Sensores lidar y otros sensores para la caracterización de la vegetación y la pulverización de precisión

Transcripción

1 Curso Internacional de Tecnología de Aplicación de Sensores lidar y otros sensores para la caracterización de la vegetación y la pulverización de precisión i Agustí Dep. d Enginyeria Agroforestal Escola Tècnica Superior d Enginyeria Agrària de Lleida Introducción cv. Top red cv. Conference 2 AEscola@eagrof.udl.cat 1

2 Introducción Qué patogeno? Tratar o no tratar? Qué producto? Cómo tratar? Qué dosis? 3 Introducción Tratamiento convencional en cultivos arbóreos 5 AEscola@eagrof.udl.cat 2

3 Detección mediante sensores ópticos Ladd y Reichard, Detección mediante sensores ópticos Ladd y Reichard, AEscola@eagrof.udl.cat 3

4 Detección mediante sensores ópticos Porras et al., Detección mediante sensores de ultrasonidos Roper, AEscola@eagrof.udl.cat 4

5 Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) 10 Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) 12 5

6 Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) con ultrasonidos Roper, 1988 Sensores de ultrasonidos 13 Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) con ultrasonidos Giles et al., 1989 Sensores de ultrasonidos 14 6

7 Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) con ultrasonidos Balsari y Tamagnone, Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) con sensores ópticos Koch y Weisser, sensor de ultrasonidos por boquilla 16 AEscola@eagrof.udl.cat 7

8 Técnicas de aplicación Dosificación selectiva (todo/nada) con lidar Wangler et al., 1994 Sensor lidar 17 Caracteritzación de la vegetación Principio de funcionamiento sensor lidar Receptor Emisor Encoder Espejo Rotativo 18 8

9 Caracteritzación de la vegetación Principio de funcionamiento sensor lidar 19 Caracteritzación de la vegetación Detección mediante sensor lidar Wangler et al.,

10 Caracteritzación de la vegetación Detección mediante sensor lidar Wangler et al., Caracteritzación de la copa y ajuste de la dosis Estimación del volumen Tree Row Volume (TRV) TRV USA Byers et al., C B TRV(m ha) = a V (L ha) = (TRV i) + A V A0 4 C B a 22 AEscola@eagrof.udl.cat 10

11 Dosificación de fitosanitarios Concentración (%, g or ml/100l brou ) qué volumen de aplicación L/ha? Unidad de superficie cultivada (g or ml/ha) qué hay en un ha? Altura de copa (g or ml/ha m altura ) y la 3ª dimensión? Superficie de pared vegetal (g or ml/ha m 2 SPV) y la 3ª dimensión? Tree Row Volume (g or ml/m 3 copa) qué hay dentro del m 3? Pesticide Adjustment to Crop Environment (UK) y la 3ª dimensión? Otros: basados en LAI, densidad foliar y otros cómo estimar bien? 23 Caracteritzación de la copa Estimación electrónica del volumen McConnell et al., AEscola@eagrof.udl.cat 11

12 Modelos de ajuste dosis constante Qué pasa con la variabilidad? Volumen de copa = 90m 3 CV = 40% Zona troncos MICROVARIABILIDAD (1 muestra cada 10 o 20 cm) 25 Modelos de ajuste dosis constante Qué pasa con la variabilidad? Volumen de copa = 90m 3 CV = 40% MACROVARIABILIDAD (a lo largo y ancho de filas y parcela) 26 AEscola@eagrof.udl.cat 12

13 Cuantificación mediante 1 sensor ultrasónico s b c 1 d 1 d màx a/2 e 27 Sensores ultrasónicos Calibraje en campo a b c d Distància a fulla (cm) Calibraje distancia R 2 =0, Senyal a fulla (V) Análisis de interferencias R 2 =0,91 e Lectura I60 (V) Lectura neta (V) 28 AEscola@eagrof.udl.cat 13

14 Variabilidad de la vegetación Freq. relativa Freq. relativa acumulada 20% 100% 18% 90% Freqüència relativa (%) 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% Freqüència relativa acumulada (%) 2% 10% 0% 0% [0,10) [10,20) [20,30) [30,40) [40,50) [50,60) [60,70) [70,80) [80,90) Amplada capçada (cm) Ancho de copa (cm) [90,100) [100,110) [110,120) [120,130) 29 Cuantificación mediante 2 sensores ultrasónicos s 2 b 2 c 2 d 2 b 1 c 1 s 1 d 1 30 AEscola@eagrof.udl.cat 14

