IT202100004280A1 - INTELLIGENT IRRIGATION SYSTEM - Google Patents

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IT102021000004280A
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Marco Bezzi
Silvano Pisoni
Carlo Pellegrini
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Bluetentacles S R L
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G25/00Watering gardens, fields, sports grounds or the like
    • A01G25/16Control of watering
    • A01G25/167Control by humidity of the soil itself or of devices simulating soil or of the atmosphere; Soil humidity sensors
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06NCOMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?Sistema di irrigazione intelligente? of the patent for industrial invention entitled: ?Intelligent irrigation system?

La presente invenzione ? relativa ad un sistema di irrigazione intelligente. The present invention ? related to an intelligent irrigation system.

Diversi sistemi di irrigazione intelligente sono noti. Una prima soluzione nota ? riportata nella domanda di brevetto CN107616079A che descrive un sistema di irrigazione intelligente basato sul protocollo di comunicazione LoRa. Il sistema di irrigazione include un nodo di raccolta dati, un gateway LoRa, servizi cloud e una piattaforma di controllo lato PC dell'irrigazione. Mediante un'unit? di raccolta, in combinazione con un'unit? di controllo di valvole dell'acqua e con la piattaforma di controllo dell'irrigazione, si ottiene lo scopo di rilevare ed elaborare pi? informazioni e di caricare dati in tempo reale a media distanza e da remoto. In tal modo si consegue un controllo intelligente dell'irrigazione di coltivazioni, con l'unit? di raccolta basata su protocollo LoRa che viene utilizzata per archiviare parametri quali l?intensit? luminosa, la temperatura e l'umidit? dell'aria, l'umidit? del suolo e altre informazioni. Agendo sulla piattaforma di controllo da PC, vengono impostati i privilegi di sistema degli utenti/amministratori, tra gli altri l?accesso a un database che archivia i dati rilevati sul campo in tempo reale. Successivamente i dati vengono elaborati e analizzati e, in particolare durante i diversi periodi di crescita delle colture, la programmazione dei tempi e degli altri parametri di controllo dell?irrigazione ? gestita in maniera ottimale. Several smart irrigation systems are known. A first known solution? reported in the patent application CN107616079A which describes an intelligent irrigation system based on the LoRa communication protocol. The irrigation system includes a data collection node, a LoRa gateway, cloud services, and a PC-side irrigation control platform. By a unit collection, in combination with a unit? control of water valves and with the irrigation control platform, the purpose of detecting and processing more efficiently is achieved. information and to upload data in real time over medium distances and remotely. In this way, intelligent control of the irrigation of crops is achieved, with the unit? collection based on the LoRa protocol which is used to store parameters such as? intensity? light, temperature and humidity? of the air, the humidity? soil and other information. By acting on the PC control platform, the system privileges of the users/administrators are set, among others access to a database that archives the data detected in the field in real time. Subsequently the data are processed and analyzed and, in particular during the different periods of crop growth, the programming of the times and other irrigation control parameters? optimally managed.

