ICT tools for data management and analysis to support decisional process oriented to sustainable agri-food chains

The Agri-Food sector is facing global challenges. The first issue concerns feeding a world population that in 2050, according to United Nations projections, will reach 9.3 billion people. The second challenge is the request by consumers for high quality products obtained by more sustainable, safely and clear agri-food chains. In particular, the Sustainable agriculture is a management strategy able to preserve the biological diversity, productivity, regeneration capacity, vitality and ability to function of an agricultural ecosystem, ensuring, today and in the future, significant ecological, economic and social functions at the local, national and global scales, without harming other ecosystems. Therefore, to face the challenge of the sustainable agriculture, farmers need to increase quality and quantity of the production, reducing the environmental impact through new management strategies and tools. This work explores the integration of several ICT technologies and methodologies in the agri-food sector for the data acquisition, management and analysis, such as RFID technology, Farm Management Information Systems (FMIS), Data Warehouse (DW) and On-Line Analytical Processing (OLAP). Finally, the adoption of the ICT technologies by real farms is evaluated through a survey. Regarding the adoption of the RFID technology, this work explores an opportunity for technology transfer related to the monitoring and control of agri-food products, based on the use of miniaturized, smart and innovative sensors. The information concerning to the state of the product is transferred in real time in a wireless way, according to the RFID technology. In particular, two technical solutions involving RFID are provided, highlighting the advantages and critical points referred to the normal system used to ensure the traceability and the quality of the agri-food products. Therefore, this work explores the possibility of developing a framework that combines business intelligence (BI) technologies with Integrated Pest Management (IPM) principles to support farmers in the decisional process, thereby decreasing environmental cost and improving production performance. The IPM requires the simultaneous use of different crop protection techniques to control pests through an ecological and economic approach. The proposed BI system is called BI4IPM, and it combines on-line transaction processing (OLTP) with OLAP to verify adherence to the IPM technical specifications. BI4IPM is tested with data from real Apulian olive crop farms. Olive tree is one of the most important crop at global scale and Apulia is the first olive-producing region in Italy, with a huge amount of farms that generate IPM data. The crop protection strategies are correlated to the climate conditions considering the very important relation among climate, crops and pests. Therefore, in this work is presented a new advanced OLAP model integrating the Growing Season Index (GSI), a phenology model, to compare indirectly the farms by a climatic point of view. The proposed system allows analysing IPM data of different farms having the same phenological conditions over a year to understand some best practices and to highlight and explain different practices adopted by farms working in different climatic conditions. Finally, a survey aimed at investigating how Lucania' farms cluster according to the level of innovation adopted was performed. It was used a questionnaire for asking if farms adopt ICTs tools and, in case, what type they involved in managing and/or production processes. It has been done a cluster analysis on collected data. Results show that, using k-means clustering method, appear two clusters: innovators, remaining groups. While, using boxplot representation, clustered three groups: innovators, early adopters and laggards.

Il settore agroalimentare sta affrontando delle sfide globali. La prima riguarda sfamare la popolazione mondiale che nel 2050, secondo le proiezioni delle Nazioni Unite, raggiungerà quota 9,3 miliardi di persone. La seconda sfida riguarda la richiesta da parte dei consumatori di prodotti ottenuti da filiere agroalimentari sempre più sostenibili, sicure e trasparenti. In particolare, l’Agricoltura sostenibile è una tecnica di gestione in grado di preservare la diversità biologica, la produttività, la capacità di rigenerazione, la vitalità e l’abilità alla funzione di un ecosistema agricolo, assicurandone, oggi e in futuro, le funzioni ecologiche, economiche e sociali a livello locale, nazionale ed globale, senza danneggiare altri ecosistemi. Quindi, per fronteggiare la sfida dell’agricoltura sostenibile, gli agricoltori devono aumentare la qualità e la quantità della produzione, riducendo l’impatto ambientale attraverso nuovi strumenti e nuove strategie di gestione. Questo lavoro analizza l’integrazione nel settore agroalimentare di alcune tecnologie e metodologie ICT per l’acquisizione, gestione e analisi dei dati, come la tecnologia RFID (Radio Frequency IDentification), i FMIS (Farm Management Information Systems), i DW (Data Warehouse) e l’approccio OLAP (On-Line Analytical Processing). Infine, l’adozione delle tecnologie ICT da parte di vere aziende è stata valutata attraverso un questionario. Al riguardo dell’adozione delle tecnologie RFID, questo lavoro analizza l’opportunità di trasferimento tecnologico relativo al monitoraggio e controllo dei prodotti agroalimentari tramite l’utilizzo di sensori innovativi, intelligenti e miniaturizzati. Le informazioni riguardanti lo stato del prodotto sono trasferite in tempo reale in wireless, come previsto dalla tecnologia RFID. In particolare, due soluzioni RFID sono state analizzate, evidenziando vantaggi e punti critici in confronto ai classici sistemi per assicurare la tracciabilità e la qualità dei prodotti agroalimentari. Quindi, questo lavoro analizza la possibilità di sviluppare una struttura che combina le tecnologie della Business Intelligence con i principi della Protezione Integrata (IPM) per aiutare gli agricoltori nel processo decisionale, andando a diminuire l’impatto ambientale ed aumentare la performance produttiva. L’IPM richiede di utilizzare simultaneamente diverse tecniche di protezione delle colture per il controllo dei parassiti e patogeni tramite un approccio ecologico ed economico. Il sistema di BI proposto è chiamato BI4IPM e combina l’approccio OLTP (On-Line Transaction Processing) con quello OLAP per verificare il rispetto dei disciplinari di produzione integrata. BI4IPM è stato testato con dati provenienti da vere aziende olivicole pugliesi. L’olivo è una delle principali colture a livello globale e la Puglia è la prima regione produttrice in Italia, con un gran numero di aziende che generano dati sull’IPM. Le strategie di protezione delle colture sono correlate alle condizioni climatiche, considerando la forte relazione tra clima, colture e parassiti. Quindi, in questo lavoro è presentato un nuovo e avanzato modello OLAP che integra il GSI (Growing Season Index), un modello fenologico, per comparare indirettamente le aziende agricole dal punto di vista climatico. Il sistema proposto permette di analizzare dati IPM di diverse aziende agricole che presentano le stesse condizioni fenologiche in un anno al fine di individuare best practices e di evidenziare e spiegare pratiche differenti adottate da aziende che lavorano in differenti condizioni climatiche. Infine, è stata effettuata un’indagine al fine di capire come le aziende agricole della Basilicata si raggruppano in funzione del livello di innovazione adottato. È stato utilizzato un questionario per domandare alle aziende se adottano strumenti ICT, ed eventualmente in quale processo produttivo o di management vengano usati. È stata quindi effettuata un’analisi cluster sui dati raccolti. I risultati mostrano che, usando il metodo di clustering k-means, appaiono due gruppi: gli innovatori e gli altri. Mentre, applicando la rappresentazione boxlot, si ottengono 3 gruppi: innovatori, utilizzatori precoci e ritardatari.