project - EIP-AGRI Operational Group

GO IRRIVISION_Operational Group for the deployment of a novel technology for optimizing the irrigation management with the use of computer vision
GO IRRIVISION_Gruppo Operativo per la diffusione di una nuova tecnologia per la gestione razionale dell’irrigazione basata su visione artificiale

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Completed | 2019 - 2022 Italy
Completed | 2019 - 2022 Italy
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Objectives

IRRIVISION aims to demonstrate and validate through field tests the viability of a novel technology for precision irrigation in tree crops, as grapevine and kiwifruit. The proposed technology combines innovative measurements on the canopy through a computer vision system with the standard climatic data collected from sensors localized in the field, in order to obtain a more precise indication of the crop water status. The overall aim of the project is to provide farmers with a new tool for irrigation management able to: - Adapt irrigation volumes to precise crop needs - Reduce water waste - Improve/adapt the product quality to the desired market targets

Objectives

IRRIVISION ha come obiettivo la dimostrazione e la validazione in campo di un sistema innovativo per l’irrigazione di precisione su vite e actinidia. La tecnologia proposta combina l’impiego di un sistema di visione artificiale in grado di rilevare parametri della chioma con i parametri climatici rilevati da sensori in campo, per ottenere una precisa definizione dello stato idrico delle colture. L’obbiettivo è quello di fornire all’agricoltore uno strumento per la gestione irrigua in grado di - adattare con precisione i dosaggi d’acqua in funzione delle specifiche esigenze colturali  - ridurre gli sprechi di risorse idriche - migliorare/adattare la qualità dei prodotti in funzione degli obiettivi 

Activities

The technology proposed in this project will be tested in open filed on two different tree crops of the Veneto area: grapevine and kiwifruit. 8 experimental sites will be set up, each one including two treatments managed with different irrigation regimes and provided with a complete video-sensor system. Data from sensors and canopy images, along with periodic field measurements to determine the plant water status, will be collected over two seasons. Stress indexes resulting from these data analysis will be used to set up a new automatized irrigation model, to be tested in pilot farms in the last season. The last phase of the project will evaluate the benefits and the scalability of the proposed technology

Activities

Il sistema proposto verrà testato in campo su vite e actinidia. Verranno allestiti 8 siti ciascuno comprendente 2 diverse tesi irrigue dotate di video-sensoristica. In due stagioni verranno raccolti dati dai sensori e dalla videocamera e condotti rilievi periodici in campo utili a valutare lo stato idrico delle piante. L’analisi dei dati consentirà di definire degli indici di stress che verranno utilizzati per la definizione di un nuovo modello di irrigazione automatica, da testare nelle aziende pilota nel corso dell’ultimo anno di progetto. L’ultima fase del progetto valuterà infine i benefici del sistema proposto e la sua scalabilità ad altre colture e territori.

Kontext

In a context of climate change and increasing pressures on natural resources, a correct management of water in agriculture is crucial to guarantee the sustainability and competitiveness in this sector. The Water Framework Directive 2000/60/CE imposes a drastic reduction of water withdrawals from rivers. It is then expected that several areas, like Veneto Region, whose agriculture and economy is strictly connected to the superficial waterflows, may assist to severe damages in case of drought conditions. In this context, new solutions able to guarantee a more efficient use of water resources are needed, specifically in agriculture, sector with the highest incidence on hydric resources, contributing to 70% of world water consumption.  Precision irrigation techniques can contribute in facing the challenge of water preservation, by increasing the water use efficiency. This can be done by defining timing and amount of water to be applied with irrigation, to match the exact plants need and to optimize the amount and quality of productions. Common support systems used to guide irrigation in agriculture use climatic sensors able to monitor temperature, rainfall and the soil humidity, but parameters directly related to the plant and its water status are scarcely considered. Several studies reported that the canopy volume is related to the plant evapotranspiration; small differences in the leaf inclination may indicate variations in the plant water status; moreover, an increase in leaf temperature has been observed with increasing water stress conditions in several crops. A technology able to combine parameters of the canopy with climatic and soil may allow to define more precisely the water dosage and timing, adapting them to the plant water demand

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014IT06RDRP014 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Veneto
Ort
Main geographical location
Treviso

€ 344748

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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2 Practice Abstracts

The GO involved 8 experimental sites (4 vine and 4 actinidia) and each of them hosted a normally irrigated thesis and a "controlled irrigation" thesis. To set up the experimental protocol, information was collected on the management system used by the farm, the soil properties measured within homogeneous zones of interest and the technical characteristics of the irrigation system present.

In 2019, the sensor system (integrated weather station with "WCAM" stereocamera, soil moisture and climate sensors, and solenoid valve control station for the irrigation system) and the irrigation system, equipped with a solenoid valve and flowmeter at the inlet, electronic control unit with remote control of solenoid valve opening, and security system for periodic opening of the solenoid valve in case of no internet connection, were installed.

In 2021, the new volumetric moisture sensor "SAM-Wire" was designed, which obtains a measurement averaged over a length of 2 meters and was installed at Villa Sandi's soils, which are rich in skeleton and have variable soil macroporosity, characteristics that increase the bias in the acquisition of the point moisture data.

Throughout the trial, routine canopy, soil, fertility and disease management was ensured by performing the same interventions on both theses.

During the 3 years of the project, the physiological and agronomic measurements performed were water potential, stomatal and gas exchange conductance, production and quality parameters at harvest (production/plant, average fruit weight ...) and pruning for an estimate of vegetative development.

