IT201800010286A1 - Sistema e metodo di coltivazione in ambiente protetto - Google Patents

Description

“Sistema e metodo di coltivazione in ambiente protetto”

DESCRIZIONE

Settore Tecnico dell’Invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un sistema e ad un metodo di coltivazione in ambiente protetto.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un sistema e ad un metodo di coltivazione in ambiente protetto che consentono di automatizzare ed ottimizzare il controllo dell’ambiente di coltivazione e, di conseguenza, dello sviluppo delle specie vegetali coltivate.

Arte Nota

Strutture di coltivazione in ambiente protetto sono note e largamente diffuse.

Dette strutture di coltivazione includono coltivazioni in serre, coltivazioni in capannoni chiusi, strutture di coltivazioni multipiano, strutture di “vertical farming” e così via.

In linea generale, dette strutture di coltivazione comprendono un involucro che separa l’ambiente di coltivazione dall’ambiente esterno circostante.

Al fine di controllare e regolare le condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione, le strutture di coltivazione comprendono generalmente una serie di gruppi funzionali (gruppi di fertirrigazione, movimentazione dell’aria, ventilazione, condizionamento dell’aria e dell’acqua, concimazione carbonica, illuminazione artificiale, ecc.) ed un sistema di gestione che consente di gestire detti gruppi funzionali in funzione di condizioni imposte dall’utilizzatore.

In particolare, è possibile individuare una serie di valori di riferimento (“setpoint”) impostati dall’utilizzatore per rispettive variabili ed il sistema di gestione gestisce i gruppi funzionali in modo che i valori delle corrispondenti variabili all’interno dell’ambiente di coltivazione siano uguali a detti valori di riferimento o siano comunque compresi in un intervallo di tolleranza attorno a detti valori di riferimento.

I “setpoint” impostati dall’utilizzatore possono riferirsi a condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione (temperatura, umidità, concentrazione di CO2, ecc.), oppure a variabili di processo dei gruppi funzionali presenti nella struttura di coltivazione (temperatura, pressione, portata, ecc.).

Una prima limitazione delle strutture di coltivazione di tipo noto è rappresentata dal fatto che esse si basano tipicamente sull’inseguimento di “setpoint” prefissati aprioristicamente dall’utilizzatore.

Esse quindi non consentono di modificare ed adattare dinamicamente la strategia di controllo al variare delle condizioni al contorno su un orizzonte temporale variabile per definire soluzioni ottimali.

Una seconda limitazione delle strutture di coltivazione di tipo noto è rappresentata dal fatto che esse sfruttano strategie di controllo che non sono in grado di adattarsi rapidamente al mutare delle condizioni climatiche e meteorologiche dell’ambiente esterno circostante. Una terza limitazione delle strutture di coltivazione di tipo noto è rappresentata dal fatto che esse sfruttano strategie di controllo che non tengono in conto gli aspetti economici correlati alla disponibilità ed ai prezzi di energia e risorse impiegate nella struttura di coltivazione, o comunque non sono in grado di adattarsi rapidamente al mutare della disponibilità e dei prezzi di energia e risorse impiegate nella struttura di coltivazione.

Ne consegue che le strutture di coltivazione di tipo noto non sono in grado di ottimizzare effettivamente ed efficacemente la crescita e lo sviluppo delle specie vegetali coltivate e, anche qualora lo fossero, non consentirebbero di ottimizzare il processo di crescita secondo una funzione che tenga conto dei costi istantanei legati alla coltivazione di dette specie vegetali (è ad esempio possibile che un incremento nella produzione del raccolto comporti costi così elevati a causa del consumo di energie e risorse da risultare del tutto controproducente).

Scopo principale della presente invenzione è pertanto quello di superare le limitazioni della tecnica nota, fornendo un sistema ed un metodo di coltivazione in ambiente protetto che consentano di ottimizzare la crescita e lo sviluppo delle specie vegetali coltivate.

Scopo della presente invenzione è inoltre quello di fornire un sistema ed un metodo di coltivazione in ambiente protetto che tengano debitamente conto delle variabili esogene (vale a dire esterne alla struttura di coltivazione) che possono avere un impatto sulla crescita e sullo sviluppo delle specie vegetali coltivate e/o sul guadagno economico raggiungibile mediante la coltivazione di dette specie vegetali.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema ed un metodo di coltivazione in ambiente protetto ad elevato grado di automazione, in cui la necessità di intervento diretto da parte dell’utilizzatore risulti ridotta rispetto alle tecniche note.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema ed un metodo di coltivazione in ambiente protetto che siano applicabili a strutture di coltivazione esistenti. Questi ed altri scopi sono raggiunti mediante un sistema ed un metodo di coltivazione in ambiente protetto come rivendicati nelle unite rivendicazioni.

Esposizione Sintetica dell’Invenzione

Il sistema di coltivazione in ambiente protetto secondo l’invenzione comprende una struttura di coltivazione, provvista di un involucro che definisce al suo interno un ambiente di coltivazione e di una pluralità di gruppi funzionali disposti all’interno di detto ambiente di coltivazione o in collegamento con esso, un sistema di gestione per la gestione di detti gruppi funzionali ed un sistema di controllo in grado di controllare detti gruppi funzionali attraverso detto sistema di gestione.

Secondo l’invenzione, detto sistema di controllo comprende un modulo di raccolta di dati che è in grado di acquisire attraverso il sistema di gestione le misurazioni delle variabili che influenzano le condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione, un modulo di modellizzazione che è in grado di generare un modello virtuale della struttura di coltivazione sulla base delle informazioni provenienti dal modulo di raccolta di dati, ed un modulo di ottimizzazione che è in grado di inviare al sistema di gestione segnali di controllo calcolati al fine di ottimizzare una funzione di costo del modello virtuale della struttura di coltivazione generato dal modulo di modellizzazione, eventualmente soggetta a vincoli sulle quantità manipolate e/o sulle quantità controllate e/o sui “setpoint”.

Grazie al fatto che il controllo del sistema di coltivazione si basa sull’ottimizzazione di una funzione di costo, l’invenzione consente di superare le strategie tradizionali basati sull’inseguimento di “setpoint” impostati aprioristicamente, fornendo una strategia di controllo in cui i “setpoint” variano dinamicamente adattandosi al variare delle condizioni al contorno per definire la soluzione complessivamente ottimale.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il modulo di raccolta di dati del sistema di controllo è in grado di acquisire eventuali vincoli e obiettivi impostati dall’utilizzatore.