Una seconda soluzione ? descritta nella domanda di brevetto WO2018222875A1 che descrive un sistema e un metodo che include un modulo di apprendimento automatico che analizza i dati raccolti da una o pi? sorgenti come UAV, satelliti, sensori di colture montati su campata, sensori installati nel suolo e sensori di variabili climatiche. Secondo un'ulteriore forma realizzativa, il modulo di apprendimento automatico crea preferibilmente insiemi di oggetti sul campo, all'interno di una data area, e utilizza i dati ricevuti per creare un modello predittivo per ciascun oggetto sul campo, definito in base alle caratteristiche rilevate da ciascuno dei suddetti oggetti. Una terza soluzione WO2020247904A1 decrive un sistema e un metodo per analizzare i dati di sensori relativi a un sistema di irrigazione. Secondo una forma realizzativa, il sistema include algoritmi per analizzare dati in tempo reale e storici, acquisiti da sensori in comunicazione con una macchina di irrigazione meccanizzata. Inoltre, gli algoritmi in esecuzione nel sistema possono analizzare i dati dei sensori per determinare se un evento si ? verificato o se ? previsto che si verifichi. Ancora, i suddetti algoritmi sono atti a generare comandi per una macchina di irrigazione, oltre che notifiche a utenti del sistema. Secondo ulteriori aspetti peculiari del suddetto sistema, la logica di gestione pu? applicare strumenti di analisi dei dati basati sul machine learning allo scopo di rilevare modelli di manutenzione, tendenze geografiche e ambientali, e per fornire analisi predittive per eventi futuri. A second solution? described in patent application WO2018222875A1 which describes a system and method including a machine learning module which analyzes data collected from one or more sources such as UAVs, satellites, span-mounted crop sensors, soil-mounted sensors, and climate variable sensors. According to a further embodiment, the machine learning module preferably creates sets of objects in the field, within a given area, and uses the data received to create a predictive model for each object in the field, defined on the basis of the characteristics detected from each of the aforementioned objects. A third solution WO2020247904A1 describes a system and method for analyzing sensor data related to an irrigation system. According to one embodiment, the system includes algorithms for analyzing real-time and historical data acquired by sensors in communication with a mechanized irrigation machine. Additionally, algorithms running in the system can analyze sensor data to determine if an event occurred. verified or if ? expected to occur. Furthermore, the aforementioned algorithms are suitable for generating commands for an irrigation machine, as well as notifications to users of the system. According to further peculiar aspects of the aforementioned system, the management logic can apply machine learning-based data analysis tools to detect maintenance patterns, geographic and environmental trends, and to provide predictive analytics for future events.

Tali sistemi hanno per? il limite di non predire il fabbisogno irriguo giornaliero. Such systems have for? the limit of not predicting the daily irrigation requirement.

Scopo della presente invenzione ? fornire un sistema di irrigazione intelligente, in grado di fornire predire il fabbisogno irriguo giornaliero, avente, quindi, caratteristiche tali da superare i limiti degli attuali caschi intelligenti noti. Purpose of the present invention? to provide an intelligent irrigation system, capable of predicting the daily irrigation requirement, thus having characteristics such as to overcome the limits of current known intelligent helmets.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un sistema di irrigazione intelligente, come definito nella rivendicazione 1. According to the present invention an intelligent irrigation system is achieved, as defined in claim 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment is now described, purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 mostra una vista schematica di un sistema di irrigazione intelligente, secondo l?invenzione; - figure 1 shows a schematic view of an intelligent irrigation system, according to the invention;

- la figura 2 mostra un diagramma di un algoritmo usato nel sistema di irrigazione intelligente, secondo l?invenzione. - figure 2 shows a diagram of an algorithm used in the intelligent irrigation system, according to the invention.

Con riferimento alla figura 1, ? mostrato un sistema di irrigazione intelligente 100 comprendente: With reference to figure 1, ? Shown is a 100 smart sprinkler system including:

- Un modulo elettronico di monitoraggio 101 comprendente una pluralit? di sensori, ad esempio sensori per parametri meteorologici, sensori per livello vasca, sensori di umidit?, sensori di bagnatura fogliare sensori di stato idrico della foglia, sensori di conducibilit? elettrica e di pH; - Una rete neurale 102 basata su algoritmi di apprendimento aventi in ingresso i dati forniti dai sensori del modulo elettronico di monitoraggio 101 e, in aggiunta, dati relativi a previsioni meteorologiche e dati satellitari, come indici vegetativi ottici, in grado di combinare ed elaborare tali dati in ingresso mettendo in relazione l?andamento dell?umidit? del suolo e le condizioni ambientali e della coltura con le previsioni meteo fornendo, in uscita, una risposta relativa ad un consiglio irriguo; - An electronic monitoring module 101 comprising a plurality? of sensors, such as sensors for meteorological parameters, sensors for tank level, humidity sensors?, leaf wetness sensors, water status sensors of the leaf, conductivity sensors? electrical and pH; - A neural network 102 based on learning algorithms having as input the data provided by the sensors of the electronic monitoring module 101 and, in addition, data relating to weather forecasts and satellite data, such as optical vegetative indexes, capable of combining and processing these input data by relating the trend of? humidity? of the soil and the environmental and crop conditions with the weather forecast providing, in output, a response relating to an irrigation advice;

