domingo, 26 de mayo de 2013

Redes de Sensores en Producción Agrícola

Resumen para la clase de Redes de Telecominicaciones del artículo "Sensor Networks in Agricultural Production" escrito por Burrel, J,  Brooke, T. y Beckwith, R.

Introducción

La informática móvil nos proporciona algunas tecnologías dando oportunidades para explorar la computación fuera de un edificio es decir en el campo real. Con esta libertad viene una interminable variedad de ambientes que la comunidad de la investigación ha comenzado a explorar como sitios potenciales para el uso de la tecnología. Comúnmente se utiliza la tecnología en espacios de oficina y la movilidad como un punto de partida para exploraciones. Se persigue un enfoque diferente mirando a entornos de trabajo fuera de la oficina, incluyendo clínicas médicas, plantas de fabricación,y granjas.

En este artículo se realiza un estudio extenso de los trabajadores de viñedos del campo y sus prácticas de trabajo para evaluar el potencial de los sistemas de redes de sensores para ayudar a trabajo en este entorno. El principal propósito de este estudio es encontrar nuevas direcciones y nuevos temas de informática y que las redes sensoras podrían abordar en el diseño de tecnologías para apoyar a una gama más amplia de usuarios y actividades. Se espera que gran parte de lo que se descubra en esta investigación sea útil en el diseño de tecnologías para exteriores y otros tipos de agriculturas.

Imposible trabajar a distancia

Investigaciones previas de aplicaciones de redes sensoras se centran frecuentemente en relaciones entre personas dedicadas a desarrollar este tipo de tecnología de redes sensoras y biólogos e investigadores del ambiente estudiando hábitats y especies en peligro de extinción. Como un grupo potencial de usuarios los agricultores se distinguen por científicos que hacen investigación en su hábitat. Se centran en la producción en lugar de investigación, por lo que no están interesados en pasar tiempo en interpretar los datos. Quieren datos que muestren acción inmediata, algo que les ahorrará tiempo en lugar de crearles trabajo nacional. Además, los agricultores no están trabajando en entornos remotos y frágiles. Ellos interactuan estrechamente y físicamente con los cultivos, tocándolos y examinándolos día a día. Ellos saben que no se puede cultivar remotamente.

Estas dos diferencias principales en las actividades y las prioridades de trabajo entre agricultores y biólogos indican qué este estudio es importante en la discusión de aplicaciones de redes de sensores. Los requisitos de las aplicaciones de redes de sensores para investigadores biólogos no son los mismos que aquellos para los agricultores y otras personas que trabajan en los viñedos, granjas, o en otros sitios de la producción agrícola.
Además de buscar a una nueva categoría de los usuarios, este estudio también se distingue porque tiene un enfoque de investigación centrado en el hombre. Se utilizaron métodos etnográficos, incluyendo entrevistas, sitio excursiones, y el trabajo de observación para comprender a grandes rasgos las actividades y prioridades de los diversos roles de trabajo en un viñedo. Este riguroso enfoque para los desarrolladores de software podría describir como reunir los requisitos que son particularmente importantes porque se trabaja con actividades laborales muy diferentes a las que se esta acostumbrado.

Métodos etnograficos de investigación

Este grupo utiliza una búsqueda general de investigación que se centra en el estudio de las personas y las prácticas antes de la intervención de la tecnología que se diseñan y se ponen en lugar. Se emplean métodos etnográficos como una manera de recoger los datos sobre la personas que viven en ambientes que no se entiende así como sitios para el uso de tecnología. En este estudio particular de viñedos, se fijan en los roles de las personas a través de toda la cadena de valor de la producción de vino, con la creencia de que cada función representa una relación diferente con el viñedo y la bodega y diferentes necesidades de información y la interacción.

Se llevaron a cabo entrevistas semi estructuradas con los directores de viñedo, propietarios, bodegueros, gente de marketing del viñedo, y vendedores de vino. También se realizaron giras al sitio y se fotografiaron los viñedos, bodegas y tiendas de vino guiados por los entrevistados. Durante la temporada alta, algunos miembros del equipo se convirtió en observadores uniéndose a equipos de trabajo para ayudar en la cosecha para proteger las uvas de las aves migratorias. Después de estudiar la viña como un sitio potencial para el uso de la tecnología, se mudaron en una segunda fase del proyecto para desarrollar conceptos tecnológicos e implementar una red de sensores de trabajo. Se crearon una serie de diseños de interfaz y los conceptos de la tecnología de interacción para encajar en este ambiente de trabajo en la base de nuestros análisis de las observaciones y entrevistas.

Nuevos datos digitales

Las tecnologías de la computación ubicua, como los sistemas de redes de sensores dan nuevas capacidades de detección y recopilación de datos sobre el medio ambiente y nuevas maneras de manejar estos datos digitalmente. Se puede obtener información acerca de la temperatura, niveles de iluminación, la humedad, el movimiento y la presencia de personas, y muchos otros aspectos del medio ambiente. Sin embargo, estas capacidades plantean varias preguntas en el espacio de aplicación. ¿Qué datos se deben recoger y con qué frecuencia? ¿Qué nivel de interpretación computacional
se debe  aplicar a los datos? cómo se deben de presentar los datos al usuario? Las entrevistas y visitas de campo dieron los ejemplos concretos de las clases de aplicaciones de redes de sensores que serían
apropiados y beneficiosas en un entorno agrícola.

