Atualmente, a sustentabilidade e a gestão da produção agrícola enfrentam vários desafios, como a melhoria da saúde dos solos e a gestão de recursos. Cada vez mais, é necessária uma monitorização precisa dos solos com o foco na importância para a sua nutrição, originando solos mais sustentáveis e uma produção agrícola de melhor qualidade.Esta dissertação aborda a implementação de uma prova de conceito de um Digital Twin (DT) para a monitorização do solo para o Estrela Geopark, com foco no segmento da cadeia de abastecimento dos agricultores. A metodologia Design Science Research (DSR) foi adotada atendendo à necessidade de conciliar um interesse prático de criar uma prova de conceito com um contributo para o conhecimento sobre desenvolvimento de DT para solos.Os resultados obtidos ao longo do desenvolvimento e avaliação da prova de conceito do DT demonstram a viabilidade de aplicar esta tecnologia à gestão sustentável do solo. A partir de um processo de instanciação de três etapas (modelação do Azure Digital Twin, protótipo TRL3 com visualização no Grafana e protótipo TRL4 com a ferramenta do The Things Network (TTN)) foi possível construir uma prova de conceito responsiva e flexível. As entrevistas realizadas com especialistas do setor agrícola forneceram contributos essenciais para compreender o que pode ser um DT do solo inovador e aplicável à prática da agricultura. São propostos Design Principles com foco na modelação, usabilidade e adaptação ao utilizador.A adoção do DT poderá contribuir para a melhoria da gestão do solo num momento crucial marcado pelas alterações climáticas e pelo declínio da qualidade do solo, ao proporcionar a monitorização em tempo real e a tomada de decisões baseadas em dados. Além disso, o desenvolvimento de provas de conceito contribui para a viabilidade prática do DT e opera como base estratégica para futuras soluções de agricultura digital. Fornecem informações úteis, orientam o desenvolvimento de políticas de transformação digital e incentivam a inovação em setores tradicionais como a agricultura.

Nowadays, the sustainability and management of agricultural production face multiple challenges, such as improving soil health and resource management. There is an increasing need for accurate soil monitoring focusing on the importance of soil nutrition, leading to more sustainable soils and better-quality agricultural production.This dissertation addresses the implementation of a proof of concept for a Digital Twin for soil monitoring for Estrela Geopark, with a focus on the farmer supply chain segment. The Design Science Research (DSR) methodology was adopted due to the need to reconcile a practical interest in creating a proof of concept with a contribution to knowledge about the development of DTs for soils.The results obtained during the development and evaluation of the DT proof of concept demonstrate the feasibility of applying this technology to sustainable soil management. Based on a three-stage instantiation process (Azure Digital Twin modeling, TRL3 prototype with Grafana visualization, and TRL4 prototype with The Things Network (TTN) tool), it was possible to build a responsive andflexible proof of concept. Interviews with experts in the agricultural sector provided essential input for understanding what an innovative soil DT applicable to agricultural practice could be. Design Principles are proposed with a focus on modeling, usability, and adaptation.The adoption of Digital Twin could contribute to improving soil management at a critical time marked by climate change and declining soil quality by providing real-time monitoring and data-driven decision-making. In addition, the development of proofs of concept contributes to the practical viability of DT and acts as a strategic basis for future digital agriculture solutions. They provide useful information, guide the development of digital transformation policies, and encourage innovation in traditional sectors such as agriculture.

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia