Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio Dott. Aldo Calcante Premessa "Agriculture is a very sophisticated industry and farmers are very data hungry — and they have not been well served, historically, in providing that data. They need on-demand data, they need it very high 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 AP innanzitutto come STRATEGIA DI GESTIONE… CAPACITA’ DECISIONALE DECISIONI BASATE SU INFORMAZIONI MIRATE (NRC USA, 1999) QUALITA’ GESTIONALE L’AP come sistema integrato TRATTAMENTI DISERBI POTATURE CIMATURE RACCOLTA CONTROLLO OPERAZIONI MONITORAGGIO E REGISTRAZIONE DATI 1 3 CONCIMAZIONI ANALISI E PIANIFICAZIONE OUT IN GESTIONE LAVORAZIONI DEL TERRENO TELERILEVAMENTO 2 EXTERNAL SERVICE AP e management informatizzato CAPACITA’ DECISIONALE QUALITA’ GESTIONALE Necessario automatizzare i processi di monitoraggio Le forme di monitoraggio CO LT UR AL E Da Arc ti h Co ivio ltu ra li MO NI TO RA GG IO Strumenti per l’analisi dei dati aziendali e per la sintesi intuitiva delle informazioni (GIS, diagrammi, mappe tematiche etc.) LE TA EN BI AM li io iv nta ch ie Ar mb iA t Da IO GG RA TO NI MO parametri dell’ambiente in cui ha luogo l’attività produttiva osservazioni sugli stati e sulla dinamica delle colture in atto Archivio Attività di Campo MONITORAGGIO OPERATIVO dati sulle modalità di svolgimento delle attività produttive aziendali Il monitoraggio colturale Stato dell’arte delle tecnologie per il monitoraggio colturale TELERILEVAMENTO Rilievi spot GROUND SENSING Rilievi in punti spia Rilievi di pieno campo MAPPE DI PRODUZIONE SCOUTING Il telerilevamento I requisiti del TLR Il Ground Sensing Il Ground Sensing: rilievi "spot" QUALITA’ DEI FRUTTI Spettrofotometri Stima del contenuto di zuccheri, antociani, pH ecc. CONTENUTO IN CLOROFILLA Spad, Dualex Indici di attività fotosintetica, contenuto di azoto nella pianta ecc. PRESENZA E RICONOSCIMENTO STRESS Spettrofotometri sperimentali Il Ground Sensing: rilievi di pieno campo Rilievo singolo Rilievo effettuato in combinazione con un’operazione colturale Mappa 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 di foglie restituiscono misure “spot” accurate ma sono lente, costose e non necessariamente sono rappresentative dell’intera coltura. Le immagini aeree sono molto valide ma possono soffrire di insufficiente risoluzione temporale, modesta risoluzione spaziale e sono, di norma, costose. Le immagini da satellite offrono grande copertura territoriale, ma limitata risoluzione temporale, bassa frequenza di rivisita del sito, bassa risoluzione spaziale e sono afflitte da problematiche legate alle condizioni meteo (es. copertura nuvolosa). Lo scouting richiede molto tempo, grande esperienza e ha limitatissima 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’intera coltura 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 La risoluzione spaziale Ground Sample Distance La scelta del sensore (1) Il sensore a bordo deve essere scelto in funzione dello scopo del monitoraggio, tenendo conto del drone a disposizione per trasportarlo Ampia disponibiltà di sensori Da Pinto et al., 2014 La scelta del sensore (2) Camere 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 immagini Applicazione dei Droni in Agricoltura: monitoraggio Monitoraggio colturale (nutrienti, acqua, vigore vegetativo, stress) Gestione degli appezzamenti Gestione colture e allevamento 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 piante Stima della dimensione delle piante Rilievo di stress su piante Camera multispettrale Termocamera Mappe di vigore + Immagine in falso colore Immagine NDVI (il verde scuro indica biomassa vigorosa e in salute) Source: Ehsani, UFL Ricapitolando (1) Risoluzione Spaziale Risoluzione Temporale Risoluzione Radiometrica Risoluzione Spettrale Satellite Aereo Ground Sensing Drone Ricapitolando (2) Flessibilità d’impiego Visione d’insieme Presenza dello stress Architettura canopy Satellite / Aereo / Ground Sensing Drone 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 riguardare circa 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 non creare false illusioni Fondamentale procedere al trasferimento di tecnologie operando nell’ambito di un quadro metodologico di riferimento (per quanto banale, è utile distinguere tra esigenze di monitoraggio e di controllo) Indispensabile l'automazione del monitoraggio La ricerca ha di sicuro un ruolo fondamentale, soprattutto nello sviluppo degli algoritmi per l’identificazione degli stress Fondamentale la formazione delle FIGURE PROFESSIONALI coinvolte Operare con la consapevolezza che le maggiori difficoltà riguardano non tanto la disponibilità dell'hardware, bensì la gestione dei dati, la loro formattazione, l'elaborazione, l’archiviazione (in sostanza, la messa a punto del SIA) Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio Grazie per l’attenzione Dott. Aldo Calcante
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