Il GO ha coinvolto 8 siti sperimentali (4 a vite e 4 ad actinidia) e ognuno di essi ha ospitato una tesi normalmente irrigata ed una tesi ad "irrigazione controllata". Per impostare il protocollo sperimentale sono state raccolte informazioni relative al sistema gestionale utilizzato dall'azienda, alle proprietà del suolo rilevate all'interno zone omogenee di interesse e alle caratteristiche tecniche dell'impianto di irrigazione presente.

Nel 2019 sono stati installati la sensoristica (stazione meteo integrata con stereocamera “WCAM”, sensori di umidità del suolo e climatici, e stazione di controllo dell’elettrovalvola per l’impianto irriguo) e l’impianto irriguo, dotato di elettrovalvola e flussimetro all'ingresso, centralina elettronica con controllo da remoto dell'apertura dell'elettrovalvola e sistema di sicurezza per l'apertura periodica dell'elettrovalvola in caso di assenza di connessione internet.

Nel 2021 è stato progettato il nuovo sensore di umidità volumetrica "SAM-Wire" che ottiene una misura mediata su una lunghezza di 2 metri ed è stato installato presso i terreni di Villa Sandi, ricchi di scheletro e con macroporosità del suolo variabile, caratteristiche che aumentano il bias nell’acquisizione del dato puntuale di umidità.

Durante tutta la sperimentazione è stata garantita l'ordinaria gestione della chioma, del suolo, della fertilità e delle patologie effettuando gli stessi interventi su entrambe le tesi.

Nei 3 anni di progetto i rilievi fisiologici e agronomici eseguiti sono stati il potenziale idrico, la conduttanza stomatica e di scambi gassosi, i parametri produttivi e di qualità alla raccolta (produzione/pianta, peso medio frutto ...) e le potature per una stima dello sviluppo vegetativo.

Precision irrigation techniques can give a great contribute in facing the challenge of water preservation, by increasing the water use efficiency in agriculture, the sector with the highest impact on the total world water consumption. In order to improve the irrigation efficiency, a precise definition of the timing and amount of water to be applied is needed, to match the exact plant demand without useless wastes. Responding to this needs, IRRIVISION aims to test a novel technology for precision irrigation in tree crops. The system aims to combine innovative measurements on the canopy obtained through the use of computer vision techniques, with standard climatic data collected from sensors localized in the field. A comprehensive monitoring of climatic and plant parameters will allow to get a more precise indication of plant water status. By specific algorithms developed in the project, based on the data obtained from the field trials, a software will manage the irrigation automatically and intelligently, rationalizing the use of water according to the real needs of the crop. The proposed technology will be tested in open filed on two different tree crops representative of the Veneto area: grapevine and kiwifruit. Eight experimental sites will be set up to test and validate the new video-sensor systems. After the analysis of the first-year-data, a new automatized irrigation model will be developed and tested in the pilot farms in the last season. The benefits and the scalability of the proposed irrigation technology to other areas or crops will be evaluated in the last phase of the project. The project aims to provide farmers a new tool for irrigation management able to rationalize the water use according to the crop needs

L’irrigazione di precisione può offrire un valido supporto a migliorare l’efficienza d’uso dell’acqua in agricoltura, il settore che contribuisce maggiormente al consumo idrico globale. Al fine di migliorare l’efficienza dell’irrigazione è necessario disporre di precise informazioni riguardo ai tempi e ai quantitativi da apportare, al fine di soddisfare le esigenze della specifica coltura, senza inutili sprechi. IRRIVISION propone un sistema innovativo per la gestione dell’irrigazione nelle colture arboree. La tecnologia proposta intende combinare l’impiego di un sistema innovativo di visione artificiale, in grado di rilevare parametri della chioma, con i parametri climatici rilevati da sensori posti in campo. Il sistema offre un monitoraggio completo di informazioni climatiche e colturali, volendo fornire una più precisa stima dello stato idrico della pianta. Specifici algoritmi sviluppati nel corso del progetto sulla base dei dati rilevati in campo, consentiranno di elaborare un sistema intelligente di gestione automatica dell’irrigazione, razionalizzando i volumi irrigui sulla base delle reali esigenze della pianta. Il sistema proposto verrà testato su vite e actinidia. Verranno allestiti 8 siti sperimentali, nei quali il sistema verrà testato su tesi sottoposte a diverse gestioni irrigue. Sulla base delle analisi del primo anno di dati, verrà elaborato un nuovo modello di irrigazione automatica che verrà testato nelle aziende pilota nel corso dell’ultimo anno di progetto. Nell’ultima fase verranno infine valutati i benefici del sistema proposto e la sua scalabilità ad altre colture e territori. L’obiettivo finale del progetto è quello di fornire all’agricoltore un nuovo strumento di supporto alla gestione irrigua

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Contacts

Project coordinator

  • Le Rive si Bonato ss

    Project coordinator

Project partners

  • APOMT - Associazione Produttori Ortofrutticoli Marca Trevigiana Soc. Coop. Agr

    Project partner

  • CET Electronics s.n.c.

    Project partner

  • CREA VE Centro di Ricerca Viticoltura ed Enologia

    Project partner

  • Ca bianca

    Project partner

  • Consorzio di Bonifica Piave

    Project partner

  • SAGRIVIT S.R.L.

    Project partner

  • VILLA SANDI SPA

    Project partner