Corrispondentemente, in questa forma di realizzazione, il modulo di ottimizzazione del sistema di controllo è in grado di tenere conto di detti vincoli e obiettivi nella generazione dei segnali di controllo calcolati al fine di ottimizzare la funzione di costo.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il modulo di raccolta di dati del sistema di controllo è in grado di interagire con sistemi di previsione di variabili di disturbo della struttura di coltivazione. Dette variabili di disturbo possono essere di natura fisica (ad esempio, condizioni climatiche e meteorologiche dell’ambiente esterno) o di natura economica (ad esempio, prezzi dell’energia e delle risorse utilizzate dal sistema di coltivazione).

Corrispondentemente, in questa forma di realizzazione, il modulo di ottimizzazione del sistema di controllo è in grado di integrare le previsioni di dette variabili di disturbo nella generazione dei segnali di controllo calcolati al fine di ottimizzare la funzione di costo.

Analogamente a quanto sopra descritto, il metodo di coltivazione secondo l’invenzione prevede di:

- acquisire le misurazioni delle variabili che influenzano le condizioni ambientali dell’ambiente di coltivazione;

- generare un modello virtuale della struttura di coltivazione sulla base delle informazioni acquisite;

- generare segnali di controllo derivanti dalla ottimizzazione di una funzione di costo del modello virtuale della struttura di coltivazione generato.

Preferibilmente, il metodo secondo l’invenzione prevede inoltre di acquisire vincoli e obiettivi impostati dall’utilizzatore e di tenere conto di detti vincoli ed obiettivi nella generazione dei segnali di controllo calcolati al fine di ottimizzare la funzione di costo. Preferibilmente, il metodo secondo l’invenzione prevede inoltre di acquisire previsioni delle variabili di disturbo della struttura di coltivazione su un periodo di previsione predeterminato e di integrare dette previsioni nella generazione dei segnali di controllo calcolati al fine di ottimizzare la funzione di costo.

Rispetto ai sistemi ed ai metodi di coltivazioni tradizionali, l’invenzione consente di:

- utilizzare una strategia di ottimizzazione, che è dunque in grado di modificare la strategia di controllo adattandola al mutare delle condizioni al contorno e svincolandola da scelte fatte a priori, impostate ad esempio attraverso “setpoint”;

- ottimizzare la strategia di controllo tenendo conto di previsioni future delle variabili esterne, quali ad esempio le condizioni meteorologiche e la disponibilità e il prezzo dell’energia e delle risorse;

- superare le strategie di controllo basate unicamente sul raggiungimento di “setpoint” ambientali, andando a valutare ed integrare nella strategia di controllo i costi da sostenere per il raggiungimento di detti “setpoint”.

Breve Descrizione dei Disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita della stessa, data a titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 illustra schematicamente, sotto forma di schema a blocchi, una struttura di coltivazione in ambiente protetto;

- la Figura 2 illustra schematicamente, sotto forma di schema a blocchi, la struttura di un gruppo funzionale di detta struttura di coltivazione;

- la Figura 3 illustra schematicamente, sotto forma di schema a blocchi, i processi che hanno luogo in detta struttura di coltivazione;

- la Figura 4 illustra schematicamente, sotto forma di schema a blocchi, un sistema di coltivazione in ambiente protetto secondo l’invenzione;

- la Figura 5 illustra schematicamente, sotto forma di schema a blocchi, la struttura del modello virtuale della struttura di coltivazione generato dal sistema di controllo del sistema di coltivazione di Figura 4.

Descrizione dettagliata di una Forma di Realizzazione Preferita dell’Invenzione

Con riferimento alla Figura 1, è illustrata schematicamente una struttura di coltivazione in ambiente protetto 100.

In modo di per sé noto, detta struttura di coltivazione comprende un involucro 102, che definisce al suo interno un ambiente di coltivazione 110.

In linea generale, l’involucro 102 comprende una superficie di base (che può essere o meno pavimentata) ed una parte superiore, che può essere realizzata seguendo differenti tipologie strutturali e con materiali differenti.

In linea di massima, si possono suddividere gli involucri in due categorie, a seconda di come viene realizzata la parte superiore: involucri trasparenti e involucri opachi. Gli involucri trasparenti (utilizzati, ad esempio, nelle serre) sono realizzati da rivestimenti in film plastico, in vetro, in polietilene o in un qualsiasi materiale trasparente. La loro caratteristica principale è quella di far filtrare la luce naturale esterna all’interno della struttura, sfruttando la stessa per gestire il processo di crescita delle specie vegetali coltivate. Gli involucri opachi (utilizzati, ad esempio, nelle cosiddette “coltivazioni indoor”) tipicamente non permettono alla luce naturale esterna di entrare, ed il funzionamento delle corrispondenti strutture di coltivazione si basa sull’impiego di impianti di illuminazione artificiale per garantire la crescita vegetale.

Scambi di massa e di energia tra l’ambiente esterno 210 e l’ambiente di coltivazione 110 attraverso l’involucro 102 possono avvenire in modo controllato (attraverso elementi appositi) e/o in modo incontrollato (ad esempio, a seguito di perdite di tenuta).

A seconda delle esigenze specifiche dell’utilizzatore, l’ambiente di coltivazione 110 può essere ripartito in una pluralità di sotto-ambienti separati, i quali possono essere completamente indipendenti l’uno dall’altro oppure possono avere delle interazioni tra loro. All’interno dell’ambiente di coltivazione sono coltivate una o più specie vegetali, che saranno chiamate collettivamente nel seguito “colture” 120.

Le colture 120 possono essere disposte all’interno dell’ambiente di coltivazione secondo una classica configurazione di coltivazione in suolo, oppure secondo configurazioni più complesse, quali ad esempio configurazioni di coltivazione fuori suolo (idroponico, acquaponico, aeroponico, ecc.).

È possibile individuare e modellizzare la superficie delle colture 120a come il confine fisico attraverso il quale avvengono scambi di massa ed energia tra le colture 120 e l’ambiente di coltivazione 110 circostante.

All’interno dell’ambiente di coltivazione 110 sono presenti condizioni ambientali i cui valori devono essere ottimizzati al fine di garantire la corretta crescita delle colture 120. In questo contesto, nella locuzione “condizioni ambientali” si intendono comprese:

- le concentrazioni di uno o più elementi (ossigeno, anidride carbonica, vapore acqueo, ecc.) presenti nel volume di aria presente all’interno dell’ambiente di coltivazione 110 che hanno un impatto sulla crescita delle colture 120;

- una o più grandezze fisiche (temperatura, umidità, ecc.) presenti all’interno di detto ambiente di coltivazione che hanno un impatto sulla crescita delle colture 120.

