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AGROMENSAJES 41 7 - 17 MAYO 2015

Artiacuteculo de divulgacioacuten

Drones nueva dimensioacuten de la teledeteccioacuten agroambiental y nuevo paradigma

para la agricultura de precisioacuten

Di Leo Neacutestor C Manejo de Tierras

Teledeteccioacuten Aplicada y Sistemas de Informacioacuten Geograacutefica Facultad de Ciencias Agrarias ndash UNR

ndileounreduar

Introduccioacuten

La teledeteccioacuten o percepcioacuten remota (en ingleacutes Remote Sensing) es una disciplina cientiacutefica que integra un amplio conjunto de conocimientos y tecnologiacuteas empleadas en la observacioacuten el anaacutelisis y la interpretacioacuten de fenoacutemenos terrestres y planetarios La etimologiacutea de la palabra refiere a la adquisicioacuten de informacioacuten sobre un objeto o fenoacutemeno sin hacer contacto fiacutesico con el mismo por tanto contrasta con la observacioacuten directa o in-situ En el uso moderno el teacutermino generalmente se refiere a la utilizacioacuten de tecnologiacuteas de sensores montados en plataformas espaciales o aeacutereas que detectan y clasifican yo fenoacutemenos en la Tierra por medio de ondas electromagneacuteticas propagadas (ej luz visible infrarrojo etc)

Los oriacutegenes histoacutericos de esta disciplina se hallan iacutentimamente vinculados al desarrollo tanto de la tecnologiacutea fotograacutefica como de la aviacioacuten y de la industria aeroespacial Desde las primeras fotografiacuteas aeacutereas tomadas desde un globo aerostaacutetico por el aeronauta Gaspar Tournachon sobre la ciudad de Paris en 1858 fue en las Guerras Mundiales del siglo XX donde la disciplina se sistematiza y consolida a partir del uso militar de la fotografiacutea aeacuterea lo que a su vez luego da impulso al uso de la misma con fines cartograacuteficos yo topograacuteficos (ortofotografiacutea fotogrametriacutea etc)

Desde comienzos del tercer tercio de aquel siglo el sensoramiento remoto vuelca su desarrollo disciplinar hacia la utilizacioacuten de plataformas satelitales Surge asiacute la Teledeteccioacuten Espacial que aprovecha el desarrollo de la informaacutetica que ocurriacutea en paralelo para ofrecer un sinnuacutemero de opciones de manejo procesamiento y modelizacioacuten de la informacioacuten en formato digital captada por los sensores remotos espaciales Como hito temporal merece destacarse el 23 de julio de 1972 fecha de lanzamiento del primer sateacutelite de la serie Landsat destinados a la observacioacuten terrestre y a la evaluacioacuten de los recursos naturales

Sobre la base del desarrollo tecnoloacutegico acumulado en esta disciplina la primera deacutecada del siglo XXI trajo consigo la disponibilidad de Vehiacuteculos Aeacutereos No Tripulados (VANTs) UAVs (Unmanned Aerial Vehicle) o RPAs (Remotely Piloted Aircraft) popularmente conocidos como ldquodronesrdquoSi bien el teacutermino ldquodronerdquo originalmente haciacutea referencia a los UAVs militares se ha extendido a cualquier tipologiacutea de aparato aeacutereo no tripulado sea enteramente automaacutetico o piloteado por radio-control

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Al igual que en las aeronaves tripuladas los drones se clasifican seguacuten su condicioacuten de sustentacioacuten (de ala fija o multirrotores) seguacuten su tipo de propulsioacuten (eleacutectricos turboheacutelices a reaccioacuten etc) seguacuten su tiempo de autonomiacutea su techo de servicio (altura maacutexima de vuelo que se relaciona con la escala miacutenima de las imaacutegenes captadas) y su alcance

Dronemultirrotor DJI Phantom 20 Vision+ de 35 cm de largo (Fuente DJI Corp Ltd)

Drone de ala fija Trimble XU-5 de 1 m de envergadura alar (Fuente Runco SA)

La carga uacutetil de cualquier drone estaraacute determinada por los objetivos de las tareas de relevamiento yo monitoreo a realizar pero comuacutenmente se hallan equipados con geoposicionadores (GPS) caacutemaras de alta resolucioacuten multiespectrales yo termograacuteficas videocaacutemara frontal (FFC) sensor de luminosidad incidente (ILS) equipo de radioenlace conectividad con red de telefoniacutea celular etc El conjunto funcional que planifica y controla la operacioacuten de un drone posee dos segmentos claramente definidos

bull Segmento de aeacutereo formado por el vehiacuteculo aeacutereo (plataforma junto con la carga uacutetil a bordo) y los sistemas de recuperacioacuten (aterrizaje sobre ruedas o patines red cable paracaiacutedas etc)