- Un modulo 103 di controllo remoto di impianti di irrigazione che riceve la risposta di consiglio irriguo dalla rete neurale 102, la trasforma in tempo di apertura degli impianti di irrigazione e invia il segnale di apertura per un determinato tempo, calcolato a partire dal consiglio irriguo giornalmente, a elettrovalvole e idrovalvole degli impianti di irrigazione in modo da controllare la quantit? di acqua da fornire alle piante in funzione delle reali necessit?; - A remote control module 103 of irrigation systems which receives the irrigation advice response from the neural network 102, transforms it into opening time of the irrigation systems and sends the opening signal for a given time, calculated starting from the irrigation advice daily, to solenoid valves and hydro valves of irrigation systems in order to control the quantity? of water to be supplied to the plants according to their real needs;

- Una web App 104 in grado di gestire e comandare da remoto il modulo di controllo remoto 103, gestire e visualizzare le informazioni provenienti dal modulo elettronico di monitoraggio 101 e modulo di controllo remoto 103. - A web App 104 capable of remotely managing and commanding the remote control module 103, managing and displaying the information coming from the electronic monitoring module 101 and remote control module 103.

La caratteristica peculiare della soluzione consiste in un?indicazione giornaliera da poter attuare in modo automatico o previa conferma dell?utilizzatore finale. Ci? significa che oltre a fornire un?indicazione sulla quantit? di volume di adacquamento, il sistema fornisce gli strumenti per applicarlo raggiungendo un livello completo di automazione delle gestioni irrigue. The peculiar feature of the solution consists in a daily indication that can be implemented automatically or after confirmation by the end user. There? does it mean that in addition to providing an indication on the quantity? of watering volume, the system provides the tools to apply it reaching a complete level of automation of irrigation management.

La capacit? principale della rete neurale ? l?adattamento ad ogni condizione nuova in cui opera, dalle condizioni colturali, pedologiche e ambientali, fornendo un?elevata scalabilit? al sistema. The capacity? principal of the neural network ? the adaptation to every new condition in which it operates, from the cultural, pedological and environmental conditions, providing a high scalability? to the system.

I sensori di umidit? utilizzati monitorano sia il contenuto idrico nel terreno, fornendo uno stato del serbatoio di acqua a disposizione della pianta; sia la capacit? della pianta stessa di prelevare solo quella disponibile. Ci? permette di creare una calibrazione adeguata dei dati da dare in pasto agli algoritmi. The humidity sensors? used monitor both the water content in the soil, providing a status of the water tank available to the plant; is the capacity? of the plant itself to take only what is available. There? allows you to create an adequate calibration of the data to be fed to the algorithms.

Secondo un aspetto dell?invenzione, i dati forniti dai sensori del modulo elettronico di monitoraggio 101 comprendono il contenuto idrico a diverse profondit?, simulano la capacit? di suzione della pianta, le precipitazioni, la velocit? del vento, la radiazione solare, l?umidit? dell?aria e le misure di temperatura, tutti utili a fornire il valore dell?evapotraspirazione, ossia le perdite quotidiane da dover reintegrare. According to one aspect of the invention, the data provided by the sensors of the electronic monitoring module 101 include the water content at different depths, simulate the capacity suction of the plant, the rainfall, the speed? of the wind, the solar radiation, the?humidity? air and temperature measurements, all useful for providing the value of evapotranspiration, i.e. the daily losses that need to be replenished.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, l?operazione di fornire una relazione tra l?andamento dell?umidit? del suolo e le condizioni ambientali comprende la descrizione delle variazioni del sistema pianta-suolo e degli apporti idrici durante la stagione irrigua. According to another aspect of the invention, the operation of providing a relationship between the humidity trend of the soil and the environmental conditions includes the description of the variations of the plant-soil system and of the water supplies during the irrigation season.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, i dati in ingresso alla rete neurale 102 sono automaticamente integrati alla rete durante le varie stagioni per aumentare la capacit? predittiva con informazioni utili, quali l?attivit? vegetativa, lo stress idrico delle foglie, e altre informazioni utili allo scopo, calibrate con misure eseguite a terra. According to another aspect of the invention, the input data to the neural network 102 are automatically integrated into the network during the various seasons to increase the capacity? predictive with useful information, such as? activity? vegetation, the water stress of the leaves, and other useful information for this purpose, calibrated with measurements performed on the ground.

