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COSMIC-SWAMP: sensores de raios cósmicos baseados em IoT para o monitoramento da irrigação

Processo: 21/03032-7
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de setembro de 2021 - 31 de agosto de 2023
Área do conhecimento:Interdisciplinar
Convênio/Acordo: NERC, UKRI
Pesquisador responsável:Carlos Alberto Kamienski
Beneficiário:Carlos Alberto Kamienski
Pesq. responsável no exterior: John Patrick Stowell
Instituição no exterior: Durham University (DU), Inglaterra
Instituição-sede: Centro de Matemática, Computação e Cognição (CMCC). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
Pesq. associados:André Torre Neto ; Humberto Ribeiro da Rocha ; João Henrique Kleinschmidt ; Marcos Cezar Visoli ; Mellissa Ananias Soler da Silva ; Rafael Rosolem ; Ronaldo Cristiano Prati
Vinculado ao auxílio:18/23022-3 - Observatório de conflitos na internet, AP.R
Assunto(s):Agricultura de precisão  Manejo da irrigação  Uso eficiente da água  Monitoramento ambiental  Internet das coisas  Sensoriamento  Raios cósmicos 

Resumo

Aproximadamente 70% do uso de água doce no mundo é para a irrigação. Por isso, a adoção de novas abordagens de irrigação tais como a irrigação de inteligente baseada na Internet das Coisas (IoT) tem o potencial de melhorar a eficiência do uso de recursos no setor agrícola e gerar resiliência a crises de água relacionados a mudanças climáticas no mundo inteiro. Uma dificuldade na adoção da irrigação inteligente vem da falta de métodos eficientes para monitorar a umidade do solo dentro da zona radicular com alta precisão. Até a última década, medições tipicamente se baseiam em sensores fixos que são enterrados no solo ou dados de satélite. O desafio de ambos é que eles não oferecem uma solução ótima para as escalas de medição necessários para a irrigação, gerando a necessidade de instalar um grande número de sensores para tratar da heterogeneidade espacial do solo mesmo para áreas pequenas. No caso de dados de satélite, sua viabilidade no uso para irrigação é comprometida pela baixa resolução. O Sensoriamento por Raios Cósmicos de Nêutrons (Cosmic Ray Neutron Sensing - CRNS) tem sido adotado nas comunidades de sensoriamento ambiental e hidrológico nos últimos dez anos como uma alternativa não invasiva para medir a umidade do solo. Como um único detector de nêutrons tem uma a capacidade de medir há distâncias de até 200 metros, a técnica pode oferecer uma estimativa do conteúdo volumétrico de água em uma escala que é mais adequado para o monitoramento de áreas agrícolas típicas, e se posicionar como uma solução intermediária entre sensores invasivos e dados de satélite. Um grande desafio enfrentado pela técnica CRNS é o alto custo dos sistemas de detecção Helium-3 usados atualmente, o que limita a sua utilização. Para solucionar essa limitação, vários grupos de pesquisa iniciaram o desenvolvimento de alternativas de baixo custo a sistemas baseados em Helium-3, chegando a um nível atualmente em que essa técnica tenha o potencial de se tornar uma solução viável para a irrigação inteligente. Essa proposta tem o objetivo de agrupar lideranças no desenvolvimento e utilização de sensores de umidade de solo para a agricultura, a fim de compreender como essa poderosa técnica de monitoramento ambiental baseada em raios cósmicos pode ser adaptada para o campo da irrigação. Através da adaptação de dois sensores de raios cósmicos desenvolvidos recentemente para interfacear diretamente com uma plataforma baseada em IoT para o gerenciamento inteligente de água (SWAMP - Smart Water Management Platform), será possível correlacionar dados de raios cósmicos de nêutrons com uma variedade de outras fontes de dados praticamente em tempo real para apoiar a modelagem dirigida por dados da irrigação de precisão na agricultura de uma maneira padronizada. A realização de experimentos em um piloto no Brasil possibilitará a primeira demonstração da interface entre sensores de raios cósmicos e uma plataforma de IoT para irrigação inteligente (SWAMP), de modo a posicionar a rede de pesquisa em uma posição forte para aplicar esses sensores em uma gama de outras aplicações de irrigação no futuro. (AU)

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