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bull Segmento de terrestre formado por la unidad o estacioacuten de control que es la que recibe la informacioacuten enviada por el drone y a su vez controla su desempentildeo en vuelo (antenas computadoras portaacutetiles software especiacutefico) y los sistemas de impulsioacuten inicial o lanzamiento si es que el drone supera cierto peso que impida impulsarlo a mano (pueden ser hidraacuteulicos neumaacuteticos tipo ballesta etc) Si el tamantildeo del aparato es pequentildeo y poco complejos los sensores y caacutemaras a bordo el segmento terrestre puede reducirse a una tablet yo smartphone con sistema Android

Nueva dimensioacuten de la teledeteccioacuten agroambiental

Como cualquier sensor remoto de tipo pasivo la capacidad discriminante de las caacutemaras montadas en drones frente a las distintas condiciones de uso cobertura y estado presentes en la superficie terrestre viene dada por la capacidad de relevamiento multiespectral (tambieacuten hiperespectral) de la energiacutea reflejada por los distintos objetos que se hallan presentes en la escena Cuanto maacutes bandas espectrales posea la caacutemara a bordo del drone mayor seraacute la cantidad y calidad de informacioacuten y por ende mayor seraacute la capacidad discriminante de las distintas coberturas del terreno

Curvas de respuesta espectral tiacutepicas de algunas coberturas terrestres (Fuente Olaya V)

La teledeteccioacuten a partir de sensores montados en drones presenta varias ventajas respecto a la fotografiacutea aeacuterea convencional e incluso frente a las imaacutegenes captadas desde plataformas satelitales en aplicaciones agriacutecolas que requieran escalas de detalle pero no asiacute para estudios zonales o regionales Estas ventajas se circunscriben a tres aspectos fundamentales

bull Mayor resolucioacuten espacial bull Mayor resolucioacuten temporal bull Favorable relacioacuten entre el nivel de detalle y el costo por unidad de aacuterea relevada

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Respecto de la resolucioacuten espacial los sistemas satelitales que ofrecen mejores niveles de detalle (Ikonos Quickbird Worldview etc) presentan en sus caacutemaras multiespectrales tamantildeos de piacutexel mayores al metro las resoluciones submeacutetricas se verifican en sus caacutemaras pancromaacuteticas Como referencia un drone volando a 1000 m de altitud ofrece un piacutexel de aproximadamente 40 cm de lado y de 45 cm si la altitud es de 120 m

La fotografiacutea aeacuterea convencional puede ofrecer resoluciones espaciales aproximadas a las de los drones pero con costos operativos sustancialmente mayores y mucha menor flexibilidad en la planificacioacuten del trabajo de relevamiento En cuanto al costo cabe consignar que solo las misiones satelitales resoluciones espaciales medias (del orden de los 30 m ej Landsat 8) son gratuitas a partir de este umbral aumenta la cantidad de misiones satelitales privadas cuyas imaacutegenes son costosas

Sateacutelite Avioacuten tripulado a maacutes de 2130 Drone a 61 m de altitud

m de altitud

Piacutexel de 5 m Piacutexel de 30 cm Piacutexel de 2 cm Ninguna informacioacuten acerca Mejor apreciacioacuten de la Adecuada visualizacioacuten de la

de la distribucioacuten de objetos a distribucioacuten de objetos en la distruibucioacuten espacial de los

nivel sub-piacutexel escena objetos

Comparacioacuten de imaacutegenes seguacuten altitud de vuelo En la de mayor resolucioacuten se aprecia claramente la respuesta espectral del suelo en la entreliacutenea del centro de la imagen (Fuente Boeing Corp)

Sin dudas en el aspecto donde los drones presentan ventajas maacutes contundentes en cuanto a la resolucioacuten temporal Desde los periacuteodos de re-visita casi quincenales del Landsat 8 sumado a la obvia vulnerabilidad de cualquier misioacuten satelital ante la presencia de cobertura nubosa sobre la escena los drones presentan una disponibilidad casi permanente ya que pueden capturar imaacutegenes auacuten en diacuteas nublados sin inconvenientes

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Falso color real (RGB Rojo Verde Azul)

Falso color Infrarrojo cercano (710 nm)


Imaacutegenes de 6 cm de tamantildeo de piacutexel obtenidas por un drone volando a 100 m de altitud captadas por debajo de una cobertura nubosa densa (Fuente Aurea Imaging SRL)

Nuevo paradigma para la Agricultura de Precisioacuten

Tanto a nivel experimental como operativo dentro del aacutembito civil los drones ya se emplean en muacuteltiples actividades como

bull Inspeccioacuten y monitoreo de instalaciones y obras de infraestructura bull Investigaciones atmosfeacutericas bull Topografiacutea y cartografiacutea temaacutetica