Vantaggiosamente secondo l?invenzione, la rete neurale viene costantemente allenata mediante dati, come la resa, la qualit? dei prodotti e i riscontri da parte degli operatori del settore per ottimizzare gli algoritmi esistenti su cui la rete neurale si basa. Advantageously according to the invention, the neural network is constantly trained using data, such as yield, quality? of products and feedback from industry players to optimize the existing algorithms on which the neural network is based.

Vantaggiosamente secondo l?invenzione, la rete neurale 102 pre-allenata pu? essere utilizzata per prevedere il fabbisogno idrico giornaliero delle colture in funzione delle previsioni meteorologiche e delle informazioni agronomiche. In tal modo, il sistema 100 secondo l?invenzione risulta scalabile e applicabile su diverse colture, in nuovi climi e nuove condizioni agro-ambientali. Advantageously according to the invention, the pre-trained neural network 102 can be used to predict the daily water requirement of crops based on weather forecasts and agronomic information. In this way, the system 100 according to the invention is scalable and applicable to various crops, in new climates and new agro-environmental conditions.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il modulo di controllo remoto 103 ? configurato per interfacciarsi con gruppi motopompa e per leggere pressostati o contatori volumetrici. According to another aspect of the invention, the remote control module 103 is configured to interface with motor-pump groups and to read pressure switches or volumetric meters.

Vantaggiosamente secondo l?invenzione, tramite una piattaforma software o App appositamente realizzata per interfacciarsi con il sistema 100 ? possibile aprire o chiudere da remoto gli impianti irrigui, fare programmazioni irrigue automatiche e applicare il consiglio irriguo fornito dal sistema 100. Advantageously according to the invention, through a software platform or App specifically created to interface with the system 100? It is possible to remotely open or close the irrigation systems, make automatic irrigation programming and apply the irrigation advice provided by the 100 system.

In figura 2 ? mostrato un algoritmo che utilizza i dati in ingresso, li processa in uno step preliminare, li classifica, li passa ad un modello di apprendimento e fornisce la predizione della domanda di acqua o consiglio irriguo basato anche sulle previsioni meteorologiche. In figure 2 ? shown an algorithm that uses the input data, processes them in a preliminary step, classifies them, passes them to a learning model and provides the prediction of the water demand or irrigation advice also based on weather forecasts.

Pertanto, il sistema di irrigazione intelligente secondo l?invenzione consente di eseguire un?irrigazione di precisione e ?intelligente?. Therefore, the intelligent irrigation system according to the invention allows precision and "intelligent" irrigation to be performed.

Un altro vantaggio del sistema di irrigazione intelligente secondo l?invenzione ? la possibilit? di gestire da remoto l?irrigazione, mediante il monitoraggio delle grandezze ambientali visibili su una piattaforma software. Another advantage of the intelligent irrigation system according to the invention ? the possibility? to manage irrigation remotely, by monitoring the environmental parameters visible on a software platform.

Inoltre, il sistema di irrigazione intelligente secondo l?invenzione ? di facile utilizzo. Furthermore, the intelligent irrigation system according to the invention is easy to use.

Infine, il sistema di irrigazione intelligente secondo l?invenzione consente di controllare l?andamento delle informazioni ricevute dalla rete irrigua e la sua attivazione. Finally, the intelligent irrigation system according to the invention allows to control the progress of the information received from the irrigation network and its activation.

Risulta, infine, chiaro che al sistema di irrigazione intelligente secondo l?invenzione qui descritto e illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the intelligent irrigation system according to the invention described and illustrated herein without thereby departing from the protective scope of the present invention, as defined in the attached claims.