Le condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione 110 sono influenzate dai processi biofisici che hanno luogo nelle colture 120, fra i quali è possibile menzionare l’evapotraspirazione, la fotosintesi clorofilliana e la respirazione notturna.

Al contempo, le condizioni ambientali presenti all’interno dell’ambiente di coltivazione 110 influiscono sull’efficienza dei summenzionati processi biofisici nelle colture 120.

Al fine di consentire all’utilizzatore di intervenire sulle condizioni ambientali dell’ambiente di coltivazione 110 (e possibilmente di regolare dette condizioni ambientali in modo da ottimizzare lo sviluppo e la crescita delle colture 120), all’interno di detto ambiente di coltivazione e/o in comunicazione con esso sono previsti uno o più gruppi funzionali 130. Detti gruppi funzionali 130 sono gruppi in grado di interagire con l’ambiente di coltivazione, l’ambiente esterno e le diverse fonti di approvvigionamento di massa e di energia, al fine di regolare le condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione. Esempi di gruppi funzionali 130 comprendono:

- gruppo di fertirrigazione 130a: è un gruppo che consente la distribuzione combinata di acqua di irrigazione e fertilizzanti;

- gruppo di schermatura 130b: è un gruppo che consente di schermare parzialmente o totalmente l’ambiente di coltivazione 110 dall’ambiente esterno 210 e può essere vantaggiosamente impiegato nel caso di involucri trasparenti; esso può comprendere uno o più elementi schermanti che possono essere montati all’esterno e/o all’interno dell’involucro 102 e che possono essere fissi o mobili (ad esempio, regolabili in funzione del periodo della giornata o del periodo dell’anno); il gruppo di schermatura 130b fornisce la possibilità di intervenire sulla luce naturale esterna e sul calore che penetrano all’interno dell’ambiente di coltivazione 110 per stimolare alcune fasi fenologiche delle colture (come ad esempio la fioritura), ridurre il surriscaldamento dell’ambiente di coltivazione, e così via; - gruppo di movimentazione dell’aria 130c: è un gruppo che consente di movimentare il volume d’aria presente all’interno dell’ambiente di coltivazione; esso può comprendere ventole, soffiatori ed analoghi dispositivi; lo scopo principale del gruppo di movimentazione dell’aria 130c è quello di rendere uniformi le condizioni dell’aria all’interno dell’ambiente di coltivazione, evitando fenomeni di stratificazione o di disomogeneità;

- gruppo di ventilazione 130d: a differenza del gruppo di movimentazione dell’aria 130c, il gruppo di ventilazione 130d consente di immettere aria nell’ambiente di coltivazione 110 dall’ambiente esterno 210 e/o aspirare aria dall’ambiente di coltivazione 110 verso l’ambiente esterno 210; esso può essere basato sulla ventilazione forzata oppure sulla ventilazione naturale e può comprendere, nel caso, ventole e condotti di aerazione; nel caso di ventilazione naturale, la ventilazione può essere influenzata dalle condizioni climatiche ed ambientali presenti nell’ambiente esterno 210; l’aria può essere totalmente presa dall’ambiente esterno (aria di rinnovo) oppure parzialmente ricircolata dall’interno dell’ambiente di coltivazione (aria di ricircolo); l’aria immessa può essere o meno riscaldata, raffreddata, umidificata, deumidificata e/o filtrata prima di essere immessa nell’ambiente di coltivazione 110;

- gruppo di illuminazione artificiale 130e: è un gruppo che consente di fornire alle colture 120 l’irraggiamento luminoso necessario a garantire il corretto svolgimento dei processi biofisici che hanno luogo in dette colture, con particolare riferimento al processo di fotosintesi clorofilliana, fondamentale per la fase vegetativa; il gruppo di illuminazione artificiale 130e è essenziale, in particolare per le strutture di coltivazione che hanno un involucro opaco; esso può impiegare qualsiasi tecnologia di illuminazione adeguata (LED, luci al vapore di sodio, luci alogene, ecc.);

- gruppo di concimazione carbonica 130f: è un gruppo che consente di regolare – ed in particolare di incrementare – la quantità di diossido di carbonio presente nell’ambiente di coltivazione 110 per garantire il corretto svolgimento dei processi biofisici che hanno luogo nelle colture 120, con particolare riferimento al processo di fotosintesi clorofilliana ed al processo di evapotraspirazione; il diossido di carbonio usato a tale scopo può essere acquistato e stoccato in forma liquida e trasformato all’occorrenza forma gassosa, oppure ricavato da processi di combustione di altri gas (ad esempio, metano);

- gruppo di condizionamento dell’acqua 130g: è un gruppo che garantisce il mantenimento di particolari condizioni di temperatura dell’acqua all’interno dell’ambiente di coltivazione 110; l’acqua può essere immessa ad una temperatura di mandata a maggiore (riscaldamento) o minore (raffrescamento) rispetto a quella che si vuole mantenere nell’ambiente di coltivazione; la temperatura di ritorno dell’acqua può corrispondentemente essere minore (riscaldamento) o maggiore (raffrescamento) della temperatura di mandata per una quota proporzionale all’energia scambiata;

- gruppo di condizionamento dell’aria 130h: è un gruppo che garantisce il mantenimento di particolari condizioni di temperatura e/o di umidità e/o di concentrazione di diossido di carbonio dell’aria all’interno dell’ambiente di coltivazione 110; esso può essere collegato o integrato con il gruppo di ventilazione 130d e/o con il gruppo di concimazione carbonica 130f.

In aggiunta o in alternativa ai gruppi funzionali sopra citati, ciascuna struttura di coltivazione 100 può comprendere altri gruppi funzionali 130, selezionati ogni volta in funzione delle specifiche esigenze della singola applicazione.

In Figura 2 è schematicamente illustrata la struttura generale di un generico gruppo funzionale 130.

In linea di massima, ciascun gruppo funzionale 130 comprende:

- un’unità di conversione 132: detta unità consente di convertire l’energia in ingresso dall’esterno da una forma ad un’altra (ad esempio da energia elettrica a energia termica), oppure di convertire un vettore energetico in ingresso in un altro; l’unità di conversione 132 è caratterizzata dalla sua efficienza di conversione (rapportabile alla quantità di energia o entropia dissipata nel processo); l’unità di conversione può comprendere ad esempio scambiatori di calore, pompe di calore, caldaie, cogeneratori, pannelli solari termici o fotovoltaici, sistemi eolici, sistemi idroelettrici, ecc.

