Diseño de un sistema de monitoreo para ganado bovino utilizando tecnología LPWAN

Abstract

El monitoreo de bovinos es una actividad indispensable para el sector ganadero, porque permite conocer el estado de salud y entorno del bovino para tomar medidas correctivas y/o preventivas en caso de alguna eventualidad y velar por el bienestar del ganado. En las principales regiones ganaderas de Colombia, esta actividad se ha abordado, con herramientas convencionales y poco efectivas, lo cual se evidencia en las elevadas cifras de abigeato y detección tardía de potenciales situaciones de riesgo para el bovino. A pesar del bajo nivel de herramientas tecnológicas usadas en este sector, el aumento de las cifras de conectividad a internet impulsado por la coyuntura del Covid-19, contribuye a la implementación de nuevas tecnologías enfocadas en el desarrollo de la industria ganadera. A partir de lo anterior, se diseñó un sistema de monitoreo para ganado bovino, basado en tecnología de comunicación LPWAN (Low Power Wide Area Network) utilizando el protocolo LoRaWAN, para el monitoreo a las variables del estado del bovino: ubicación geográfica mediante mediada por coordenadas de latitud y longitud y temperatura corporal superficial en grados centígrados. El sistema diseñado genera alarmas ante anomalías en las variables monitoreadas, proporcionando una herramienta de control mediante la interfaz del sistema y beneficios económicos e intrínsecos al ganadero tras su implementación. De acuerdo con la estructura el Internet de las Cosas (IoT), se establecieron cuatro capas que componen el sistema: la capa física, la capa de acceso, la capa de integración de la información y la capa de la interfaz, que se desarrollaron e integraron cada una respectivamente. Inicialmente, se identificaron y seleccionaron las herramientas de captura de datos, para el posterior diseño y elaboración del dispositivo adherido al bovino, el cual fue el actor en la capa física del sistema. Para esto se tuvieron en cuenta metodologías de priorización como el método AHP y de diseño de ingeniería de producto, en el que los criterios fueron planteados con respecto a los variables requeridas del sistema y la salubridad del bovino. Posteriormente, se realizó una selección de alternativas de herramientas de recepción de datos que permitieran la conexión entre el dispositivo seleccionado y el software de almacenamiento, mediante la programación y ejecución de los protocolos de comunicación de acuerdo con la selección de la plataforma de servicio en la nube, utilizada para la configuración y estructuración de la base de datos. Teniendo en cuenta los requerimientos mencionados, se seleccionó Azure SQL Database para la creación de la base de datos con tablas estructuradas que permitieron un adecuado flujo de información. En cuanto al proceso de generación de alarmas, servicio del sistema de monitoreo que interactúa transversalmente con los actores de las capas hasta llegar al ganadero, quien recibe alarmas generadas a través de mensajes de texto. Se realizó la investigación de las condiciones de los riesgos potenciales en el ganado bovino, obteniendo cuatro casos de alarmas que requieren intervención inmediata, moderada, prolongada o nula según sea el caso. Los casos de activación dependieron de: ubicación fuera del límite del predio, temperatura inferior a los límites mínimos, temperatura superior a los límites, tiempo del estado de alerta y variables dentro de los límites establecidos, estos casos fueron necesarios para el diseño y programación del código que generó las alarmas a través de la plataforma y permitió su envío al usuario. Además, se desarrolló la capa de interfaz, con base en la investigación de las preferencias y necesidades del ganadero. De acuerdo con los resultados, se planteó y se diseñó el flujo de información e interacción con el usuario en el software de visualización. A partir de esto y de las características de las demás capas del sistema, se procedió a realizar la respectiva selección del software para la interfaz y su desarrollo, teniendo en cuenta características como la usabilidad, funcionalidad y facilidad en la comprensión. Una vez lograda la integración completa del sistema, se diseñaron los procesos de evaluación del mismo, a partir de los requerimientos que abarcaron desde la precisión de los datos transferidos en cada capa, siendo aceptable de acuerdo a los rangos establecidos por los intervalos de incertidumbre, hasta la efectividad de las alarmas, obteniendo como resultado un 95%. Las pruebas de campo fueron implementadas en un predio ubicado en Tibasosa, Boyacá con un ejemplar bovino. Finalmente, el precio de venta del sistema, comprendido por una inversión inicial por dispositivo y cobro fijo mensual referentes a las licencias de los softwares, se determinó estableciendo los costos fijos y variables junto con el porcentaje de ganancia esperado del 20%. Como resultado el precio de venta del sistema por dispositivo fue de $217.953 COP, con un costo mensual de $122.600 COP. Ligado a lo anterior, se usó la metodología QFD para la determinación del posicionamiento del sistema diseñado frente a los principales competidores, obteniendo como criterio diferenciador el precio de venta al ser superior en promedio 3,5 puntos en una escala de calificación de 1 a 5. Por último, para el análisis costo-beneficio se evaluaron los factores que representaban riesgos en el cuidado del ganado bovino, que junto al porcentaje de mitigación del riesgo ofrecido por el sistema de monitoreo del 71,75% se obtuvo un Retorno sobre la Inversión (ROI) anual del 25,4%.