Stato dell arte nell uso dei sensori per la diagnostica colturale

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1 Stato dell arte nell uso dei sensori per la diagnostica colturale Martina Corti

2 Sensore Impiegato Tecnica di acquisizione Elaborazione Dato Camera Digitale Camera Termica Satellite DRONE Analisi Statistica Mappatura DESCRIZIONE DELLE CARATTERISTICHE FISICO-CHIMICHE DEL TARGET

3 APPLICAZIONI IN AGRICOLTURA DELLE TECNICHE DI REMOTE SENSING Diagnosi e monitoraggio degli stress che investono la coltura AGRICOLTURA DI PRECISIONE

4 APPLICAZIONI IN AGRICOLTURA DELLE TECNICHE DI REMOTE SENSING Diagnosi e monitoraggio degli stress colturali Relazione tra proprietà elettromagnetiche e stress Mappe di Variabilità Mappa di prescrizione AGRICOLTURA DI PRECISIONE

5 INTERAZIONI TRA LA LUCE E LA MATERIA Sensori ottici permettono di ricavare informazioni sugli oggetti posti a distanza in base all energia elettromagnetica che riflettono TIPO DI SENSORE OCCHIO UMANO SENSORE MULTISPETTRALE SENSORE IPERSPETTRALE SENSORE TERMICO ZONA SPETTRO RILEVATA Da 400 a 700 nm 3-20 lunghezze onda 100+ lunghezze onda Da 8000 a nm

6 INTERAZIONI TRA LA LUCE E LA MATERIA L energia incidente viene modificata dagli oggetti che incontra nel suo percorso RIFLESSIONE TRASMISSIONE ASSORBIMENTO Lovenstein, H., Lantinga E.A., Rabbinge R., van Keulen H., Les principes de la théorie de l'écologie de la production. Rapports PSS N 13, Wageningen.

7 Sensori ottici in agricoltura: perché? Ogni materiale, inclusa la vegetazione, ha la propria curva di riflettanza che mostra la porzione di energia riflessa per ciascuna lunghezza d onda incidente Visibile Infrarosso Tecniche ottiche indagano lo stato della coltura a partire dall energia elettromagnetica riflessa dalla foglia Dott. Gabriele Candiani, LEZ. Il Telerilevamento - Aspetti teorici e applicazioni agronomiche, 2014

8 SENSORI MULTISPETTRALI SENSORI OTTICI Rilevano riflettanze in bande larghe e di numero ridotto, spesso non vicine (es. nel verde nel rosso e nel vicino infrarosso) SENSORI IPERSPETTRALI Rilevano riflettanze in molte bande strette, spesso molto vicine (es. ogni 10 nm)

9 SENSORI OTTICI Tecniche di IMAGING Combinano le potenzialità dei sensori ottici con le immagini dell oggetto di interesse Multispettrali - Iperspettrali

10 SENSORI OTTICI Trattori o Manuali CropCircle sensor GreenSeeker sensor Yara-N sensor SENSORI MULTISPETTRALI IMAGING Droni o Aerei Fotocamere Digitali Satelliti MODIS LANDSAT SPOT IKONOS QUICK BIRD RAPID EYE Manuali Spettroradiometri (es. Field Spec) SENSORI IPERSPETTRALI Droni o Aerei IMAGING Strumenti da laboratorio o Montati su aerei Scanner Iperspettrale Satelliti Hyperion EO-1 sensor FTHSI on MightySat II «CARRIER» DIPENDENTI DAL LIVELLO DI SCALA

11 APPLICAZIONI IN AGRICOLTURA DELLE TECNICHE DI REMOTE SENSING Diagnosi e monitoraggio degli stress colturali Relazione tra proprietà elettromagnetiche e stress Mappe di Variabilità Mappa di prescrizione AGRICOLTURA DI PRECISIONE