- un’unità di distribuzione (o rete di distribuzione) 134: detta unità consente di trasferire un vettore energetico da un punto all’altro dell’ambiente di coltivazione 110; l’unità o rete di distribuzione può essere suddivisa in una porzione di mandata e una porzione di ritorno; essa può comprendere una rete di cavi elettrici (ad esempio, per la distribuzione dell’energia elettrica) e/o un circuito di condotti (ad esempio, per la distribuzione dell’energia termica o chimica); tipicamente nell’unità o rete di distribuzione 134 si verificano delle perdite e dispersioni di energia;

- un’unità di accumulo 136: detta unità consente di immagazzinare in un luogo fisicamente delimitato una certa quantità di energia per un determinato periodo di tempo; anche nell’unità di accumulo 136 possono verificarsi perdite e dispersioni di energia nel corso del tempo; l’unità di accumulo può comprendere batterie, accumulatori ad acqua, accumulatori ad aria compressa, accumulatori nel terreno e celle a combustibile;

- unità di emissione 138: detta unità consente lo scambio di massa e/o energia con l’ambiente di coltivazione al fine di modificare le sue condizioni climatiche; l’unità di emissione può essere di diversa natura, a seconda del gruppo funzionale 130, del suo funzionamento e della sua finalità; esempi di unità di emissione comprendono i termoconvettori, le bocchette di immissione di aria o di diossido di carbonio, gli apparecchi riscaldanti, gli apparecchi illuminanti, i radiatori, ecc.

In aggiunta o in alternativa alle unità sopra menzionate, ciascun gruppo funzionale può comprendere altre unità, selezionate ogni volta in funzione delle specifiche esigenze dello specifico gruppo funzionale e della singola applicazione.

Attraverso le unità sopra citate, un gruppo funzionale 130 è in grado di impiegare energia e risorse al fine di mantenere le condizioni ambientali desiderate all’interno dell’ambiente di coltivazione 110.

Detta energia e dette risorse possono provenire da una o più fonti di approvvigionamento esterne 220.

L’energia o la risorsa possono arrivare al gruppo funzionale già nella forma richiesta ed essere quindi distribuite attraverso l’unità di distribuzione (freccia F1) oppure possono arrivare a detto gruppo funzionale in una forma diversa, cosicché è necessario un passaggio attraverso l’unità di conversione (freccia F2) prima dell’invio all’unità di distribuzione (freccia F3); l’unità di distribuzione eroga l’energia o la risorsa all’unità di emissione (freccia F4) ed eventualmente invia l’energia o la risorsa in eccesso all’unità di accumulo (freccia F5) oppure preleva da detta unità di accumulo l’energia o la risorsa mancante (freccia F6).

A titolo di esempio, si supponga che il gruppo funzionale sia il gruppo funzionale di condizionamento dell’acqua e che come fonti di approvvigionamento esterno si utilizzino la radiazione solare e una rete di teleriscaldamento.

L’energia solare sarà inviata all’unità di conversione 132 (comprendente ad esempio in questo caso pannelli solari termici) per la conversione in energia termica, e da qui all’unità di distribuzione 134, mentre l’energia termica proveniente dalla rete di teleriscaldamento sarà inviata direttamente all’unità di distribuzione 134. Dall’unità di distribuzione, l’energia termica potrà poi essere inviata all’unità di accumulo 136 (comprendente ad esempio in questo caso un sistema di accumulo di acqua calda) oppure erogata direttamente all’unità di emissione 138, e da questa all’ambiente di coltivazione 110.

In Figura 3 sono schematicamente rappresentati i processi di interazione fra l’ambiente di coltivazione 110, le colture 120 e i gruppi funzionali 130.

All’interno dell’ambiente di coltivazione 110 avviene una pluralità di processi termodinamici, energetici e biofisici, che comportano uno scambio di energia e/o di massa. In particolare, nelle colture 120 avviene una pluralità di processi biofisici (fra cui è possibile menzionare la fotosintesi clorofilliana, la respirazione notturna e l’evapotraspirazione) che sono influenzati dai processi che avvengono nell’ambiente di coltivazione e dalle condizioni ambientali che ne derivano (freccia f1) e che a loro volta influenzano le condizioni ambientali ed i processi che hanno luogo nell’ambiente di coltivazione (freccia f2).

A titolo di esempio, si pensi al bilancio dell’anidride carbonica: la quantità di diossido di carbonio scambiata dalle colture nei processi di fotosintesi dipende dalle condizioni ambientali nell’ambiente di coltivazione, ma a loro volta le condizioni ambientali in detto ambiente di coltivazione dipendono dalla quantità di diossido di carbonio scambiata dalle colture nei processi di fotosintesi.

Le condizioni ambientali ed i processi che hanno luogo nell’ambiente di coltivazione sono inoltre influenzati dai gruppi funzionali 130 (freccia f3). In particolare, detti gruppi funzionali agiscono in modo importante sui bilanci energetici e di massa (ad esempio, acqua, aria, CO2) nei processi che hanno luogo all’interno dell’ambiente di coltivazione.

D’altro canto, in alcuni casi le condizioni ambientali ed i processi che hanno luogo nell’ambiente di coltivazione influiscono a loro volta sul funzionamento dei gruppi funzionali (freccia f4). Si pensi, ad esempio, ai gruppi di condizionamento dell’aria o dell’acqua, che comprendono un circuito di ritorno verso i gruppi funzionali.

Occorre inoltre considerare che esistono casi in cui il gruppo funzionale agisce sui processi biofisici che avvengono nelle colture 120 non solo indirettamente attraverso l’influenza sull’ambiente di coltivazione 110), ma anche direttamente (freccia f5). Si pensi ad esempio al gruppo di illuminazione artificiale o al gruppo di fertirrigazione.

Infine, va considerata l’influenza dell’ambiente esterno circostante 210, con particolare riferimento alle condizioni climatiche e meteorologiche di detto ambiente esterno circostante.

L’ambiente circostante agisce sia alcuni dei gruppi funzionali, quali ad esempio il gruppo di ventilazione, i gruppi di condizionamento dell’aria e dell’acqua ed il gruppo di concimazione carbonica (freccia f6), sia direttamente sull’ambiente di coltivazione 110, ad esempio a causa di infiltrazioni e perdite di tenuta (freccia f7).

Come illustrato in Figura 4, il sistema di coltivazione secondo l’invenzione comprende, in modo di per sé noto, un sistema di gestione 140 della struttura di coltivazione 100, ed in particolare dei gruppi funzionali 130.

