Optimization of resources for agriculture and agri-food processes

Abstract

Agricultural production includes two main pillars; crop production and livestock farming. Both of them include various and complex processes that should be executed. Focusing on crop production, agricultural processes include among others agri-food production and bioenergy crops production. During the crop production phase, various resources contribute significantly to the execution of production processes. Chapter 1 gives an overview of the current situation and main advances in crop production processes, the significance of optimized methods and strategic planning, the challenges and opportunities in agricultural management and logistics, the aim of the research in optimization processes and the followed research strategy. As a second step, the in-depth assessment of various case studies and crops under different optimization criteria and specific constraints is presented. More specifically in the core bodyof this research, five research studies are presented; three of them related to optimization in agricultural processes (Chapter 2) and two of them regard the management of agricultural operations (Chapter 3). In sub-Chapter 2.1, an assessment of the reduction of the energy requirements derived from the implementation of optimized field area coverage planning is presented. In sub-Chapter 2.2, a computational tool for the energy cost evaluation of multiple-crop production systems is developed and performed. While in sub-Chapter 2.3 a study on the optimal allocation of multiple crops to multiple dispersed fields is demonstrated. In sub-Chapter 3.1, a study that focuses on scheduling method of organic fertilizer distribution logistics systems is presented and in sub-Chapter 3.2, a comprehensive review on research studies targeted to advancements on green, yellow and woody biomass supply chain management is shown. In Chapter 4, general conclusions regarding the optimization of in-field and transportation operations are presented in parallel with conclusions regarding supply chain management in agriculture. By this research, significant results, tools, models, methods and potential basis for future work and research have been generated and published focusing on the optimization of resources on crop production processes (both agri-food and biomass crops) by minimization of cost, energy consumption, and overall environmental impact.

Η αγροτική παραγωγή περιλαμβάνει δύο βασικούς πυλώνες, τη φυτική και την ζωική παραγωγή. Και οι δύο περιλαμβάνουν διάφορες και πολύπλοκες διαδικασίες που πρέπει να εκτελεστούν. Εστιάζοντας στη φυτική παραγωγή, οι γεωργικές διεργασίες περιλαμβάνουν, μεταξύ άλλων, την παραγωγή αγροδιατροφικών προιόντων και την παραγωγή βιοενεργειακών καλλιεργειών. Κατά τη φάση της φυτικής παραγωγής, διάφοροι πόροι συμβάλλουν σημαντικά στην εκτέλεση των παραγωγικών διαδικασιών. Το Κεφάλαιο 1 δίνει μια επισκόπηση της τρέχουσας κατάστασης και των βασικών προόδων στις διαδικασίες φυτικής παραγωγής, τη σημασία των βελτιστοποιημένων μεθόδων και στρατηγικού σχεδιασμού, τις προκλήσεις και τις ευκαιρίες στη γεωργική διαχείριση και την εφοδιαστική αλυσίδα, τον στόχο της έρευνας στις διαδικασίες βελτιστοποίησης και την ακολουθούμενη ερευνητική στρατηγική. Ως δεύτερο βήμα, παρουσιάζεται η εις βάθος αξιολόγηση διαφόρων περιπτωσιολογικών μελετών και καλλιεργειών κάτω από διαφορετικά κριτήρια βελτιστοποίησης και συγκεκριμένους περιορισμούς. Πιο συγκεκριμένα στο κορμό αυτής της έρευνας, παρουσιάζονται πέντε ερευνητικές μελέτες. τρίς από αυτές σχετίζονται με τη βελτιστοποίηση στις γεωργικές διαδικασίες (Κεφάλαιο 2) και δύο από αυτά αφορούν τη διαχείριση γεωργικών εργασιών (Κεφάλαιο 3). Στο υποκεφάλαιο 2.1, παρουσιάζεται μια αξιολόγηση της μείωσης των ενεργειακών απαιτήσεων που προκύπτουν από την εφαρμογή βελτιστοποιημένου σχεδιασμού κάλυψης περιοχής πεδίου. Στο υποκεφάλαιο 2.2, αναπτύσσεται και εκτελείται ένα υπολογιστικό εργαλείο για την αξιολόγηση του ενεργειακού κόστους συστημάτων παραγωγής πολλαπλών καλλιεργειών. Ενώ στο υποκεφάλαιο 2.3 παρουσιάζεται μια μελέτη για τη βέλτιστη κατανομή πολλαπλών καλλιεργειών σε πολλαπλά διεσπαρμένα χωράφια. Στο υποκεφάλαιο 3.1, παρουσιάζεται μια μελέτη που επικεντρώνεται στη μέθοδο προγραμματισμού των συστημάτων εφοδιαστικής διανομής οργανικών λιπασμάτων και στο υποκεφάλαιο 3.2, παρουσιάζεται μια ολοκληρωμένη ανασκόπηση των ερευνητικών μελετών που στοχεύουν στην πρόοδο στη διαχείριση της εφοδιαστικής αλυσίδας βιομάζας πράσινης, κίτρινης και ξυλώδους βιομάζας. Στο Κεφάλαιο 4, παρουσιάζονται γενικά συμπεράσματα σχετικά με τη βελτιστοποίηση των εργασιών εντός του χωραφιού και των εργασιών μεταφοράς παράλληλα με τα συμπεράσματα σχετικά με τη διαχείριση της εφοδιαστικής αλυσίδας στη γεωργία. Με αυτήν την έρευνα, σημαντικά αποτελέσματα, εργαλεία, μοντέλα, μέθοδοι και πιθανές βάσεις για μελλοντική εργασία και έρευνα έχουν δημιουργηθεί και δημοσιευθεί εστιάζοντας στη βελτιστοποίηση των πόρων στις διαδικασίες παραγωγής φυτών (τόσο αγροδιατροφικών όσο και καλλιεργειών βιομάζας) με ελαχιστοποίηση του κόστους, της κατανάλωσης ενέργειας και των συνολικών περιβαλλοντικών επιπτώσεων.