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Una combinación de tres factores proporciona algunas respuestas a estas preguntas: capacidades del equipos, del medio ambiente, las condiciones y necesidades de los usuarios. Las capacidades del equipo incluyen límites de duración de la batería, la potencia del procesador, tipos de sensores disponibles, el espacio de memoria, la precisión del sensor,y la frecuencia de transmisión de radio (RF) rango. Estos factores pueden hacer que ciertas aplicaciones potencialmente útiles sean lo mas realistas posibles.

Por ejemplo, algunos los investigadores han descrito la localización GPS como demasiado improbable de poder ser realista en una red de sensores. El entorno en sí también se da respuesta a preguntas acerca de la recopilación de datos, proporcionando variación dentro de un rango finito a lo largo de ciertos ejes medibles. En el trabajo de implementación, se descubrió una gran variabilidad en el viñedo durante el día, pero menos variaciones en la noche. Por esta razón, las lecturas del sensor podría tomarse con menos frecuencia durante horas de la noche. Del mismo modo, se descubre que la variabilidad de las condiciones a través de un viñedo podría ser de mayor preocupación.

Informática proactiva

La informática proactiva sugiere que los sistemas de diseño interpreten datos procesables y automáticamente. Ejemplos en este contexto de estudio son

  • Un viñedo equipado para rociar en el área apropiada cuando hay una riesgo de moho polvoriento
  • Un sistema de riego que de manera óptima de raciones de agua subterránea limitada
  • Una llamada automática a los trabajadores para venir y recoger las uvas cuando están maduras
Sin embargo, la automatización de la decisión de cosecha no sería ideal, principalmente porque esto es a menudo una subjetiva decisión social basado en información incompleta. Este es precisamente el tipo de problema de que los seres humanos son muy hábiles de resolver. El enólogo juega el papel principal en la decisión de cuándo cosechar y basa las decisiones sobre el tipo de vino de la viña que tiene la intención de crear. El director de Viñedos juega un papel en la decisión de la cosecha de vigilancia meteorológica para dar informes de la amenaza de lluvia.
La lluvia puede arruinar uvas maduras diluyendo el potente sabor de cada uva o incluso causar que exploten. Si la lluvia se puede preveer a corto plazo, se pueden recoger la las uvas antes de que estén perfectamente maduras.
Porque el clima es tan impredecible, la decisión de la cosecha siempre es una cuestión de criterio. Debido a que muchos viñedos están situados en la misma zona, también es el desafío de la programación de la tripulación local del trabajadores para cosechar las plantas, porque todos
viñedos próximos típicamente deciden recoger aproximadamente a la misma hora, hay la presión social y la competitividad entre los viñedos de la zona.

Puntos de contacto


El concepto de puntos de contacto con humanos puede ser una manera útil de pensar en la interacción con el usuario y con la computación ubicua del sistema. Se define un punto de contacto humano como un portal que conecta un individuo con la infraestructura del sistema subyacente, en este caso una red sensora ya sea mediante el suministro de representaciones de datos recogidos por la infraestructura o por colocar a la persona en el papel de proporcionar entrada. 

Interfaz por la dirección de la viña muestra un mapa de las uvas en la viña, parches con alto riesgo de polvo, el moho,y las áreas que han sido rociados con plaguicidas por el tractor.


Lo que es característico de sistemas de computación ubicua es que una sistema de un solo ser humano que puede tener múltiples puntos de contacto de varios tipos. En este estudio la gente en la industria vinícola y viñedos, se encontró que una variedad de puntos de contacto con humanos era importante para hacer frente a las diferentes funciones y responsabilidades de una población heterogénea de usuarios potenciales que incluidos los agrónomos, trabajadores temporales contratados, enólogos y viñedos propietarios.


Arquitectura del sistema

Este estudio también sugiere diferentes tipos de interfaces que podrían incorporarse a la perfección en la viña, incluyendo las herramientas etiquetados descritos anteriormente. Sin embargo, la comprensión del flujo de trabajo también sugiere algunas formas en que la infraestructura del sistema en sí podría ser reorganizada para optimizar la administración de energía y los costos de equipo. Estos esfuerzos para crear una aplicación de redes de sensores que trabaja en un viñedo local dio una idea de la interacción entre la administración de energía, los costos de equipo, arquitectura del sistema y las necesidades del usuario.



La auto organización de redes de sensores especiales se consideran en general la arquitectura del sistema por defecto, en parte debido a que presentan los más interesantes problemas de cálculo para el ordenador y para los científicos para hacer frente. Sin embargo, esta arquitectura asume conexiones de RF, a menudo utilizando TDMA (múltiple por división de tiempo acceso, una tecnología para ofrecer un servicio inalámbrico digital) entre cada área y sus vecinos.

Conclusiones

Al explorar el potencial de las redes de sensores en la agricultura y las prioridades y necesidades de las personas que trabajan allí, se encontró una configuración de redes de sensores que pueden ayudar y facilitar el trabajo de las personas involucradas, lo que ayudo muchísimo a la manera en que estas personas cosechaban las uvas, podemos decir que se encontró una muy buena aplicación de las redes sensoras en la vida real, ya que en este caso particularmente la instalación de estas redes ayudo a automatizar el cuidado y la cosecha de manera adecuada.
Las redes sensoras fueron aplicadas de manera correcta en este caso y se puede decir que cada vez más la tecnología ayuda a controlar aspectos de la vida cotidiana que antes nunca nos imaginamos.

Referencias

Burrel, J.; Brooke, T.; Beckwith, R. "Sensor Networks in Agricultural Production." , Persuasive computing. IEEE International Conference on Salt Lake City, UT (Volumen:4 ), 7-11 Mayo 2004
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