Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio

Dott. Aldo Calcante

Premessa

"Agriculture is a very sophisticated industry andfarmers are very data hungry — and they have notbeen well served, historically, in providing thatdata. They need on-demand data, they need it veryhigh resolution and they need it often."

‘Meet the New Drone That Could Be a Farmer’s Best Friend’, Rachel Rohr, Modern Farmer, January 21, 2014

Tecniche ed esigenze emergenti

STRATEGIA GESTIONALE CHE UTILIZZA TECNOLOGIE INFORMATICHE PER

RACCOGLIERE DATI DA FONTI MULTIPLE IN VISTA DI UN LORO SUCCESSIVO UTILIZZO

NELL’AMBITO DI DECISIONI RIGUARDANTI LE ATTIVITA’ PRODUTTIVE DI CAMPO

STRATEGIA GESTIONALE CHE UTILIZZA TECNOLOGIE INFORMATICHE PER

RACCOGLIERE DATI DA FONTI MULTIPLE IN VISTA DI UN LORO SUCCESSIVO UTILIZZO

NELL’AMBITO DI DECISIONI RIGUARDANTI LE ATTIVITA’ PRODUTTIVE DI CAMPO

(NRC USA, 1999)AP innanzitutto come STRATEGIA DI GESTIONE…

QUALITA’ GESTIONALE

CAPACITA’ DECISIONALE

DECISIONI BASATE SU INFORMAZIONI MIRATE

L’AP come sistema integrato

11

22

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MONITORAGGIO E REGISTRAZIONE

DATI

ANALISI EPIANIFICAZIONE

CONTROLLOOPERAZIONI

LAVORAZIONIDEL TERRENO

CONCIMAZIONI

POTATURECIMATURE

TRATTAMENTIDISERBI

RACCOLTA

EXTERNALEXTERNALSERVICE

GE

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O

ININOUTOUT

AP e management informatizzato

QUALITA’ GESTIONALE

CAPACITA’ DECISIONALE

Necessario automatizzare i processi di monitoraggio

ArchivioAttività di Campo

Archivio

Dati Ambientali

Arch

ivio

Dati

Coltu

rali

MONITORAGGIO OPERATIVOMONITORAGGIO OPERATIVO

MO

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ORA

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LE

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ON

ITORAG

GIO

AMBIEN

TALE

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NITO

RAGG

IO AM

BIENTALE

Strumenti per l’analisi dei dati aziendali e per la sintesi intuitiva

delle informazioni (GIS, diagrammi, mappe

tematiche etc.)

ArchivioAttività di Campo

Archivio

Dati Ambientali

Arch

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Dati

Coltu

rali

MONITORAGGIO OPERATIVOMONITORAGGIO OPERATIVO

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BIENTALE

Strumenti per l’analisi dei dati aziendali e per la sintesi intuitiva

delle informazioni (GIS, diagrammi, mappe

tematiche etc.)

Le forme di monitoraggio

parametri dell’ambiente in

cui ha luogo l’attività

produttiva

osservazioni sugli stati e sulla

dinamica delle colture in atto

dati sulle modalità di svolgimento

delle attività produttive aziendali

Il monitoraggio colturale

Stato dell’arte delle tecnologie per il monitoraggio colturale

TELERILEVAMENTO

MAPPE DI PRODUZIONE

GROUND SENSING

Rilievi spot

Rilievi di pieno campo

Rilievi in punti spia

SCOUTING

Il telerilevamento

I requisiti del TLR

Il Ground Sensing

Il Ground Sensing: rilievi "spot"

QUALITA’ DEI FRUTTIQUALITA’ DEI FRUTTI

CONTENUTO IN CLOROFILLACONTENUTO IN CLOROFILLA

Spettrofotometri

Stima del contenuto di zuccheri, antociani, pH ecc.

Spad, Dualex

Indici di attività fotosintetica, contenuto di azoto nella pianta ecc.

PRESENZA E RICONOSCIMENTO STRESSPRESENZA E RICONOSCIMENTO STRESS

Spettrofotometri sperimentali

Il Ground Sensing: rilievi di pieno campo

Rilievo singoloRilievo singolo Rilievo effettuato in combinazione con un’operazione colturale

Rilievo effettuato in combinazione con un’operazione colturale

Mappa di NDVIMappa di NDVI

Il Ground Sensing: rilievi in punti spia

Il Ground Sensing: la mappatura delle produzioni

Sistemi di monitoraggio montati sulle macchine da raccolta

Il punto d’arrivo

Considerazioni pratiche

Detto ciò:

Le mappe storiche di produzione sono un buon punto di partenza,ma non sempre consentono di risolvere i problemi dell’anno in corso.

Le tecniche Ground Sensing basate sul’analisi di campioni difoglie restituiscono misure “spot” accurate ma sono lente, costose enon necessariamente sono rappresentative dell’intera coltura.

