Automazione delle operazioni meccanizzate in vigneto

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1 Automazione delle meccanizzate in vigneto Luigi Sartori, Franco Gasparini, Francesco Marinello, Università di Padova - Dipartimento TESAF, Viale dell'università 16, I Legnaro (Padova) Abstract La meccanizzazione integrale delle in vigneto è un obiettivo tuttora strategico perché consente la riduzione dei costi e l impiego di operatori poco esperti. Poiché molte si ripetono nella stagione è interessante considerare la possibilità eseguire alcune in combinazione per ridurre il numero di passaggi e il compattamento. Questo comporta qualche difficoltà al conducente per la guida e per il controllo simultaneo di più operatrici. La guida semi-automatica risolve il problema, soprattutto se affiancata con altri dispositivi di controllo delle operatrici. Lo scopo del lavoro è di comparare le performance di eseguite singolarmente e in modalità combinata usando la guida manuale e sistemi di guida automatici. Le ipotesi sono: a) le traiettorie seguite dal trattore in guida automatica sono comparabili con quelle ottenute con guida manuale; b) solo una guida automatica consente di eseguire correttamente multiple con evidenti benefici di tempo, energia ed economici. Le considerate sono il diserbo meccanico sulla fila, la trinciatura dell erba, la cimatura e la spollonatura. Introduzione L applicazione diretta dei ricevitori satellitari per la guida dei trattori consente di percorrere le corrette traiettorie durante le agricole con benefici inerenti all aumento della capacità di lavoro, riduzione della fatica, eliminazione delle sovrapposizioni e razionalizzazione delle potenze in gioco. Sistemi con diversa accuratezza sono disponibili per le specifiche soprattutto in campo aperto, mentre sono meno applicati in viticoltura. In questo settore si richiede un sistema di correzione RTK con accuratezza centimetrica, ma l applicazione non è ancora utilizzata e pochi esempi sono presenti in bibliografia, a causa del fatto che i filari sono equidistanti e ben definiti e quindi difficilmente esiste il problema delle sovrapposizioni. Spesso però la distanza tra i filari non è sempre costante ed è necessaria l introduzione di sistemi di guida che posizionino automaticamente la macchina esattamente al centro del filare sia con sistemi legati a sensori ottici sia con siatemi satellitari. Nonostante la loro bassa diffusione la guida automatica nel vigneto può portare a vantaggi similari a quanto succede per le colture a pieno campo, ma anche altri legati al fatto di poter eseguire combinate e consentire un miglior controllo dello stato di salute delle piante e un miglioramento delle condizioni di salute dell operatore. L integrale meccanizzazione delle in vigneto è strategica perché consente la riduzione dei costi e la possibilità di utilizzare operatori poco esperti. Considerando che molte sono ripetute durante la stagione vegetativa (taglio dell erba, diserbo sottochioma, spollonatura, cimatura, trattamenti, ecc.) è interessante considerare l opportunità di eseguire qualche operazione in combinazione con altre per ridurre i passaggi e il compattamento del terreno. Con la guida manuale questo non è possibile perché il conducente non può concentrrarsi sulla guida e contemporaneamente sul controllo di molte attrezzature. Lo scopo del lavoro è di comparare le performance di eseguite singolarmente e in modalità combinata usando la guida manuale e sistemi di guida automatici.

2 Le ipotesi sono: a) le traiettorie seguite dal trattore in guida automatica sono comparabili con quelle ottenute con guida manuale; b) solo una guida automatica consente di eseguire correttamente multiple con evidenti benefici di tempo, energia ed economici. Le considerate sono il diserbo meccanico sulla fila, la trinciatura dell erba, la cimatura e la spollonatura. Materiali e metodi Le attività si sono svolte presso l azienda agricola Cescon a Fossalta Maggiore di Chiarano (TV), è ad ordinamento misto zootecnico-vitivinicolo, ma con netta prevalenza della viticoltura. L azienda gestisce 30 ha di proprietà a vigneto di varie cultivar (Cabernet Franc, Cabernet Sauvignon, Riesling, Raboso Piave, Pinot grigio, Pinot bianco, Chardonnay con diversi sesti d impianto) di cui ne vinifica il 30% della produzione nella restaurata cantina aziendale mentre la restante parte viene venduta ad una cantina privata della zona, mentre l allevamento ormai conta non più di 20 capi totali. Le macchine e attrezzature utilizzate nella prova sono state: trattore Fendt Vario 211V, potenza massima 81kW (ECE R24) trinciaerba ad asse verticale Braun ALPHA sensor lama interceppo Clemens RADIUS SL montato ventralmente su entrambi i lati del trattore spollonatrice AVA Tordable ECOLO montata su sollevatore frontale, dotata di un unico telaio scavallante destra cimatrice Ero Elite a coltelli rotanti a profilo arrotondato due moduli di taglio collocati bilateralmente al telaio principale monitor integrato Fm Trimble provvisto ricevitore satellitare e di correzione differenziale RTK su base fissa sistema di guida automatica EZ-pilot integrato al volante ad azionamento elettrico Figura 1 Il trattore Fendt Vario 211 durante le prove di guida con le macchine combinate Figura 2 Monitor integrato Fm di Trimble usato per la guida e la registrazione dei dati

