Introduzione
Negli ultimi anni si è assistito ad una diffusione sempre più capillare delle tecnologie in agricoltura, soprattutto di strumenti di monitoraggio e acquisizione dei dati. Il motivo è semplice: i dati sono preziosi per poter agire in modo razionale in campo, risparmiando tempo e risorse.

Uno dei fattori chiave è personalizzare l’offerta perché ogni azienda agricola ha specifiche esigenze e diverse capacità di investimento. Di certo, il tema economico è quello più scottante perché potrebbe limitare la diffusione dell’agricoltura di precisione, soprattutto in Europa dove la maggioranza delle aziende agricole ha una superficie inferiore a 10 ettari.

In questo contesto, i droni equipaggiati da sensori offrono una soluzione accessibile e permettono di ottenere informazioni precise senza infrastrutture costose, anche valutando la possibilità di ricorrere a servizi in conto terzi. Agrobit offre il servizio iDrone per fotogrammetria aerea, creazione di mappe rgb, multispettrali e termiche, mappe di prescrizione, modelli 3D ed elaborazione avanzata dei dati. Per approfondire i servizi offerti puoi leggere l’articolo dedicato iDrone: il drone come potente alleato dell’agronomo.

Sensori da drone
L’obiettivo di questo articolo è fornire una panoramica dei sensori che si possono equipaggiare a bordo degli aeromobili a pilotaggio remoto o droni.

Partiamo dalle basi, che cos’è un sensore? Tecnicamente è un dispositivo in grado di rilevare una grandezza fisica (ad esempio temperatura, umidità, luce riflessa) e tradurla in un dato digitale interpretabile. Più semplicemente, i sensori sono “occhi” che raccolgono informazioni sul campo e l’agronomo è la “mente operativa” che li interpreta attraverso tecniche avanzate di analisi dei dati e li declina in operatività grazie alla sua esperienza. Grazie all’acquisizione della luce riflessa dalla vegetazione, è possibile costruire la firma spettrale della vegetazione, una vera e propria impronta digitale (Figura 1). Ogni regione corrisponde a caratteristiche specifiche della pianta, ad esempio nell’infrarosso è possibile caratterizzare la struttura cellulare delle foglie.

Fig.1: Firma spettrale della vegetazione (fonte: Roman, Anamaria & Ursu, Tudor. (2016). Multispectral satellite imagery and airborne laser scanning techniques for the detection of archaeological vegetation marks).

Perché utilizzare i sensori da drone? Gli obiettivi principali sono:

• Analisi dello stato di salute della coltura attraverso il calcolo di indici vegetazionali (NDVI, VARI, NDRE, GNDVI in funzione del sensore a disposizione).
• Ottimizzazione delle risorse impiegate grazie alla realizzazione di apposite mappe di prescrizione basate su indici, ad esempio per irrigazione e fertilizzazione.
• Rilievo tempestivo di attacchi fitosanitari e da insetti patogeni, spesso invisibili nelle prime fasi.
• Supporto alle decisioni agronomiche con interventi sito-specifici.

Tipologie di sensori
Il drone sorvola la coltura a bassa quota e raccoglie informazioni tramite sensore. Le principali tipologie di sensori sono RGB, multispettrali, termici e LiDAR (Figura 2). Esistono anche sensori iperspettrali ma sono ancora appannaggio esclusivo del mondo della ricerca a causa degli elevati costi di acquisto.

Fig.2: Esempi di sensori commerciali per ogni tipologia di sensore. Da sinistra: RGB, multispettrale, termico, LiDAR.

I sensori RGB forniscono immagini ad alta risoluzione nei tre canali di colore primari: rosso (R), verde (G) e blu (B). In pratica, simulano la capacità dell’occhio umano di osservare l’ambiente circostante e agiscono in modo simile alla fotocamera dello smartphone. Il vantaggio è la possibilità di acquisire immagini molto dettagliate da cui è possibile ricavare mappe georiferite del campo, modelli 3D, conta piante, analisi visivo dello stato della coltura e rilevamento danni visibili.
I sensori multispettrali acquisiscono immagini in bande dello spettro elettromagnetico non visibili all’occhio umano, ad esempio l’infrarosso e il red edge. Questo permette di effettuare un’analisi più approfondita dello stato di salute della pianta. In particolare, è possibile calcolare indici di vegetazione accurati come NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), NDRE (Normalized Difference Red Edge Index) o GNDVI (Green Normalized Difference Vegetation Index). Questi indici sono funzionali all’individuazione precoce di stress abiotici e biotici. Attraverso gli indici di vegetazione è possibile costruire mappe tematiche che siano rappresentative del campo, ad esempio si utilizza l’indice NDVI per creare la mappa di vigore (Figura 3). Tale mappa permette di monitorare la biomassa della chioma e individuare le aree meno vigorose.

Fig.3: Mappa di vigore ottenute dall’indice NDVI in vigneto.

I sensori termici rilevano variazioni di temperatura della chioma o del suolo, misurando la temperatura superficiale. Questo sensore nasce con lo scopo di monitorare l’efficienza degli impianti di irrigazione ma può essere usato efficacemente per individuare aree sottoposte a stress idrico (le foglie in stress tendono a chiudere gli stomi e ridurre l’evapotraspirazione, aumentando la temperatura superficiale) e per la valutazione di danni da gelo/colpi di calore. I dati raccolti dal sensore si possono tradurre in una mappa termica (Figura 4) che permette di analizzare le aree caratterizzare da stress termici.

Fig.4: Mappa termica di un vigneto basata sul rilievo da drone con sensore termico.

Infine, i sensori LiDAR emettono impulsi laser e misurano il tempo impiegato dall’impulso stesso per essere captato dal ricevitore. Il tempo impiegato viene tradotto in distanza e si genera un punto. Ripetendo questo processo infinite volte, lungo un filare ad esempio, è possibile costruire la nuvola di punti tridimensionale della chioma della pianta. Grazie al modello 3D è possibile calcolare parametri biometrici della pianta (come volume, altezza e densità della chioma) e creare il “digital twin”, ovvero il gemello digitale (Figura 5 e Figura 6).

Fig.5: Gemello digitale di un vigneto.

Fig.6: Gemello digitale di una pianta di agrumi (sinistra) e di un filare di viti (destra).

Conclusioni
L’impiego dei sensori da drone consente all’agricoltore di lavorare in modo più razionale e oggettivo, limitando lo spreco di risorse e incrementando la produttività.
Nonostante le potenzialità, è molto importante essere consapevoli di alcuni limiti. L’impiego dei droni richiede competenze tecniche e una certificata conoscenza delle normative per il volo nello spazio aereo. Inoltre, non bisogna trascurare la gestione e l’analisi dei dati ricavati dal telerilevamento da drone.
Proprio per questi motivi, una soluzione efficace è affidarsi ad Agrobit che, con il servizio iDrone, mette a disposizione competenze, tecnologie e infrastrutture avanzate per portare l’agricoltura di precisione direttamente in campo. Con iDrone, il team Agrobit si occuperà del tuo campo dal volo programmato alla raccolta dei dati, dall’elaborazione delle mappe al supporto decisionale per l’agricoltore. Con iDrone, ogni volo è una scelta vincente!