Detto sistema di gestione 140 comprende sostanzialmente:

- uno o più sensori 142; detti sensori hanno lo scopo di rilevare e monitorare tutte le variabili rilevanti per il corretto funzionamento della struttura di coltivazione; detti sensori possono comprendere un primo gruppo di sensori che sono configurati per rilevare condizioni climatiche nell’ambiente di coltivazione e/o nell’ambiente esterno (temperatura, umidità, concentrazione di CO2, ecc.), le condizioni delle colture, i consumi di energia e di risorse e analoghi parametri; detti sensori possono inoltre comprendere un secondo gruppo di sensori che possono essere associati ad un rispettivo gruppo funzionale e configurati per rilevare e monitorare tutte le variabili rilevanti per il corretto funzionamento di detto gruppo funzionale (temperatura, portata, ecc.); i sensori di questo secondo gruppo di sensori detti sensori possono essere fisicamente associati al rispettivo gruppo funzionale o possono anche essere collocati in posizione remota rispetto a detto gruppo funzionale e funzionalmente correlati ad esso;

- uno o più attuatori 144 associati a ciascun gruppo funzionale 130; detti attuatori sono gli elementi che fisicamente agiscono sui componenti dei gruppi funzionali 130 e che ne regolano il funzionamento; detti attuatori sono tipicamente automatizzati e non richiedono un intervento manuale per modificare il funzionamento del rispettivo gruppo funzionale; - una interfaccia I/O 146: attraverso detta interfaccia l’utilizzatore può interagire con la struttura di coltivazione per impostare le condizioni di funzionamento di detta struttura di coltivazione, ed in particolare per impostare i “setpoint” desiderati per una o più condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione al fine di garantire la corretta crescita delle colture; tali “setpoint” possono essere impostati sotto forma di valori prefissati o anche di intervalli di valori prefissati; in aggiunta o in alternativa ai “setpoint”, è anche possibile prevedere che attraverso l’interfaccia 146 l’utilizzatore possa impostare specifiche condizioni di funzionamento per i componenti di uno o più gruppi funzionali; l’interfaccia 146 può anche consentire all’utilizzatore di visualizzare i dati provenienti dalle rilevazioni dei sensori 142; è inoltre possibile prevedere che l’interfaccia 146 integri ulteriori funzioni avanzate, quali ad esempio la possibilità di eseguire il download dello storico dei dati, valutare i costi di gestione della struttura di coltivazione, valutare lo stato delle colture, ecc.; l’interfaccia 146 può essere un terminale installato all’interno - o nei pressi - della struttura di coltivazione, oppure una HMI (Human to Machine Interface) consultabile e utilizzabile da remoto su dispositivi digitali fissi o mobili (quali ad esempio tablet, telefoni portatili o laptop);

- convertitore logico programmabile (PLC) 148: si tratta dell’insieme di elementi hardware e software che permette di acquisire i dati rilevati dai sensori 142, di confrontare i valori rilevati con i “setpoint” impostati dall’utilizzatore attraverso l’interfaccia 146 e di comandare di conseguenza gli attuatori 144; è pertanto evidente che il PLC è in grado di comunicare con gli altri componenti (sensori, attuatori, interfaccia) del sistema di gestione 140; è anche possibile prevedere che il PLC comunichi con altri dispositivi esterni a detto sistema di gestione.

In sintesi, il sistema di gestione 140 ha la funzione di regolazione e gestione delle variabili che influiscono sui processi che hanno luogo all’interno dell’ambiente di coltivazione, nonché di regolazione e gestione dei componenti dei gruppi funzionali al fine di mantenere le condizioni ambientali richieste.

Secondo l’invenzione, il sistema di coltivazione comprende inoltre un sistema di controllo 150 che è in grado di controllare il funzionamento della struttura di coltivazione.

In particolare, il sistema di controllo 150 può consentire di:

i) regolare le condizioni ambientali all’interno dell’ambiente di coltivazione tenendo in considerazione sia le interazioni tra l’ambiente di coltivazione 110 e l’ambiente esterno 210, sia le interazioni tra l’ambiente di coltivazione 110 e le colture 120;

ii) controllare i gruppi funzionali 130 (con particolare riferimento alle loro unità di conversione, alle loro unità di distribuzione, alle loro unità di accumulo ed alle loro unità di emissione) in funzione delle condizioni ambientali da mantenere nell’ambiente di coltivazione;

iii) controllare l’approvvigionamento di energia e risorse, tenendo in considerazione i costi dei diversi vettori energetici applicabili.

Lo scopo del sistema di controllo 150 è pertanto quello di implementare le tre funzionalità sopra descritte, tenendo conto dei vincoli operativi sui segnali di controllo e/o sulle quantità controllate, al fine di ottimizzare allo stesso tempo sia i processi che hanno luogo all’interno dell’ambiente di coltivazione e che influiscono sulla crescita delle colture, sia l’impiego e i costi di energia e risorse.

Per raggiungere tale scopo, il sistema di controllo 150 è interfacciato con il sistema di gestione 140, in modo da:

- assistere detto sistema di gestione 140 sulla definizione dei “setpoint” e dei vincoli nel controllo degli attuatori dei gruppi funzionali 130;

- controllare attraverso detto sistema di gestione 140 i parametri di funzionamento dei gruppi funzionali 130.

L’interfaccia fra sistema di controllo 150 e sistema di gestione 140 consente di implementare l’invenzione su strutture di coltivazione esistenti e che hanno già installato un sistema di gestione 140, senza intervenire sulle componenti hardware della struttura di coltivazione stessa.

È evidente che questo consente, tra l’altro, di implementare in modo facile ed economico l’invenzione in strutture di coltivazione già esistenti.

Vantaggiosamente, il sistema di controllo può essere realizzato come sistema dedicato presente nei pressi della struttura di coltivazione, oppure come server in posizione remota (incluso, ad esempio, un server in ambiente cloud).

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il sistema di controllo 150 può funzionare utilizzando tecniche di controllo predittivo basate su orizzonte temporale recessivo.

In particolare, ad ogni istante di campionamento ts il sistema di gestione 140, attraverso la rete di sensori 142, acquisisce una serie di informazioni (misurazioni) relative alla struttura di coltivazione 100. Dette misurazioni possono riferirsi a grandezze fisiche relative alle condizioni climatiche nell’ambiente di coltivazioni (ad esempio, parametri ambientali, parametri di processo, parametri relativi allo stato biofisico delle colture, parametri relativi al consumo energetico) oppure a posizioni e condizioni degli attuatori dei gruppi funzionali 130.

Queste misurazioni sono comunicate dal sistema di gestione 140 mediante un qualsiasi protocollo di trasmissione adeguato al sistema di controllo 150, che a tale scopo comprende un modulo di raccolta di dati 152.