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bull Geologiacutea y prospeccioacuten petroliacutefera y gasiacutefera bull Gestioacuten de riesgos y desastres naturales (incendios inundaciones etc) bull Exploracioacuten de lugares de difiacutecil acceso salvamento y rescate bull Cinematografiacutea y fotografiacutea comercial artiacutestica yo deportiva bull Control medioambiental bull Limnologiacutea y oceanografiacutea bull Investigaciones sobre conservacioacuten de la biodiversidad bull Medios de comunicacioacuten y entretenimiento bull Movilidad traacutefico y logiacutestica en general bull Actividades agriacutecolas y pecuarias

Seguacuten un estudio realizado por la Asociacioacuten Internacional para Sistemas de Vehiacuteculos No Tripulados (AUVSI) de este listado no exhaustivo las actividades agriacutecolas y pecuarias (sobre todo aplicaciones vinculadas a Agricultura de Precisioacuten) junto con la vigilancia y seguridad puacuteblicas implicaraacuten aproximadamente el 90 del mercado potencial de servicios puacuteblicos y privados conformados a partir del empleo de drones

La Agricultura de Precisioacuten es a la vez una tecnologiacutea de informacioacuten y un concepto agronoacutemico de gestioacuten de parcelas agriacutecolas Se basa en el geoposicionamiento de las labores culturales yo de aplicacioacuten de insumos las cuales son determinadas por las condicionantes edafo-ambientales que existen a nivel intrashylote Implica el empleo de geotecnologiacuteas (GPS SIGs teledeteccioacuten) junto con maquinaria agriacutecola desarrollada tecnoloacutegicamente a tales efectos (monitores de rendimiento tecnologiacuteas de dosis variable etc) bajo el enfoque agronoacutemico de Manejo Sitio-Especiacutefico de la relacioacuten suelo-planta-atmoacutesfera

Asiacute las decisiones acerca de coacutemo abordar las distintas operaciones agriacutecolas se toman conociendo la localizacioacuten de las zonas en las que hay o no infestaciones de malezas en las que existe o no necesidad de aumentar la dosis de determinado fertilizante o en las que se requiere ajustar otras praacutecticas de manejo en funcioacuten de las condiciones topograacuteficas a nivel intra-lote entre muchos otros aspectos involucrados en el manejo de los cultivos

A nivel conceptual se puede mencionar que el enfoque de manejo sitio-especiacutefico implica 4 etapas o fases Monitoreo de la variabilidad espaciala nivel intrashylotegtAnaacutelisis y toma de decisiones agronoacutemicas en funcioacuten de la variabilidad espacial relevada y los de los objetivos de la empresa rural gtOperaciones a campo que ejecuten la planificacioacuten agronoacutemica adoptada gt Evaluacioacuten de los resultados cuantitativos y cualitativos obtenidos formulacioacuten de reajustes y redefinicioacuten de los planes operativos para la campantildea siguiente

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Esquema conceptual de la agricultura de precisioacuten (Fuente Maacuterquez-Delgado L)

En este contexto el desarrollo y empleo de drones se ha consolidado como una opcioacuten importante en la Agricultura de Precisioacuten ya que la teledeteccioacuten basada en este tipo de plataformas aeacutereas se constituye en una herramienta sumamente eficaz para cartografiar las diferentes variables espaciales que determinan el crecimiento y desarrollo de un cultivo Ademaacutes el uso y aplicacioacuten de conocimientos precisos en cuanto a variables productivas clave en el sector rural ayuda al productor a identificar estrategias para aumentar la eficiencia en la gestioacuten de la agricultura mejorando la rentabilidad de los cultivos y minimizando los impactos ambientales negativos a traveacutes de la eficientizacioacuten del uso de fertilizantes y pesticidas

A modo no exhaustivo es posible realizar un listado de las aplicaciones concretas que tiene yo puede tener el uso de drones en el contexto del manejo sitio-especiacutefico y la Agricultura de Precisioacuten

bull Controles directos en cultivos a efectos del control de subvenciones yo creacuteditos agrarios o para el monitoreo y gerenciamiento ajustado en empresas rurales que se hallan dispersas geograacuteficamente

bull Deteccioacuten de stress hiacutedrico en cultivos vaacutelido en esquemas de secano para realizar ajustes prospectivos de rendimientos fiacutesicos esperados como tambieacuten para el control de la calidad yo cantidad de aplicacioacuten de riego

bull Deteccioacuten de estreacutes nutricional en cultivos permite el empleo oacuteptimo de fertilizantes soacutelo en las zonas en las que es necesaria su aplicacioacuten a efectos de maximizar rendimientos

bull Monitoreo y deteccioacuten ajustada de enfermedades malezas y plagas insectiles en este aspecto el empleo de drones promete incidir decisivamente en esta tarea que se torna criacutetica e intensa en determinados momentos del antildeo El uso de drones permitiriacutea controlar una mayor superficie de cultivos con similar cantidad

