Sensores de dron para la agricultura de precisión

Introducción

En los últimos años se ha asistido a una difusión cada vez más extendida de las tecnologías en la agricultura, especialmente de las herramientas de monitorización y adquisición de datos. El motivo es sencillo: los datos son valiosos para poder actuar de forma racional en el campo, ahorrando tiempo y recursos.

Uno de los factores clave es personalizar la oferta, porque cada explotación agrícola tiene necesidades específicas y distintas capacidades de inversión. Sin duda, el aspecto económico es el más delicado, ya que podría limitar la difusión de la agricultura de precisión, sobre todo en Europa, donde la mayoría de las explotaciones agrícolas tienen una superficie inferior a 10 hectáreas.

En este contexto, los drones equipados con sensores ofrecen una solución accesible y permiten obtener información precisa sin infraestructuras costosas, contemplando también la posibilidad de recurrir a servicios externos. Agrobit ofrece el servicio iDrone para fotogrametría aérea, creación de mapas RGB, multiespectrales y térmicos, mapas de prescripción, modelos 3D y procesamiento avanzado de datos. Para profundizar en los servicios ofrecidos, puedes leer el artículo dedicado iDrone: el dron como potente aliado del agrónomo.

Sensores de dron

El objetivo de este artículo es ofrecer una panorámica de los sensores que se pueden instalar a bordo de aeronaves pilotadas por control remoto, o drones.

Empecemos por lo básico: ¿qué es un sensor? Técnicamente, es un dispositivo capaz de detectar una magnitud física (por ejemplo, temperatura, humedad, luz reflejada) y traducirla en un dato digital interpretable. Dicho de forma más sencilla, los sensores son “ojos” que recogen información en el campo, y el agrónomo es la “mente operativa” que los interpreta mediante técnicas avanzadas de análisis de datos y los convierte en acciones concretas gracias a su experiencia. Gracias a la captación de la luz reflejada por la vegetación, es posible construir la firma espectral de la vegetación, una auténtica huella digital (Figura 1). Cada región corresponde a características específicas de la planta; por ejemplo, en el infrarrojo es posible caracterizar la estructura celular de las hojas.

Fig.1: Firma espectral de la vegetación (fuente: Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Multispectral satellite imagery and airborne laser scanning techniques for the detection of archaeological vegetation marks).

¿Por qué utilizar sensores de dron? Los principales objetivos son:

• Analizar el estado de salud del cultivo mediante el cálculo de índices de vegetación (NDVI, VARI, NDRE, GNDVI en función del sensor disponible).
• Optimizar los recursos empleados gracias a la creación de mapas de prescripción específicos basados en índices, por ejemplo para riego y fertilización.
• Detectar a tiempo los ataques fitosanitarios y de insectos patógenos, a menudo invisibles en las primeras fases.
• Apoyar las decisiones agronómicas con intervenciones específicas por zonas.

Tipos de sensores

El dron sobrevuela el cultivo a baja altura y recoge información mediante un sensor. Los principales tipos de sensores son RGB, multiespectrales, térmicos y LiDAR (Figura 2). También existen sensores hiperespectrales, pero siguen siendo de uso exclusivo del ámbito de la investigación debido a su elevado coste de adquisición.

Fig.2: Ejemplos de sensores comerciales para cada tipología. De izquierda a derecha: RGB, multiespectral, térmico, LiDAR.

Los sensores RGB proporcionan imágenes de alta resolución en los tres canales de color primarios: rojo (R), verde (G) y azul (B). En la práctica, simulan la capacidad del ojo humano para observar el entorno y funcionan de forma similar a la cámara de un smartphone. Su ventaja es la posibilidad de captar imágenes muy detalladas, a partir de las cuales se pueden obtener mapas georreferenciados del campo, modelos 3D, conteo de plantas, análisis visual del estado del cultivo y detección de daños visibles.

Los sensores multiespectrales captan imágenes en bandas del espectro electromagnético no visibles al ojo humano, como el infrarrojo y el red edge. Esto permite realizar un análisis más profundo del estado de salud de la planta. En concreto, es posible calcular índices de vegetación precisos como el NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), el NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) o el GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index). Estos índices son útiles para la detección temprana de estrés abiótico y biótico. Mediante los índices de vegetación es posible construir mapas temáticos representativos del campo; por ejemplo, el índice NDVI se utiliza para crear el mapa de vigor (Figura 3). Este mapa permite monitorizar la biomasa de la copa e identificar las zonas menos vigorosas.

Fig.3: Mapa de vigor obtenido a partir del índice NDVI en un viñedo.

Los sensores térmicos detectan variaciones de temperatura de la copa o del suelo, midiendo la temperatura superficial. Este sensor se creó con el fin de monitorizar la eficiencia de los sistemas de riego, pero puede utilizarse eficazmente para identificar zonas sometidas a estrés hídrico (las hojas en estrés tienden a cerrar los estomas y reducir la evapotranspiración, aumentando la temperatura superficial) y para evaluar daños por heladas o golpes de calor. Los datos recogidos por el sensor pueden traducirse en un mapa térmico (Figura 4), que permite analizar las áreas afectadas por estrés térmico.

Fig.4: Mapa térmico de un viñedo basado en un vuelo de dron con sensor térmico.

Por último, los sensores LiDAR emiten impulsos láser y miden el tiempo que tarda el impulso en ser captado por el receptor. Ese tiempo se traduce en distancia y se genera un punto. Repitiendo este proceso infinidad de veces, por ejemplo a lo largo de una hilera, es posible construir la nube de puntos tridimensional de la copa de la planta. Gracias al modelo 3D es posible calcular parámetros biométricos de la planta (como volumen, altura y densidad de la copa) y crear el “gemelo digital” (Figura 5 y Figura 6).

Fig.5: Gemelo digital de un viñedo.

Fig.6: Gemelo digital de un cítrico (izquierda) y de una hilera de vides (derecha).

Conclusiones

El uso de sensores de dron permite al agricultor trabajar de forma más racional y objetiva, limitando el desperdicio de recursos y aumentando la productividad. A pesar de su potencial, es muy importante ser consciente de algunas limitaciones. El uso de drones requiere competencias técnicas y un conocimiento certificado de la normativa de vuelo en el espacio aéreo. Además, no hay que descuidar la gestión y el análisis de los datos obtenidos mediante teledetección con dron.

Precisamente por estos motivos, una solución eficaz es confiar en Agrobit que, con su servicio iDrone, pone a disposición conocimientos, tecnologías e infraestructuras avanzadas para llevar la agricultura de precisión directamente al campo. Con iDrone, el equipo de Agrobit se encargará de tu campo, desde el vuelo programado hasta la recogida de datos, y desde el procesamiento de los mapas hasta el apoyo a la decisión para el agricultor. Con iDrone, ¡cada vuelo es una elección ganadora!