Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio. Dott. Aldo Calcante

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1 Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio Dott. Aldo Calcante

2 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

3 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 (NRC USA, 1999) QUALITA GESTIONALE DECISIONI BASATE SU INFORMAZIONI MIRATE

4 L AP come sistema integrato POTATURE CIMATURE CONCIMAZIONI TRATTAMENTI DISERBI CONTROLLO OPERAZIONI 3 2 MONITORAGGIO E REGISTRAZIONE DATI 1 RACCOLTA LAVORAZIONI DEL TERRENO OUT ANALISI E PIANIFICAZIONE IN GESTIONE TELERILEVAMENTO EXTERNAL SERVICE

5 AP e management informatizzato CAPACITA DECISIONALE QUALITA GESTIONALE Necessario automatizzare i processi di monitoraggio

6 Le forme di monitoraggio osservazioni sugli stati e sulla dinamica delle colture in atto MONITORAGGIO MONITORAGGIO COLTURALE COLTURALE Archivio Dati Colturali Archivio Dati Ambientali Strumenti per l analisi dei dati aziendali e per la sintesi intuitiva delle informazioni (GIS, diagrammi, mappe tematiche etc.) MONITORAGGIO MONITORAGGIO AMBIENTALE AMBIENTALE parametri dell ambiente in cui ha luogo l attività produttiva Archivio Attività di Campo MONITORAGGIO OPERATIVO dati sulle modalità di svolgimento delle attività produttive aziendali

7 Il monitoraggio colturale

8 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

9 Il telerilevamento

10 I requisiti del TLR

11 Il Ground Sensing

12 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

13 Il Ground Sensing: rilievi di pieno campo Rilievo singolo Rilievo effettuato in combinazione con un operazione colturale Mappa di NDVI

14 Il Ground Sensing: rilievi in punti spia

15 Il Ground Sensing: la mappatura delle produzioni Sistemi di monitoraggio montati sulle macchine da raccolta

16 Il punto d arrivo

17 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.

18 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.

19 Una soluzione: utilizzare i Droni

20 Classificazione dei Droni 1. Impiego in base alle necessità 2. Decollo verticale 3. Costi contenuti 4. Possibilità di programmare le traiettorie di volo

21 La risoluzione spaziale Ground Sample Distance

22 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

23 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

24 Applicazione dei Droni in Agricoltura: monitoraggio Monitoraggio colturale (nutrienti, acqua, vigore vegetativo, stress) Gestione degli appezzamenti Gestione colture e allevamento

25 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

26 Alcuni esempi: inventario colture Conteggio piante

27 Stima della dimensione delle piante

28 Rilievo di stress su piante Camera multispettrale Termocamera

29 Mappe di vigore + Immagine in falso colore - Immagine NDVI (il verde scuro indica biomassa vigorosa e in salute) Source: Ehsani, UFL

30 Ricapitolando (1) Risoluzione Spaziale Risoluzione Temporale Risoluzione Radiometrica Risoluzione Spettrale Satellite Aereo Ground Sensing Drone

31 Ricapitolando (2) Flessibilità d impiego Visione d insieme Presenza dello stress Architettura canopy Satellite / Aereo / Ground Sensing Drone

32 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

33 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.

34 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 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) 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

35 Potenzialità dei droni in applicazioni di monitoraggio Grazie per l attenzione Dott. Aldo Calcante