3 Figura 3 Volante motorizzato EZ-Pilot Figura 4 - Stazione di base RTK Su un appezzamento coltivato con varietà Chardonnay dell estensione di circa 2 ha con interfilare di 2,2 m, è stata selezionata una serie di filari che sono stati trattati sempre allo stesso modo per quanto riguarda il sistema di guida (guida manuale e guida automatica). Dapprima è stata eseguita la rilevazione di tutti i pali posizionando l antenna del ricevitore satellitare sopra il palo e tracciandolo come punto/ostacolo con coordinate precise (figura 5 e 6); una volta terminato questo lavoro i punti rilevati sono stati inseriti in un file GIS per poterli visualizzare e manipolare. Figura 5 - Pali rilevati e linee di mezzeria tracciate al GIS

4 Figura 6 Localizzazione manuale dei pali Successivamente sono state tracciate le linee di mezzeria per ogni singolo filare in modo da creare una linea ipotetica di guida su cui il trattore dovrebbe navigare. Durante tutti i passaggi nelle varie sono stati registrati con lo stesso monitor e a frequenza di 1 Hz, le coordinate, i tempi e le velocità assunte dalle attrezzature. Tali posizioni sono state poi confrontate con le linee di riferimento tracciate per ogni filare (figura 7). Figura 7 - Punti rilevati durante la prova di trinciatura e diserbo ed usati per l analisi delle traiettorie: le linee azzurre sono le linee riferimento della mezzeria dei filari, i punti marroni sono i punti di posizione della macchina con guida manuale, i punti rossi quelli rilevati con guida automatica. La linearità del percorso fatto dal trattore è stata valutata calcolando la media delle deviazioni assolute e la media delle deviazioni quadratiche, il calcolo è stato fatto sulla parte centrale dei filari in modo da eliminare le parti di ingresso e d uscita dal filare eliminando così le parti più distorte. Su questi appezzamenti sono state confrontate le menzionate precedentemente in modo singolo e combinato come visualizzato nella tabella 1.

5 Tabella 1 Schema riassuntivo delle tesi provate TESI OPERAZIONE GUIDA Passaggi singoli Passaggi combinati Passaggi combinati Trinciatura Diserbo meccanico Spollonatura Cimatura Trinciatura + Diserbo meccanico Spollonatura Cimatura Trinciatura + Diserbo meccanico Trinciatura + Diserbo meccanico + Spollonatura Trinciatura + Diserbo meccanico + Cimatura MANUALE GUIDA AUTOMATICA Per ogni tesi sono rilevati tutti i tempi operativi, le capacità di lavoro, i rendimenti operativi, i consumi di combustibile e il costo di esercizio delle macchine. Per i conti economici sono stati utilizzati i parametri riportati nelle tabelle 2. Tabella 2 Parametri utilizzati per il calcolo dei costi di utilizzo delle attrezzature. Trattore Lama diserbatrice Trinciatore Spollonatrice Cimatrice Ricevitore satellitare Sistema di guida Valore iniziale ( ) Deprezzamento ( /anno) Interessi ( /anno) Altri costi fissi ( /anno) Totale costi fissi ( /anno) Manutenzione e rip. ( /h) Manodopera ( /h) Totale costi variabili ( /h) Costi orari totali ( /h) Risultati Analisi delle deviazioni L analisi delle deviazioni sono riportate nella figura 8. Possiamo osservare come nei due tipi di guida ci siano in ogni caso valori abbastanza simili e che il sistema a guida automatica devia in maniera simile alla guida manuale, ed è dunque in grado di replicare il lavoro umano