15 Sensors d ultrasons (cv. Golden) Estimació del volum de capçada amb 1 i 2 sensors 0,50 0,40 Volum vegetació de capçada (m3) (m 3 ) 0,30 0,20 0,10 a c 0,00 V1 VS1 tornada dret V1+2 VS1+2 tornada dret 0,50 0,40 Volum vegetació de capçada (m3) (m 3 ) 0,30 0,20 b d 0,10 0,00 VS1 V1 esquerre anada VS1+2 V1+2 esquerre anada 31 Cuantificación mediante 3 sensores ultrasónicos b 3 b 2 s 3 c 3 c 2 s 2 d 3 d 2 McConnell et al., 1983 Giles et al., 1988 s = N ( c j b j ) j= 1 b 1 c 1 s 1 d 1 32 AEscola@eagrof.udl.cat 15

16 Cuantificación mediante 3 sensores ultrasónicos r h V Ci = r h N ( c j b j ) j= 1 r h 33 Cuantificación manual del volumen de copa Estimación del volumen Tree Row Volume (TRV) TRV USA Byers et al., 1971 TRV SW1 Rüegg y Viret, 1999 TRV SW2 Rüegg y Viret, 1999 b/2 C C C B b b/2 34 AEscola@eagrof.udl.cat 16

17 Comparativa técnicas sensoriales vs. manuals Volumen tramo izquierdo (m 3 ) Volumen tramo derecho (m 3 ) Volumen unitario (m 3 /ha) V 3S 122,84 143, TRV USA 249,98 249, TRV SW1 145,82 145, TRV SW2 109,37 109, Cuantificación mediante 10 sensores ultrasónicos Durand-Wayland Inc., LaGrange, USA 36 AEscola@eagrof.udl.cat 17

18 Correlating vegetation & spraying 38 Correlating vegetation & spraying 40 18

19 Cuantificación mediante sensor lidar Walklate et al., 1997 Tumbo et al., 2001 Sanz et al., Cuantificación mediante sensor lidar Walklate et al., 1997 Tumbo et al., 2001 Sanz et al.,

20 Cuantificación mediante sensor lidar Walklate et al., 1997 Tumbo et al., 2001 Sanz et al., Cuantificación mediante sensor lidar r h r h 44 AEscola@eagrof.udl.cat 20

21 Comparativa lidar - ultrasonidos Diámetre de impacto cm 2.08cm 2.29cm 2.50cm cm 4.36cm 8.72cm 13.09cm Distància (cm) 45 Comparativa lidar - ultrasonidos Estimación del volumen de copa Ultrasonidos Vegetation volume (m 3 ) Lidar Row distance (m) m 3 veg / m 3 veg Sobre estimación del 47.80% 46 AEscola@eagrof.udl.cat 21

22 Estimación densidad de follaje con sensor lidar 47 Comparativa lidar - ultrasonidos Estimación del volumen de copa Volum de de vegetació capçada (m 3 ) 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 VVveg C lidar Lidar R R A1 VVveg C lidar Lidar C C A1 VVveg C US US A AEscola@eagrof.udl.cat 22

23 Comparativa lidar - ultrasonidos Estimación del volumen de copa 1,0 0,9 0,8 Volum de capçada (m Vveg 3 ) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Vveg V Lidar C A1 Vveg Lidar R A1 Vveg A1 Vveg Lidar A1 Vveg Lidar A1 Vveg A1 C lidar C V C lidar R V C US V C lidar C V C lidar R V C US Metodología Volumen (m 3 ) Media (m 3 ) CV (%) Ultrasonidos izq 91,05 (+187%) 0,45 a 39,39 Lidar C izq 42,75 (+35%) 0,21 b 50,15 Lidar R izq 31,73 0,16 c 57,37 49 Estimación densidad de follaje con sensor lidar 50 AEscola@eagrof.udl.cat 23

24 Estimación densidad de follaje con ultrasonidos Balsari et al., Mediante sensor lidar POS-PROCESO PROCESO Parámetros estimados Altura de copa Anchura de copa Sección tranversal de copa Volumen de copa Superfície foliar total Densidad de área foliar Índice de Área Foliar Tree area density Otros parámetros estadísticos 52 24

25 Mediante sensor lidar Tiempo Real Parámetros estimados Altura de copa Semi-anchura instantánea Semi-sección transversal inst. Semi-volumen transversal inst. Pero qué hay en esos volúmenes? Superficie foliar? Densidad de follaje? 53 Mediante sensor lidar 54 25