Claims (7)

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di irrigazione intelligente (100) per piante comprendente:1. Intelligent watering system (100) for plants including: - Un modulo elettronico di monitoraggio (101) comprendente una pluralit? di sensori;- An electronic monitoring module (101) comprising a plurality? of sensors; - Una rete neurale (102) basata su algoritmi di apprendimento aventi in ingresso i dati forniti da detti sensori e, in aggiunta, dati relativi a previsioni meteorologiche e dati satellitari;- A neural network (102) based on learning algorithms having as input the data provided by said sensors and, in addition, data relating to meteorological forecasts and satellite data; - Un modulo di controllo remoto (103) interfacciato alla rete neurale (102) configurato per controllare da remoto degli impianti di irrigazione; e- A remote control module (103) interfaced to the neural network (102) configured to remotely control irrigation systems; And - Una web App (104) in grado di gestire da remoto le informazioni provenienti dal modulo di controllo remoto (103);- A web App (104) capable of remotely managing the information coming from the remote control module (103); Caratterizzato dal fatto che detta rete neurale (102) ? configurata per combinare ed elaborare detti dati in ingresso mettendo in relazione l?andamento dell?umidit? del suolo, le condizioni ambientali e della coltura con le previsioni meteo e fornendo, in uscita, una risposta relativa ad un consiglio irriguo modulo di controllo remoto (103) per comandare da remoto l?invio di un segnale di apertura per un determinato tempo a elettrovalvole e idrovalvole degli impianti di irrigazione in modo da controllare la quantit? di acqua da fornire alle piante.Characterized by the fact that said neural network (102) ? configured to combine and process said input data by relating the trend of? humidity? of the soil, the environmental and crop conditions with the weather forecast and providing, in output, a response relating to a remote control module irrigation advice (103) for remotely commanding the sending of an opening signal for a given time at solenoid valves and water valves of irrigation systems in order to control the quantity? of water to supply to the plants. 2. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dati in ingresso alla rete neurale (102) sono automaticamente integrati alla rete durante le varie stagioni per aumentare la capacit? predittiva con informazioni utili, quali l?attivit? vegetativa, lo stress idrico delle foglie, e altre informazioni utili allo scopo, calibrate con misure eseguite a terra.2. System (100) according to claim 1, characterized in that the input data to the neural network (102) are automatically integrated into the network during the various seasons to increase the capacity? predictive with useful information, such as? activity? vegetation, the water stress of the leaves, and other useful information for this purpose, calibrated with measurements performed on the ground. 3. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la rete neurale (102) risulta costantemente allenata mediante dati, come la resa, la qualit? dei prodotti e i riscontri da parte degli operatori del settore per ottimizzare gli algoritmi esistenti su cui la rete neurale (102) ? basata.3. System (100) according to claim 1, characterized in that the neural network (102) is constantly trained by means of data, such as yield, quality? of the products and the feedback from the operators of the sector to optimize the existing algorithms on which the neural network (102) ? based. 4. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la rete neurale (102) ? configurata per prevedere il fabbisogno idrico giornaliero delle piante in funzione delle previsioni meteorologiche e delle informazioni agronomiche.4. System (100) according to claim 1, characterized in that the neural network (102) ? configured to predict the daily water requirement of plants based on weather forecasts and agronomic information. 5. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pluralit? di sensori comprende sensori per parametri meteorologici, sensori per livello vasca, sensori di umidit?, sensori di bagnatura fogliare, sensori di stato idrico della foglia, sensori di conducibilit? elettrica e di pH.5. System (100) according to claim 1, characterized in that the plurality? of sensors includes sensors for meteorological parameters, sensors for tank level, humidity sensors?, leaf wetness sensors, water status sensors of the leaf, conductivity sensors? electricity and pH. 6. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dati forniti dai sensori comprendono il contenuto idrico a diverse profondit?, le precipitazioni, la velocit? del vento, la radiazione solare, l?umidit? dell?aria e le misure di temperatura, tutti utili a fornire il valore dell?evapotraspirazione.6. System (100) according to claim 1, characterized in that the data supplied by the sensors include the water content at different depths, the rainfall, the speed? of the wind, the solar radiation, the?humidity? air and temperature measurements, all useful for providing the value of evapotranspiration. 7. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il modulo di controllo remoto (103) ? configurato per interfacciarsi con gruppi motopompa e per leggere pressostati o contatori volumetrici. 7. System (100) according to claim 1, characterized in that the remote control module (103) is configured to interface with motor-pump groups and to read pressure switches or volumetric meters.
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