6 14# 12# Distanza#dalla#linea#di#riferimento#(cm)# 10# 8# 6# 4# 2# 0#!2#!4# manuale# automa1ca# manuale# automa1ca# manuale# Trinciatura# Spollonatura# Trinciatura +diserbo# manuale# automa1ca# Cimatura# Trinciatura +diserbo +cimatura# Figura 8 Media delle distanze di scostamento dalla linea di riferimento per il sistema di guida manuale e quella automatica nelle varie singole e combinate Va tenuto conto che i test sono stati fatti di mattina quando l operatore non era ancora stanco di una giornata di lavoro. Si può dire dunque che in media il sistema di guida automatica tenda a seguire la traiettoria ideale, senza comportamento tendenziale a destra o sinistra rispetto alla direzione di avanzamento, tuttavia dimostra deviazioni locali relativamente alte, segno di un comportamento ancora non perfettamente controllato localmente. Confronto tra singole e combinate L analisi economica evidenza un maggior costo unitario per le eseguite con la guida automatica per effetto dei maggiori costi di investimento per allestire e rendere operativo il sistema di guida, come visualizzato nella tabella 3. Tabella 3 Costi unitari delle varie!6# separate riunite con guida manuale riunite con guida automatica Manodopera Manodopera Manodopera Costo ( /ha) (h/ha) Consumi (kg/ha) Costo ( /ha) (h/ha) Consumi (kg/ha) Costo ( /ha) (h/ha) Consumi (kg/ha) diserbo 48,45 1,17 5,99 trinciatura 52,88 1,20 8,16 spollonatura 76,47 1,55 9,24 82,47 1,55 9,24 cimatura 57,23 0,82 3,98 60,50 0,82 3,98 diserbo + trinciatura 66,95 1,24 8,73 79,45 1,24 8,73 diserbo+trinciatura+ spollonatura 126,49 1,62 11,95 diserbo+trinciatura+ cimatura 116,46 1,33 10,03 Nel complesso però, considerando che le varie si ripetono piu volte nel corso dell anno e quindi se l obiettivo è quello di valutare la convenienza economica dell adozione di un sistema di guida automatica rispetto alla guida manuale, occorre conoscere il numero di interventi delle di diserbo, trinciatura, spollonatura e cimatura previsti nella stagione. Conteggiando solo le considerate in questo lavoro, possiamo ipotizzare nella stagione un numero di 5 sfalci, di 2 di spollonatura e di altre 2 di cimatura, come schematizzato nella tabella 6 dove si evidenzia anche il numero di passaggi totali.

7 Tabella 4 Numero di passaggi totali previsti per le considerate nel caso di cantieri separati o in combinazione. numero di all'anno separate riunite con guida manuale riunite con guida automatica diserbo 5 trinciatura 5 spollonatura 2 2 cimatura 2 2 diserbo + trinciatura 5 1 diserbo+trinciatura+spollonatu ra 2 diserbo+trinciatura+cimatura 2 somma La tabella 5 mostra come all' adozione dei sistemi di guida, combinando tre, consegua annualmente una riduzione dei costi unitari di circa 209 /ha, una riduzione del fabbisogno di manodopera di 9,5 h/ha e una riduzione di consumi pari a 44,5 kg/ha. L adozione di sistemi di navigazione automatica porta a una riduzione di costi che potrebbe essere ancora più sensibile qualora questi venissero estesi anche ad altre come la sfogliatura. Tabella 5 Analisi stagionale dei costi unitari, fabbisogno di manodopera e consumi di gasolio ottenuti nelle tre tesi. costi unitari ( /ha) manodopera (h/ha) consumi (kg/ha) riunite con riunite con riunite con guida riunite con guida riunite con guida automatic guida automatic guida manuale a separate manuale a separate manuale riunite con guida automatica separate diserbo trinciatura spollonatura cimatura diserbo+ trinciatura diserbo+ trinciatura+ spollonatura diserbo+ trinciatura+ cimatura somma , Considerazioni Si può dire che guida manuale e guida automatica abbiano in generale performance pienamente confrontabili. In certe condizioni l abilità di guida dell uomo dimostra di essere ancora superiore alla precisione di posizionamento di un sistema GPS RTK. Va per contro sottolineato come mentre un sistema manuale vada incontro agli errori tipici dell aumento di stanchezza, calo dell attenzione,

8 riduzione della visibilità, un sistema di guida assistito dà garanzia di performance più prolungate nel tempo, indipendentemente dall abilità del conducente e dal suo stato psico-fisico. Dal punto di vista economico e operativo, nelle eseguite singolarmente non sembra conveniente l adozione della guida automatica nel vigneto rispetto a quella manuale, dal momento che la velocità di avanzamento è limitata dal tipo di attrezzatura e non viene aumentata per effetto della maggior facilità di guida. Inoltre maggiori sono i costi di acquisto del sistema di guida. I risultati delle prove portano alla conclusione che l utilizzo della guida automatica sia conveniente e vantaggiosa solo quando si utilizzino cantieri combinati in grado di svolgere più in un unico passaggio; del resto tali combinazioni di macchine non possono prescindere dall uso di questi sistemi. Oltre ai misurati e accennati risparmi economici ed energetici, occorre sottolineare anche che con la guida automatica si riduce l affaticamento del conducente e si migliora la sua qualità del lavoro con intuitivi vantaggi di ordine etico. La combinazione di più attrezzi porta tuttavia ad avere un cantiere di lavoro molto lungo e ingombrante che può determinare maggiori difficoltà di manovra con tempi di voltata più lunghi rispetto ad un cantiere con un singolo attrezzo; inoltre più laboriose risultano le sequenze del trattorista in occasione delle voltate per controllare la posizione dei singoli attrezzi. Se il primo aspetto riguarda le dimensioni delle aree di manovra a bordo campo, difficilmente risolvibili se non nei nuovi impianti, il secondo aspetto può essere migliorato consentendo al trattore di azionare automaticamente le attrezzature attraverso dispositivi elettronici automatici comandati del sistema di guida.