologias com a Internet das Coisas, o Big Data, Sistemas ciberfísicos, entre outras, no ambiente agrícola é cada vez mais necessário para garantir um aumento de produtividade e uma diminuição no consumo de recursos naturais, surgindo assim o conceito de fazenda inteligente. Dentro deste contexto foi desenvolvido, neste trabalho, um gêmeo digital para um sistema de irrigação utilizando para isso o software de simulação por eventos discretos integrado a uma plataforma de Internet das Coisas. O gêmeo digital permite uma troca de informações entre o mundo físico e o mundo digital de maneira automática, habilitando o fazendeiro a avaliar o estado atual de seu sistema de irrigação, validar o comportamento do mesmo dado uma determinada recomendação de irrigação e executar esta recomendação de irrigação validada. A comunicação entre os diversos componentes da plataforma de Internet das Coisas e o software foi estabelecida para avaliar apenas o parte digital do gêmeo digital. Deste modo, é possível avaliar o correto funcionamento da plataforma e do sistema de irrigação através do modelo digital antes de implantar a plataforma e o sistema em campo. Estima-se que após a implantação da plataforma e do sistema em campo ainda seria possível acompanhar o comportamento do mesmo ao longo do tempo, permitindo assim que um gêmeo digital para um sistema de irrigação esteja funcional durante uma safra inteira

World agriculture faces the challenge of increasing its agricultural production by 50% from 2012 to 2050, while reducing water consumption as agriculture accounts for 69% of all fresh water used on the planet. Given this scenario, the use of technologies such as the Internet of Things, Big Data, cyber-physical systems, among others, in the agricultural environment is increasingly necessary to ensure an increase in productivity and a decrease in the consumption of natural resources, thus the concept of smart farm emerges. Within this context, a digital twin for an irrigation system was developed in this work using the simulation software for discrete events integrated within an Internet of Things platform. The digital twin allows an exchange of information between the physical world and the digital world automatically, enabling the farmer to assess the current state of his irrigation system, validate the behavior of the given irrigation recommendation and execute this validated irrigation recommendation. The communication between the various components of the Internet of Things platform and the software was applied to evaluate only the digital part of the digital twin. In this way, it is possible to evaluate the correct functioning of the platform and the irrigation system through the digital model before implanting the platform and the system in the field. It is estimated that after the implantation of the platform and the system in the field it would still be possible to monitor its behavior over time, thus allowing a digital twin for an irrigation system to be functional during an entire harvest