Il sistema di controllo 150, attraverso il nodulo di raccolta di dati 152, è poi predisposto per: - raccogliere obiettivi impostati dall’utilizzatore e/o ricavabili dalla letteratura disponibile; - raccogliere vincoli collegati al funzionamento dei gruppi funzionali 130 della struttura di coltivazione 100, con particolare riferimento ai gruppi funzionali di detta struttura di coltivazione, impostati dall’utilizzatore e/o ricavabili dalla letteratura disponibile;

- interagire con modelli di previsione di variabili del disturbo del sistema.

Con “variabili di disturbo” si intendono variabili esterne al sistema di coltivazione che ne possono influenzare il funzionamento.

Le principali variabili di disturbo possono essere classificate in due categorie:

- variabili climatiche e meteorologiche dell’ambiente esterno circostante all’ambiente di coltivazione;

- variabili economiche, in particolare relative ai costi ed alla disponibilità di energia e risorse.

Il sistema di controllo 150 comprende inoltre un modulo di modellizzazione 154 che, sulla base delle suddette misurazioni ed eventualmente dei suddetti dati addizionali, genera un modello virtuale della struttura di coltivazione, che rappresenta un’immagine virtuale dei processi di natura economica, biofisica, energetica e termodinamica che caratterizzano l’evoluzione della struttura di coltivazione.

Questa operazione di generazione avviene una prima volta al momento dell’installazione del sistema di controllo 150 e successivamente in maniera ricorsiva, o in modo programmato (ad esempio, ogni volta che passa un lasso di tempo predeterminato) oppure qualora si verifichino condizioni tali per cui sia necessario rigenerare il modello virtuale (ad esempio, quando l’utilizzatore interviene su elementi che cambiano significativamente il comportamento della struttura di coltivazione).

Sulla base delle suddette misurazioni ed eventualmente dei suddetti dati addizionali, il modulo di modellizzazione del sistema di controllo 150 definisce inoltre la condizione del sistema all’istante di campionamento ts, ovvero stabilisce le condizioni di partenza su cui eseguire il processo di ottimizzazione.

In questa fase, alcuni dei dati provenienti dal modulo di raccolta di dati 152 possono essere utilizzate tal quali, mentre altri devono essere filtrati ed integrati ed il sistema di controllo 150 comprende a tale scopo un modulo di elaborazione 154a.

Il modello virtuale della struttura di coltivazione consente di costruire un’immagine virtuale dei processi di natura economica, fisiologica, energetica e termodinamica che caratterizzano l’evoluzione della struttura di coltivazione.

L’evoluzione del modello virtuale della struttura di coltivazione è evidentemente condizionata dall’evoluzione dell’insieme degli elementi che lo compongono, i quali sono rappresentabili attraverso proprietà fisiche (ad esempio, forma geometrica, caratteristiche dei materiali ecc.) e valori di grandezze fisiche (ad esempio, temperatura, pressione, ecc.). Nella fase di definizione delle condizioni del sistema all’istante di campionamento ts, il modulo di modellizzazione 154 acquisisce i valori delle grandezze fisiche attraverso il modulo di raccolta di dati 152.

Le proprietà fisiche possono essere o costanti oppure funzioni di una o più grandezze fisiche e in questo caso sono calcolate sulla base dei valori delle grandezze fisiche sopra menzionati.

Il modello virtuale della struttura di coltivazione così definito ha le seguenti caratteristiche: - è un modello di ordine ridotto: rispetto alla totalità degli elementi presenti nella struttura di coltivazione, il numero degli elementi è ridotto ai soli elementi che influenzano significativamente l’evoluzione della struttura di coltivazione; la valutazione di quali siano questi elementi può essere fatta caso per caso (ad esempio, se si suppone di sviluppare un modello virtuale di una struttura di coltivazione in cui le colture sono coltivate in vaso, è possibile verificare che i vasi non influenzano significativamente l’evoluzione della struttura di coltivazione e quindi trascurarli nella realizzazione del modello virtuale della struttura di coltivazione);

- una volta che sono stati identificati elementi che influenzano significativamente l’evoluzione della struttura di coltivazione, essi sono considerati come aventi proprietà fisiche e valori delle grandezze fisiche omogenei (ad esempio, malgrado la temperatura e la densità di un elemento possano variare da punto a punto, esse sono considerate omogenee per l’intera estensione spaziale dell’elemento stesso);

- i valori delle grandezze intensive della struttura di coltivazione hanno un comportamento dinamico, ossia il valore assunto da una grandezza intensiva di un elemento in un dato istante è funzione del valore assunto dalla stessa negli N istanti precedenti, oltre che di sollecitazioni esterne istantanee e delle proprietà fisiche dell’elemento stesso.

Il modello virtuale della struttura di coltivazione può essere suddiviso in una serie di blocchi, ciascuno comprendente elementi funzionali con finalità omogenee e una formulazione matematica coerente.

La suddivisione in blocchi può ripercorrere l’organizzazione della struttura di coltivazione descritta in Figura 1, ossia a ciascun elemento della struttura di coltivazione (involucro, ambiente di coltivazione, colture, gruppi funzionali) può corrispondere un blocco del modello virtuale della struttura di coltivazione che descrive le dinamiche di quell’elemento. A ciascun blocco del modello virtuale della struttura di coltivazione sono associati uno o più ingressi ed una o più uscite.

Gli ingressi di un blocco sono le variabili che influenzano la dinamica di quel blocco. Essi possono essere costituite da uscite di altri blocchi oppure da variabili esterne alla struttura di coltivazione (variabili esogene). Gli ingressi costituiti da variabili esogene possono essere manipolabili oppure non manipolabili (ad esempio, le condizioni metereologiche dell’ambiente esterno o i prezzi delle risorse).

Le uscite di ogni blocco sono le variabili attraverso le quali quel blocco influenza la dinamica dei rimanenti blocchi oppure sono variabili necessarie a definire ad ogni istante di campionamento le condizioni di partenza su cui eseguire il processo di ottimizzazione, che sarà descritto nel seguito.

Ciascun blocco ha lo scopo di descrivere le relazioni che legano gli ingressi del blocco con le uscite del blocco stesso.

A tale scopo può essere impiegata una qualsiasi formulazione matematica o combinazione di formulazioni matematiche differenti. È possibile citare, a titolo di esempio, le formulazioni basate sull’intelligenza artificiale (reti neurali, macchine a supporto vettoriale), modelli regressivi, formulazioni spazio-stato, ecc.

La Figura 5 riporta un esempio di come funziona l’interazione tra i blocchi del modello virtuale della struttura di coltivazione e gli elementi esterni al sistema di controllo.