26 Mediante sensor lidar Nubes de puntos 55 Mediante sensor lidar Interpretación Paso 2 Paso 1 Paso 3 56 AEscola@eagrof.udl.cat 26

27 Mediante sensor lidar Interpretación 57 Mediante sensor lidar Evolución del volumen Pyrus communis L. cv Blanquilla Volum de copa estimado (dm 3 ) 59 AEscola@eagrof.udl.cat 27

28 Mediante sensor lidar Superfície foliar 1 TOP VIEW FRONT VIEW 2 3 PROCESO: 1) Escaneo lidar 2) Defoliación 3) Determinación área foliar 60 Mediante sensor lidar Superfície foliar Malus domestica cv Red chief 61 AEscola@eagrof.udl.cat 28

29 Mediante sensor lidar 62 Mediante sensor lidar 63 29

30 Aplicaciones Junto con sistemas de dosificación variable ajuste de dosis en tiempo real. Junto con sistemas de soporte a la toma de decisiones ajustes de dosis. Junto con SSNG elaboración de mapas de vegetación. Análisis de la evolución de la vegetación en estudios varios. Junto a sensores radiométricos estimación de la salud de la vegetación. 64 Aplicaciones Junto con sistemas de dosificación variable ajuste de dosis en tiempo real. Junto con sistemas de soporte a la toma de decisiones ajustes de dosis. Junto con SSNG elaboración de mapas de vegetación. Análisis de la evolución de la vegetación en estudios varios. Junto a sensores radiométricos estimación de la salud de la vegetación. 65 AEscola@eagrof.udl.cat 30

31 Prototipo dosificación variable TR Fluxpro 2 para cultivos arbóreos 66 Continuous correlation vegetation & spraying 68 AEscola@eagrof.udl.cat 31

32 Cuantificación mediante 3 sensores ultrasónicos r h 69 Cuantificación mediante sensor lidar r h 70 AEscola@eagrof.udl.cat 32

33 Procesado de datos en sensor lidar 71 Procesado de datos en sensor lidar Perfil contorneado Semisección transversal ( ) ( x ) k xk y y + k k s = Perfil real Semivolumen de copa ( ) ( x ) k xk y y + = rh k k VCi 72 AEscola@eagrof.udl.cat 33

34 Prototipo dosificación variable TR Fluxpro 2 para cultivos arbóreos Vs Vt3 EV3 Vs TP A C Vs Vt2 EV2 Vs Vs D2 D1 R Vs Vt1 EV1 Vs Vs F B Vs F 73 Dosificación variable en TR Fluxpro 2 con ultrasonidos en cv. Conference Volumen Volumen de vegetación de (m 3 (m ) 3 ) m 3 veg Tiempo (s) 3.98 L / 6.11 L (-33.42%) Eficiencia = 13.30% Volumen pulverizado de caldo aplicado (ml) (ml) 74 AEscola@eagrof.udl.cat 34

35 Dosificación variable en TR Fluxpro 2 con lidar en cv. Conference 0,50 10,00 0,45 9,00 Volumen de vegetación copa (m3) 3 ) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0, m 3 veg 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 Volumen pulverizado Cabal (L/min) (ml) 0,00 0, Distancia (m) (m) 8.09 L / L (-37.30%) Eficiencia 16% 75 Dosificación variable en TR Fluxpro 2: validación de las aplicaciones variables Coeficiente de aplicación (L/m 3 veg) Application coefficient (L/m 3 veg) Métode de dosificación: Caudal (L/min)= s (m 2 veg) v (m/s) i c (L caldo / m 3 veg) Objectivo del prototipo: Mantener i real lo más próximo posible de i consigna Coeficient d aplicació consigna Volumen Vegetation de copa Volum (m (m 3 ) ) 76 AEscola@eagrof.udl.cat 35

36 Dosificación variable en TR Fluxpro 2: validación de las aplicaciones variables Ground losses Recovery Drift Tracer (g/ha) Conventional treatment Variable rate treatment -44,3% -16,7% -23,6% 77 Aplicaciones Junto con sistemas de dosificación variable ajuste de dosis en tiempo real. Junto con sistemas de soporte a la toma de decisiones ajustes de dosis. Junto con SSNG elaboración de mapas de vegetación. Análisis de la evolución de la vegetación en estudios varios. Junto a sensores radiométricos estimación de la salud de la vegetación. 78 AEscola@eagrof.udl.cat 36

37 Ajuste de dosis 79 Ajuste de dosis 80 37

38 38