Programmazione lineare mista intera per serre verticali

Abstract

La tesi tratta un argomento di ricerca operativa: la programmazione lineare mista intera (in seguito MILP) In particolar modo, il lavoro si occupa dell’applicazione della MILP all’ambito delle serre verticali. La scelta è ricaduta su questo argomento dopo essere entrato in contatto, nel corso degli studi, con la ricerca operativa ed averla apprezzata. Contemporaneamente, tale scelta è maturata a seguito dell’interesse nei confronti della sostenibilità ambientale di questo progetto. Lo studio si basa sull’idea innovativa di coltivare in serre verticali adattive. Esse, infatti, hanno la possibilità di adeguare gli spazi di coltivazione alla crescita delle piante. Ciò rende possibile l’incremento del numero di ripiani rispetto ad una serra verticale fissa. Allo stesso tempo, però, risulta necessario capire come programmare lo scheduling delle semine: a differenza delle serre verticali fisse, non sarebbe possibile piantare in tutti i ripiani contemporaneamente. Infatti, dato il numero maggiore di ripiani, essi non possono raggiungere tutti insieme l’altezza massima che hanno al momento del raccolto delle piante. Il lavoro quindi, in una prima fase, è consistito proprio nell’avvalersi della programmazione lineare mista intera per ottimizzare tale processo. Successivamente, si è deciso di ampliare la trattazione mostrando i benefici, non solo in termini di maggiori raccolti, delle serre verticali adattive (in seguito AVF) rispetto a quelle classiche (in seguito VF). In particolar modo, è stato trattato l’aspetto dello sfruttamento degli spazi al loro interno. Infatti, verrà mostrato, grazie a grafici ed indici, il risparmio di volumi introdotto dalle AVF. I risultati del lavoro sono quindi positivi e in linea con gli obiettivi prefissati, in quanto si è riusciti a mostrare i benefici delle AVF. Nonostante ciò, come verrà spiegato nelle conclusioni, la tesi dispone di ampi margini di ampliamento.

The thesis concerns the operations research topic called mixed integer linear programming (MILP). It deals with the application of MILP to vertical farms. The choice of studying this theme has been made after getting in touch with and appreciating operations research during my university studies. At the same time, this choice results from the interest in the environmental sustainability of the project. This study is based on the innovative idea of cultivating in adaptive vertical farms. As a matter of fact, they can adapt their spaces, namely their shelves, to the growth of the plants. This allows to increase the number of shelves if compared to a normal vertical farm. Simultaneously, it is necessary to understand how to program the scheduling of sowings. In fact, unlike fixed vertical farms, it would not be possible to plant in every shelf at the same time. This is because, having a greater number of shelves, they cannot reach their maximum height at harvest all together. Thus, a careful scheduling of sowings is fundamental. So, in the beginning, the research consisted in using MILP to optimize this process. Then, it was decided to expand the thesis showing the benefits, not just in terms of harvests, of adaptive vertical farms (AVF) as compared to regular vertical farms (VF). In particular, the project focuses on the topic of exploitation of spaces in both AVF and VF. The saving of AVF space will be shown thanks to graphs and indexes. The results of this study are positive and in line with the goals because it shows AVF’s real benefits. Nevertheless, as it will be explained in the conclusions, the thesis has large margins to be expanded and to further explore a very innovative topic.