DRONE con camera Multispettrale: la nuova Soluzione accessibile a tutti per l’Agricoltura di Precisione

I sistemi di monitoraggio e analisi in agricoltura fanno riferimento essenzialmente alle tecnologie cosiddette di remote sensing e multispectral imaging. Questi sistemi si basano sulla possibilità di ottenere immagini multispettrali dei vigneti attraverso sensori ottici satellitari o aerotrasportati (DRONI). In pratica, vengono registrate immagini in numerose bande spettrali, ciascuna caratterizzata da una diversa capacità di riflettere la radiazione incidente da parte dei corpi. Le bande dello spettro ritenute significative per il monitoraggio delle colture sono il verde (555-580 nanometri), il rosso (665-700 nm) e l’infrarosso vicino (NIR, 740-900 nm).

Molto interessanti, per l’analisi delle immagini multispettrali, sono gli indici vegetativi definiti da diverse combinazioni matematiche della riflettanza (R) della vegetazione nelle diverse bande dello spettro. I due indici più importanti ed utilizzati sono l’NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) e il Red/NIR (rapporto tra rosso e infrarosso vicino) che combinano la riflettanza nelle bande del rosso e dell’infrarosso.

NDVI: Normalized difference vegetation index

NDVI: Normalized difference vegetation index

L’indice NDVI è correlato positivamente con la quantità di biomassa vegetale per unità di superficie (Lai) e, dunque, col vigore della coltura. L’indice assume valori compresi tra -1 e +1; in particolare, da 0,1 a 0,3 indica un suolo nudo o poco inerbito, mentre nel caso sia presente biomassa vegetale l’indice assume valori maggiori di 0,5.

Il Red/NIR è messo in relazione allo stato fisiologico della coltura: valori alti di Red/NIR (maggiori di 1) indicano un peggioramento delle condizioni di salute delle piante.

Le immagini NDVI possono essere utilizzate sia in modo diretto per l’identificazione delle aree a differente vigore vegetativo sia come base per successive elaborazioni attraverso la costruzione di mappe tematiche così come illustrato nell’immagine.

Mappe tematiche riguardanti la resa delle colture ottenute con immagini multispettrali

Mappe tematiche riguardanti la resa delle colture ottenute con immagini multispettrali

La possibilità di valutare otticamente lo stato fisiologico delle colture è basata sulle modificazioni che la radiazione luminosa subisce quando va a incidere sulla pianta e interagisce con i suoi tessuti. Ogni corpo, infatti, è caratterizzato da una “firma spettrale”, – che deriva dal rapporto tra la radiazione incidente e quella riflessa dal corpo stesso – chiamata riflettanza. La firma spettrale del tessuto fogliare di una pianta si concentra nell’intervallo dello spettro tra 200 e 2500 nm.

Il tessuto vegetale riflette poco nel rosso, poiché queste lunghezze d’onda vengono assorbite maggiormente dalla clorofilla e da altri pigmenti, mentre riflette di più nel verde, motivo per cui appare di questo colore. La riflettanza nell’infrarosso è dovuta alla struttura cellulare del tessuto vegetale e al suo contenuto d’acqua. A livello di chioma, tuttavia, la riflettanza totale deriva dalla somma dei contributi dovuti al tessuto fogliare, alle parti legnose e al terreno.

Riflettanza o "firma spettrale" della vegetazione

Riflettanza o “firma spettrale” della vegetazione

Dall’analisi delle variazioni della luce riflessa nelle lunghezze d’onda, si ricavano informazioni circa lo stato della coltura che sono connesse principalmente alla densità di biomassa prodotta (quest’ultima utilizzata quale indice di vigore). A partire dai dati di riflettanza in determinate lunghezze d’onda possono essere calcolati gli indici vegetativi, come combinazione algebrica dei valori spettrali misurati (un esempio di calcolo di NDVI viene riportato in figura).

Esempio di calcolo di NDVI

Esempio di calcolo di NDVI

L’utilizzo di tecnologia multispettrale si sta diffondendo con sempre maggiore frequenza anche grazie a Soluzioni con DRONE con camera multispettrale a bordo, che permettono di ottenere analisi accurate in pochissimo tempo.

Drone per Agricoltura con camera Multispettrale

Drone per Agricoltura con camera Multispettrale

Queste tecnologie permettono il rilievo delle proprietà ottiche delle colture sia mediante postazioni a punto fisso posizionate in zone particolarmente rappresentative, sia attraverso sistemi mobili montati su veicoli dedicati (DRONE). In quest’ultimo caso, i mezzi devono essere dotati anche di ricevitore GPS per poter collegare i dati rilevati con la loro posizione all’interno dell’appezzamento. I rilievi con DRONE sono pensati per un utilizzo durante lo svolgimento delle normali operazioni meccanizzate di campo, così da interferire il meno possibile con la normale programmazione aziendale.

Le tecnologie di rilievo con DRONE in agricoltura consentono di ottenere un elevato dettaglio spaziale delle informazioni, unito alla enorme velocità di acquisizione ed analisi del dato. In questo modo è possibile effettuare molte analisi nel tempo e, magari, concentrare i rilievi nelle fasi fenologiche più delicate.

Queste nuove tecnologie permettono di valutare lo stato fisiologico della vegetazione con tutta una serie di vantaggi REALI:

  • consentono misure non distruttive, che possono essere ripetute su ogni pianta del vigneto e in momenti successivi della stagione vegetativa;
  • non richiedono contatto con la coltura;
  • si basano su fenomeni istantanei, permettendo misure rapide e idonee a essere effettuate anche da veicoli in movimento.

I sensori multispettrali

In merito alle tecnologie impiegabili in un sistema ground sensing per il monitoraggio colturale, occorre precisare che gli strumenti più facilmente applicabili nel breve/medio periodo sono quelli basati sulla tecnologia a base di silicio, sensibili nell’intervallo spettrale che va dal visibile all’infrarosso vicino (400-1100 nm).

Esempio di una mappa sullo stato di salute della Canapa

Esempio di una mappa sullo stato di salute della Canapa

Questo tipo di mappe può fornire al viticoltore indicazioni diagnostiche e/o prescrittive poiché rendono disponibili utili informazioni per la gestione sitospecifica della chioma, di supporto a operazioni di potatura verde indicando le zone dove è necessario intervenire maggiormente rispetto ad altre.


Fonte: http://www.intersezioni.eu/?objselected=177&scheda=view_articolo
Credits: Aldo Calcante (Dottore Agronomo, Ricercatore di Meccanica agraria presso il Dipartimento di Dipartimento di Scienze agrarie e ambientali dell’Università degli studi di Milano); Aira Mena (Assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Ingnegneria agraria dell’Università degli studi di Milano).

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