Le immagini aeree sono molto valide ma possono soffrire diinsufficiente risoluzione temporale, modesta risoluzione spazialee sono, di norma, costose.

Le immagini da satellite offrono grande copertura territoriale, malimitata risoluzione temporale, bassa frequenza di rivisita del sito,bassa risoluzione spaziale e sono afflitte da problematiche legatealle condizioni meteo (es. copertura nuvolosa).

Lo scouting richiede molto tempo, grande esperienza e halimitatissima copertura territoriale.

Una prima importante conclusione

Un’accurata identificazione dello stress consente di realizzare un’accurata mappa di prescrizione.

Ciò, idealmente, si ottiene monitorando l’interacoltura alla scala di dettaglio della singola foglia.

Una soluzione: utilizzare i Droni

Classificazione dei Droni

1. Impiego in base alle necessità

2. Decollo verticale

3. Costi contenuti

4. Possibilità di programmare le traiettorie di volo

1. Impiego in base alle necessità

2. Decollo verticale

3. Costi contenuti

4. Possibilità di programmare le traiettorie di volo

La risoluzione spaziale

Ground Sample DistanceGround Sample Distance

La scelta del sensore (1)

Il sensore a bordo deve essere scelto in funzione dello scopo delmonitoraggio, tenendo conto del drone a disposizione per trasportarlo

Da Pinto et al., 2014

Ampia disponibiltà di sensoriAmpia disponibiltà di sensori

La scelta del sensore (2)

Camere con peso e dimensioni ridotte ottimali per DroniCamere con peso e dimensioni ridotte ottimali per Droni

Possibili limitazioni:

Ottiche di qualità inferiori e meno stabili

Problemi con la focale

Problemi di stabilità di volo

Distorsioni non trascurabili sulle immaginiDistorsioni non trascurabili sulle immagini

Applicazione dei Droni in Agricoltura: monitoraggio

Monitoraggio colturale (nutrienti, acqua, vigorevegetativo, stress)

Gestione colture e allevamento

Gestione degli appezzamenti

Applicazione dei Droni in Agricoltura: controllo

Applicazione mirata di agrofarmaci

“Precision application, a practice especially useful for crop farmers and horticulturists, utilizes effective and efficient spray techniques to more selectively cover plants and fields. This allows farmers to provide only the needed pesticide or nutrient to each plant, reducing the total amount sprayed, and thus saving money and reducing environmental impacts.”

Source: Michael Toscano, President and CEO,AUVSI

Alcuni esempi: inventario colture

Conteggio pianteConteggio piante

Stima della dimensione delle piante

Rilievo di stress su piante

Termocamera

Camera multispettrale

Mappe di vigore

Immagine NDVI (il verdescuro indica biomassavigorosa e in salute)

Immagine in falso colore

Source: Ehsani, UFL

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Ricapitolando (1)

Satellite

Aereo

Ground Sensing

Drone

Risoluzione Spaziale

Risoluzione Temporale

Risoluzione Radiometrica

Risoluzione Spettrale

Ricapitolando (2)

Satellite

Aereo

Ground Sensing

Drone

Flessibilitàd’impiego

Presenzadello stress

Visione d’insieme

Architetturacanopy

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Da considerare:

•Durata delle batterie (modesta autonomia di volo limitata operatività)

• Ampia scelta di Droni

• Ampia scelta di sensori

• Capacità di carico del Drone

• Da indagare l’affidabilità (vita utile: 500 ore? 1000 ore?) e la robustezza

• Necessaria affidabilità nella registrazione e nel trasferimento dei dati

• Legislazione

Prospettive future

Negli USA, si stima che il settore “Precision Agriculture” possa riguardarecirca l’80% del mercato dei droni.

Si stima un volume di affari di circa 11 miliardi di dollari nei prossimi 3 anni e almeno 66 milioni di dollari nei successivi 11 anni.

Conclusioni

Le applicazioni AP richiedono approcci complessi:attenzione a non indurre aspettative eccessive e a noncreare false illusioni

Fondamentale procedere al trasferimento di tecnologieoperando nell’ambito di un quadro metodologico diriferimento (per quanto banale, è utile distinguere traesigenze di monitoraggio e di controllo)

Indispensabile l'automazione del monitoraggio

Operare con la consapevolezza che le maggiori difficoltàriguardano non tanto la disponibilità dell'hardware, bensì lagestione dei dati, la loro formattazione, l'elaborazione,l’archiviazione (in sostanza, la messa a punto del SIA)

La ricerca ha di sicuro un ruolo fondamentale, soprattuttonello sviluppo degli algoritmi per l’identificazione deglistress

Fondamentale la formazione delle FIGURE PROFESSIONALIcoinvolte

Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio

Grazie per l’attenzione

Dott. Aldo Calcante