Il blocco A ha una pluralità di ingressi, fra cui è possibile ad esempio individuare un ingresso esogeno manipolabile a fra una serie di prime variabili esogene E1, un ingresso esogeno non manipolabile b fra una serie di seconde variabili esogene E2 e un ingresso c che è l’uscita di un altro blocco B del modello virtuale.

Il blocco A ha un’unica uscita d che influenza il blocco B.

A sua volta il blocco B, oltre che dall’ingresso d corrispondente all’uscita del blocco A è caratterizzato da un ingresso esogeno non manipolabile e e da un ulteriore ingresso f che è l’uscita di un ulteriore blocco C. Il blocco B ha due uscite: una prima uscita c influenza il blocco A e ne costituisce uno degli ingressi, mentre l’uscita g è necessaria ad eseguire l’algoritmo di ottimizzazione.

Il blocco C ha un unico ingresso esogeno manipolabile h e due uscite: una prima uscita f influenza il blocco B e ne costituisce uno degli ingressi, mentre l’uscita i è necessaria ad eseguire l’algoritmo di ottimizzazione.

A titolo di esempio non limitativo, il blocco A potrebbe corrispondere all’ambiente di coltivazione e potrebbe descrivere le dinamiche dell’ambiente di coltivazione attraverso un sistema spazio-stato, il blocco B potrebbe corrispondere alle colture e potrebbe descrivere le dinamiche delle colture attraverso un una rete neurale, ed il blocco C potrebbe corrispondere ad un gruppo funzionale – in particolare al sistema di illuminazione artificiale – e potrebbe descrivere le dinamiche di detto gruppo funzionale attraverso una regressione. Secondo questo esempio, con riferimento al blocco A, l’ingresso a potrebbe corrispondere alla temperatura di introduzione di acqua calda usata per il riscaldamento dell’ambiente di coltivazione, l’ingresso b potrebbe corrispondere alla temperatura e/o all’umidità dell’aria nell’ambiente esterno e l’ingresso c potrebbe corrispondere al vapore acqueo evapotraspirato dalle colture (uscita del blocco B). L’uscita d potrebbe invece corrispondere alla temperatura e/o all’umidità relativa dell’aria all’interno dell’ambiente di coltivazione.

Tale uscita d rappresenta uno degli ingressi del gruppo B, gli altri ingressi essendo rispettivamente la radiazione solare incidente sul raccolto (e) il flusso di illuminazione artificiale incidente sul raccolto (f). L’uscita g del bocco B potrebbe corrispondere alla massa di specie vegetale prodotta.

L’ingresso h del bocco C potrebbe corrispondere all’energia elettrica assorbita dal sistema di illuminazione artificiale, mentre l’uscita i di detto blocco potrebbe corrispondere al consumo energetico.

Il sistema di controllo 150 del sistema di coltivazione secondo l’invenzione comprende poi un modulo di ottimizzazione 156 che interagisce con il modulo di raccolta di dati 154 e con il modulo di modellizzazione 154 e ha lo scopo di valutare le uscite del modello virtuale della struttura di coltivazione che influenzano una specifica funzione di costo.

A tale scopo, il modulo di ottimizzazione è strutturato in modo da essere in grado di processare tutte le misurazioni che influenzano l’ambiente di coltivazione, integrarle con la previsione delle variabili di disturbo sull’intervallo di previsione prefissato e ottimizzare una funzione di costo tenendo conto dei vincoli e degli obiettivi impostati.

Rispetto ai sistemi di coltivazione di tipo noto, il sistema secondo l’invenzione consente di: - utilizzare una strategia di ottimizzazione, che è dunque in grado di modificare la strategia di controllo adattandolo al mutare delle condizioni al contorno, svincolandola da scelte fatte a priori, impostate ad esempio attraverso “setpoint”;

- ottimizzare la strategia di controllo tenendo conto di previsioni future delle variabili esterne, quali ad esempio le condizioni meteorologiche e la disponibilità e il prezzo dell’energia e delle risorse;

- definire una funzione di costo che viene utilizzata per definire la strategia di ottimizzazione, a differenza delle strategie di tipo noto che tengono conto solo di “setpoint” ambientali e climatici definiti a priori e non valutano direttamente i costi da sostenere (di natura energetica o di mancanza di produzione) per il raggiungimento degli stessi.

La funzione di costo definita dal modulo di ottimizzazione 156 del sistema di controllo 150 può contenere al suo interno tutti gli obiettivi della struttura di coltivazione, tra cui l’inseguimento di una traiettoria di controllo, la minimizzazione o la massimizzazione di una variabile, l’attenuazione delle variazioni nel tempo di una o più variabili.

L’ottimizzazione può essere perseguita in modo numerico o analitico.

In linea generale la funzione di costo può avere la seguente formula:

dove

- C è il costo da ottimizzare;

- Np è il numero di passi dell’intervallo di predizione prefissato

- y è il vettore delle uscite del modello virtuale della struttura di coltivazione che influenzano la funzione di costo; esso può comprendere ad esempio una variabile ambientale dell’ambiente di coltivazione controllata dal sistema di controllo, quale la temperatura, oppure un’uscita specifica, quale la produzione di vegetali o il consumo energetico;

- u è un vettore degli ingressi manipolati del modello virtuale della struttura di coltivazione che influenzano la funzione di costo; esso può ad esempio comprendere la potenza elettrica assorbita da un gruppo funzionale della struttura di coltivazione;

- ∆y è la variazione delle uscite tra due istanti successivi (ad esempio è possibile desiderare di limitare la variazione massima di temperatura dell’aria nell’ambiente di coltivazione tra due istanti successivi); e

- ∆u è la variazione degli ingressi manipolati tra due istanti successivi (ad esempio è possibile desiderare di limitare le aperture di una valvola per non usurarla).

Le variabili che costituiscono le uscite e gli ingressi del modello virtuale della struttura di coltivazione possono essere definite di volta in volta a seconda delle esigenze del singolo caso.

In uscita dal modulo di ottimizzazione 156 del sistema di controllo 150, a un determinato istante t viene fornito un segnale di controllo ottimizzato per la struttura di coltivazione, che viene comunicato al sistema di gestione 140 e di conseguenza alla struttura di coltivazione. Al successivo istante di campionamento istante ts+1, viene generato un nuovo segnale di controllo ottimizzato. La generazione di tale segnale di controllo ottimizzato segue lo stesso processo utilizzato all’istante di campionamento t.

In questo modo la struttura di coltivazione 100 viene gestita in maniera autonoma dal sistema di controllo 150 attraverso il suo modulo di ottimizzazione ed in ogni istante t+1 il segnale di controllo viene ricalcolato per garantire sempre che la funzione di costo sia ottimizzata.