12 RELAZIONE TRA PROPRIETÀ ELETTROMAGNETICHE E STRESS

13 RIFLETTANZA E INDICI VEGETAZIONALI Proprietà ottiche della foglia dipendono dalla condizione della pianta che possono essere monitorate e quantificate attraverso i sensori ottici Spesso l informazione di tali sensori è riassunta in INDICI VEGETAZIONALI Da sensore multispettrale a banda larga POTERE DIAGNOSTICO LIMITATO Legato ai cambiamenti di verde e di copertura vegetale Da sensore iperspettrale a banda stretta POTERE DIAGNOSTICO MAGGIORE Legato alle caratteristiche biochimiche

14 Normalized Difference Vegetation Index NDVI NIR NIR RED RED

15 INFORMAZIONI ACQUISIBILI TRAMITE INDICI VEGETAZIONALI DISCRIMINARE LO STADIO FENOLOGICO in base alla copertura del terreno e poi a cambiamenti di valori di riflettanza in specifiche lunghezze d onda STIMARE LA RESA in base a modelli di crescita da integrare con le informazioni da sensore (LAI); o in base a relazioni empiriche tra indici vegetazionali e resa DISCRIMINARE PRESENZA DI INFESTANTI E MALATTIE In base agli effetti delle malattie sulla colorazione fogliare molti studi sono in atto per discriminare il tipo e la gravità della malattia

16 INFORMAZIONI ACQUISIBILI TRAMITE INDICI VEGETAZIONALI STRESS IDRICO STRESS AZOTATO

17 TRL

18 STATO DELL ARTE E CASI STUDIO FERTILIZZAZIONE AZOTATA SENSORE INDICE TRL USO DELL INDICE 5 Predizione della concentrazione di azoto fogliare Multispettrale Manuale Su Trattore NDVI Predizione delle asportazioni 9 Input in modelli per la stima degli apporti azotati 5 Stima dei livelli di clorofilla

19 Sensori multispettrali Commercializzati Gli algoritmi sviluppati sono specifici per sensore, coltura e luogo di applicazione La correlazione tra indici vegetazionali e contenuto di azoto aumenta con l avanzare del ciclo colturale Uso di poche bande e dubbi su univocità delle risposte

20 STATO DELL ARTE E CASI STUDIO FERTILIZZAZIONE AZOTATA SENSORE INDICE TRL USO DELL INDICE CAMERA DIGITALE NDVI 5 Predizione della concentrazione di azoto fogliare Stima dei livelli di clorofilla

21 Economica Facile applicazione Necessario delle immagini pre-processamento La correlazione tra indici vegetazionali e contenuto di azoto aumenta con l avanzare del ciclo colturale Uso di poche bande e dubbi su univocità delle risposte.

22 STATO DELL ARTE E CASI STUDIO SENSORE INDICE TRL USO DELL INDICE Multispettrale Manuale Su Trattore Satellitare STRESS IDRICO NDVI 3 Stima di contenuto idrico del suolo 7 Input in modelli per calcolo di evapotraspirazione 9 Input in modelli su scala regionale

23 STATO DELL ARTE E CASI STUDIO SENSORE INDICE TRL USO DELL INDICE Termico STRESS IDRICO Indici Termici 7 Stima della presenza dello stress idrico 5 Stima del livello di stress idrico 4 Stima del contenuto idrico fogliare

24 APPLICAZIONI IN AGRICOLTURA DELLE TECNICHE DI REMOTE SENSING Diagnosi e monitoraggio degli stress colturali Relazione tra proprietà elettromagnetiche e stress Mappe di Variabilità Mappa di prescrizione AGRICOLTURA DI PRECISIONE

25 CASO STUDIO UNIMI-CREA di LODI OBIETTIVI: individuare la relazioni tra NDVI da camera a basso costo e Biomassa per mappatura variabilità PRIMO PASSO verso mappa di prescrizione MA imprescindibile alla conoscenza di ciò che avviene in campo