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de personal bull Iacutendices relativos a calidad en cultivos y estimacioacuten de rendimientos por ejemplo

a partir del anaacutelisis multiespectral y el empleo de distintos iacutendices de vegetacioacuten es posible estimar contenidos de proteiacutena en cultivos asiacute como otros paraacutemetros cualitativos similares Algunos iacutendices de vegetacioacuten muestran a la vez correlaciones robustas con componentes de rendimiento lo que permite la realizacioacuten de inferencias

bull Relevamiento e inventario de aacutereas de cultivos si bien la capacidad de relevamiento diario de un drone en teacuterminos de hadiacutea puede ser acotada el uso de artefactos de mayor porte yo a mayores altitudes permite ampliar el tamantildeo de la faja de terreno relevada Lo anterior junto con la capacidad de operar todo el tiempo (tambieacuten en diacuteas nublados) hace que sean adecuados para realizar inventarios mucho maacutes si se trata de cultivos semi-extensivos o intensivos

bull Supervisioacuten de aacutereas tratadas con productos fitosanitarios el drone puede entrar al cultivo que ha sido recientemente pulverizado y verificar si el control de las plagas ha sido adecuado sin riesgos para la salud de ninguna persona

Las ejemplificaciones posibles de enumerar y describir son muy numerosas

Mapa de fertilizacioacuten basado en una sola muestra analiacutetica y extrapolada al lote entero

Mapa de fertilizacioacuten basado en varias

muestras distribuidas en el lote luego interpoladas a toda la superficie

Mapa de fertilizacioacuten basado en una imagen multiespectral del lote sin toma de muestras

Esquema que ilustra los enfoques posibles para atender la variabilidad intra-lote a partir del uso de drones (Fuente Aurea Imaging SRL)

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Olivar captado por cacircmara

multiespectral a bordo de

drone

Mapa de actividad

fotossinteacutetica del olivar

Mapa del iacutendice de aacuterea folia

del olivar

Relevamiento multiespectral sobre un olivar Se obtiene informacioacuten de cada aacuterbol individual gracias a la alta resolucioacuten espacial (Fuente Aurea Imaging SRL)

Maacutes allaacute de las tareas de relevamiento yo monitoreo de las condiciones de variabilidad espacial yo estado del cultivo es vaacutelido mencionar que tambieacuten existen drones que realizan labores y operaciones de campo de tipo activas Es el caso por ejemplo del dronendashhelicoacuteptero pulverizador que la empresa japonesa Yamaha fabrica y comercializa desde hace algunos antildeos Pesa unos 90 kg y posee un motor naftero de dos tiempos de 250 cm3 Puede pulverizar liacutequidos (16 litros de capacidad de tanque) o esparcir granulados (26 litros de volumen) en base a mapas de prescripcioacuten georreferenciados

Es de esperar que en un futuro proacuteximo la cantidad de aplicaciones y posibilidades de uso de esta tecnologiacutea se incremente sustancialmente en el aacutembito agropecuario

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Drone-helicoacuteptero Yamaha RMAX Type II G aplicando fitosanitarios (izquierda) y en tierra (derecha) (Fuente Yamaha Australia)

Referencias bibliograacuteficas

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Al igual que en las aeronaves tripuladas los drones se clasifican seguacuten su condicioacuten de sustentacioacuten (de ala fija o multirrotores) seguacuten su tipo de propulsioacuten (eleacutectricos turboheacutelices a reaccioacuten etc) seguacuten su tiempo de autonomiacutea su techo de servicio (altura maacutexima de vuelo que se relaciona con la escala miacutenima de las imaacutegenes captadas) y su alcance

Dronemultirrotor DJI Phantom 20 Vision+ de 35 cm de largo (Fuente DJI Corp Ltd)

Drone de ala fija Trimble XU-5 de 1 m de envergadura alar (Fuente Runco SA)

La carga uacutetil de cualquier drone estaraacute determinada por los objetivos de las tareas de relevamiento yo monitoreo a realizar pero comuacutenmente se hallan equipados con geoposicionadores (GPS) caacutemaras de alta resolucioacuten multiespectrales yo termograacuteficas videocaacutemara frontal (FFC) sensor de luminosidad incidente (ILS) equipo de radioenlace conectividad con red de telefoniacutea celular etc El conjunto funcional que planifica y controla la operacioacuten de un drone posee dos segmentos claramente definidos

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