La descrizione di una forma di realizzazione preferita dell’invenzione è stata qui sopra fornita a mero titolo di esempio, e molte modifiche e varianti alla portata del tecnico del settore sono possibili, senza per questo uscire dall’ambito di tutela come definito dalle unite rivendicazioni.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di coltivazione in ambiente protetto del tipo comprendente: - una struttura di coltivazione (100) che a sua volta comprende: - un involucro (102), che definisce al suo interno un ambiente di coltivazione (110), in cui sono definite una o più condizioni ambientali; - una o più specie vegetali (120) coltivate all’interno di detto ambiente di coltivazione (110); - uno o più gruppi funzionali (130) configurati per influenzare una o più di dette condizioni ambientali in detto ambiente di coltivazione (110); - un sistema di gestione (140) configurato per gestire il funzionamento di detti gruppi funzionali (130) di detta struttura di coltivazione (100); caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre un sistema di controllo (150), comprendente: - un modulo di raccolta di dati (152) configurato per acquisire attraverso detto sistema di gestione (140) misurazioni di variabili che influenzano dette condizioni ambientali all’interno di detto ambiente di coltivazione; - un modulo di modellizzazione (154) configurato per generare un modello virtuale di detta struttura di coltivazione (100) sulla base di dette misurazioni provenienti da detto modulo di raccolta di dati (152); - un modulo di ottimizzazione (156) configurato per generare e inviare a detto sistema di gestione (140) un segnale di controllo determinato dalla ottimizzazione di una funzione di costo di detto modello virtuale generato da detto modulo di modellizzazione (154), in cui detta funzione di costo ha formula generale

   dove - C è il costo da ottimizzare; - Np è il numero di passi di un intervallo di predizione prefissato; - y è il vettore delle uscite di detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione che influenzano detta funzione di costo; - u è il vettore degli ingressi manipolati di detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione che influenzano detta funzione di costo; - ∆y è la variazione di dette uscite y tra due istanti successivi di detto intervallo di predizione prefissato; e - ∆u è la variazione di detti ingressi manipolati u tra due istanti successivi di detto intervallo di predizione prefissato.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema di controllo (150) è configurato per acquisire vincoli e/o obiettivi impostati da un utilizzatore per detta struttura di coltivazione (100) e per integrare detti vincoli e/o detti obiettivi in detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione e/o in detta funzione di costo da ottimizzare.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto sistema di controllo (150) è configurato per interagire con sistemi esterni di previsione di una o più variabili di disturbo di detta struttura di coltivazione e per integrare le previsioni di dette variabili di disturbo in detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione e/o in detta funzione di costo da ottimizzare.
4. 4. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 – 3, in cui detto sistema di gestione (140) comprende: - uno o più sensori (142) configurati per rilevare una o più variabili che influenzano dette condizioni ambientali in detto ambiente di coltivazione (110); - uno o più attuatori (144), collegati ad uno o più di detti gruppi funzionali (130) e configurati per regolare i parametri di funzionamento di detti gruppi funzionali (130); - una interfaccia I/O (146) configurata per l’immissione da parte di un utilizzatore di vincoli e/o obiettivi per detta struttura di coltivazione (100); - un convertitore logico programmabile (PLC) (148) configurato per acquisire i dati rilevati da detti sensori (142) e controllare detti attuatori (144).
5. 5. Metodo di coltivazione in ambiente protetto, comprendente le fasi di: - predisporre una struttura di coltivazione (100) che comprende: - un involucro (102), che definisce al suo interno un ambiente di coltivazione (110), in cui sono definite una o più condizioni ambientali; - una o più colture (120) coltivate all’interno di detto ambiente di coltivazione (110); - uno o più gruppi funzionali (130) configurati per influenzare una o più di dette condizioni ambientali in detto ambiente di coltivazione (110); - predisporre un sistema di gestione (140) configurato per gestire il funzionamento di detti gruppi funzionali (130) di detta struttura di coltivazione (100); caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - acquisire attraverso detto sistema di gestione (140) misurazioni di variabili che influenzano dette condizioni ambientali all’interno di detto ambiente di coltivazione; - generare un modello virtuale di detta struttura di coltivazione (100) sulla base di dette misurazioni; - generare e inviare a detto sistema di gestione (140) un segnale di controllo determinato dalla ottimizzazione di una funzione di costo di detto modello virtuale in cui detta funzione di costo ha formula generale

   dove - C è il costo da ottimizzare; - Np è il numero di passi di un intervallo di predizione prefissato; - y è il vettore delle uscite di detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione che influenzano detta funzione di costo; - u è il vettore degli ingressi manipolati di detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione che influenzano detta funzione di costo; - ∆y è la variazione di dette uscite y tra due istanti successivi di detto intervallo di predizione prefissato; e - ∆u è la variazione di detti ingressi manipolati u tra due istanti successivi di detto intervallo di predizione prefissato.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, comprendente inoltre le fasi di acquisire vincoli e/o obiettivi impostati da un utilizzatore per detta struttura di coltivazione (100) ed integrare detti vincoli e/o detti obiettivi in detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione e/o in detta funzione di costo da ottimizzare.
7. 7. Metodo secondo la rivendicazione 5 o 6, comprendente inoltre le fasi di acquisire da sistemi esterni previsioni di una o più variabili di disturbo di detta struttura di coltivazione e di integrare le previsioni di dette variabili di disturbo su detto intervallo di predizione prefissato in detto modello virtuale di detta struttura di coltivazione e/o in detta funzione di costo da ottimizzare.
8. 8. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 – 4 o metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 – 7, in cui dette condizioni ambientali in detto ambiente di coltivazione comprendono le concentrazioni di uno o più elementi presenti nel volume di aria all’interno di detto ambiente di coltivazione (110) e/o una o più grandezze fisiche presenti all’interno di detto ambiente di coltivazione (110).
9. 9. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 – 4 o metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 – 7, in cui dette variabili di disturbo comprendono una o più variabili climatiche e meteorologiche dell’ambiente esterno circostante a detto ambiente di coltivazione (110) e/o una o più variabili economiche relative ai costi ed alla disponibilità di energia e risorse necessarie al funzionamento di detti gruppi funzionali (130).
10. 10. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 – 4 o metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5 – 7, in cui detta funzione di costo contiene al suo interno uno o più obiettivi scelti fra: l’inseguimento di una traiettoria di controllo prefissata per una o più di dette uscite, la minimizzazione di una o più di dette uscite, la massimizzazione di una o più di dette uscite, l’attenuazione delle variazioni nel tempo di una o più di dette uscite.