La agricultura de precisión se basa en el análisis de la variabilidad espacial de distintos factores abióticos (suelo, drenaje, estrés hídrico), así como bióticos (malezas, enfermedades y plagas), existentes en los huertos. Para realizar una correcta aplicación de estas técnicas es necesario localizar la variable de interés mediante la utilización de los sistemas de posicionamiento […]
Para realizar una correcta aplicación de estas técnicas es necesario localizar la variable de interés mediante la utilización de los sistemas de posicionamiento global (GPS), sensores, software y computadores.
El objetivo de la agricultura de precisión es identificar zonas de manejo homogéneo para realizar aplicaciones y prácticas de manejo localizadas. Con ello es posible aumentar los beneficios económicos y, por ende, mejorar la sostenibilidad de los huertos.
Así, la inspección de los huertos frutícolas, mediante el uso de drones o sistemas aéreos no tripulados (UAV- por las siglas en inglés Unmanned Aerial Vehicle), se está convirtiendo en una práctica relevante a la hora de tomar decisiones de manejo.
Los UAVs se han desarrollado en los últimos años como una plataforma aérea para la adquisición de imágenes con múltiples aplicaciones en la agricultura. Las principales ventajas de los UAVs frente a otras plataformas aéreas, tales como satélites y aviones tripulados, son la facilidad para realizar vuelos en el momento deseado, su menor costo y el menor riesgo de accidentes. Además, la información temporal de los sistemas convencionales está limitada por la disponibilidad de los aviones tripulados y frecuencia de re-visita de los satélites, a diferencia de los UAVs, que pueden ser utilizados en periodos determinados por los usuarios.
Existen diversos modelos, formas y fabricantes de UAVs, pero básicamente éstos se pueden categorizar en sistemas multirrotor (o ala rotatoria) y de ala fija (Fixed-Wing). El sistema multirrotor o multicóptero (con distinto número de motores y hélices), sirve para realizar operaciones de corta distancia y trabajos específicos, ya que tienen la capacidad de quedar fijos en un punto determinado y realizar su operación sin necesidad de desplazarse.
Estos aparatos pueden realizar un despegue y aterrizaje vertical (Vertical Take Off and Landing – VTOL), lo que les permite operar en condiciones especiales. Por otro lado, los drones de ala fija, en general, son utilizados para realizar labores en grandes extensiones y distancias, ya que tienen una mayor velocidad de crucero y autonomía de vuelo. No obstante, son equipos más complejos, tienen un mayor tamaño y para operarlos se necesita más experiencia.
El monitoreo aéreo de huertos puede ser realizado con distintos UAVs. Sin embargo, la precisión y confiabilidad de los datos depende de una serie de factores técnicos, tales como altura y plan de vuelo, captura de imágenes en movimiento, estabilidad del UAV, condiciones climáticas, presencia de aerosoles en la atmósfera y ubicación del sol (efecto hot spot).
Además, para un monitoreo correcto es necesario considerar qué tipo de cámaras serán utilizadas. La elección de éstas depende de múltiples factores, tales como objetivo del monitoreo (detección de estrés, expresión vegetativa, cobertura, conteo de plantas, volumen de copas, etc.), presupuesto (por el costo de las cámaras), precisión (tipo de sensor), resolución (tamaño de píxeles) y área de monitoreo.
Básicamente el monitoreo aéreo realizado con los UAVs corresponde a la captura de imágenes de los huertos, que pueden ser utilizadas para conocer en tiempo real o con un mínimo desfase (un par de días), para mejorar las labores y productividad.
El uso de los UAVs permite mejorar las técnicas de agricultura de precisión mediante la recolección de grandes cantidades de datos en cortos periodos de tiempo. Con ello los agricultores pueden pasar de un “muestreo de una planta específica” (monitoreo tradicional), a medir toda la población (cuartel o huerto completo).
Otra ventaja de las imágenes obtenidas con los UAVs es su alta resolución (píxeles menores a un centímetro para imágenes convencionales del tipo RGB). Esto se puede lograr gracias a que los UAVs son capaces de volar mucho más bajo y adquirir así imágenes con una resolución mucho mayor que los sistemas tradicionales.
Ello posibilita la detección de cambios sutiles pero importantes en la estructura de las plantas.
Estudio de caso
Durante la temporada 2014/2015 se realizó un monitoreo aéreo de dos cuarteles de manzanos, localizados en la comuna de San Clemente, Región del Maule, con características contrastantes, a fin de obtener información cuantitativa de ellos, en relación a su expresión vegetativa, en particular el grado de cobertura. El Cuartel 1, “Débil”, tiene una superficie de 6,5 hectáreas, cv. Granny Smith/MM 111, plantado el 2006, a 4,2 x 2,2 m (1.082 plantas/hectárea), y una producción media de 55 toneladas/ hectárea. Por su parte el Cuartel 2, “Vigoroso”, consta de 5,5 hectáreas, cv. Granny Smith MM 106, plantado el 2000, a 4,0 x 2,2 m (1.136 plantas/hectárea), y una producción de 80 toneladas/hectárea.
Para el monitoreo de los cuarteles se utilizó un sistema UAV multirrotor de cuatro hélices, equipado con una cámara RGB convencional, con una resolución de 12.1 megapíxeles (Canon modelo S100), más una cámara modificada NGB, con un filtro en el infrarrojo cercano (Figura 2a y 2b). El UAV utilizado cuenta con la capacidad de despegue y aterrizaje vertical y está dotado de un GPS que le permite volar de manera automática, siguiendo una ruta previamente programada. El sistema de manejo del UAV incluye una emisora de radiocontrol, una estación base para recepción de datos de telemetría y un software para diseño de rutas (plan de vuelo), configuración del vehículo e interpretación de la telemetría.
El tiempo de vuelo para cubrir cada uno de los cuarteles fue de ocho minutos, considerando una altura de cien metros. Las imágenes RGB y NGB obtenidas (170 individuales para cada vuelo), fueron unidas mediante un proceso de generación del ortomosaico, que consideró la alineación de las fotos y la construcción de la geometría y la textura.
Para realizar este proceso se utilizó un software comercial y un computador de alto rendimiento.
Para el cálculo del grado de cobertura de cada cuartel se utilizó un código de segmentación entre suelo y planta, escrito en MATLAB, para el análisis de las imágenes. Los resultados de estos análisis preliminares mostraron que la cobertura el Cuartel 1 “Débil”, fue de 34%, mientras que la del Cuartel 2, “Vigoroso”, fue de 49%.
Esto evidencia que el uso de sistemas UAV permite una detección en forma rápida y cuantitativa de las condiciones actuales de un huerto.
Análisis posteriores de la información recolectada, en especial de las imágenes NGB, pueden ser utilizados para determinar zonas de expresión vegetativa diferente dentro de los cuarteles. Esta información es relevante, debido a que posibilita el monitoreo dirigido de diferentes variables de interés agrícola, como rendimiento, daño por sol, plagas y enfermedades, entre otras.
