Hacia la agricultura de precisión caracterización de las parcelas agrícolas a través drones

E
HACIA LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN:
CARACTERIZACIÓN DE LAS PARCELAS
AGRÍCOLAS A TRAVÉS DRONES
Luis Brito
lbrito@est.ups.edu.ec
Jonnathan Ghuzñay
jghuzñay@est.ups.edu.ec
Abstract—The present work made an approach on the different
applications electronic in the to agriculture under the premise of
make this activity an ef?cient work and effective; and thus are
concentrated in the application of drones for the characterization
of agricultural plots through the transformed of Wavelet
Index Terms—Electronic appliances, precision, drones, Wavelet
transforamda agriculture.
Resumen–El presente trabajo realiza un abordaje sobre las
distintas aplicaciones electrónicas en el a agricultura bajo la
premisa de hacer de esta una actividad un quehacer e?ciente
y e?caz; y así se concentra en la aplicación de drones para la
caracterización de parcelas agrícolas mediante la transformada
de Wavelet
Palabras clave:Aplicaciones electrónicas, agricultura de pre-
cisión, drones, transforamda Wavelet.
OBJETIVOS
_
Describir diversas aplicaciones electrónicas, fundamental-
mente el dron en la agricultura de precisión para mejorar
dicha rama de actividad humana.
I. INTRODUCCION
L presente documento se trata sobre la implementación
de equipos electrónicos en la agronomía, ya que en
la actualidad se ha determinado la existencia de un gran
sector agrónomo, el mismo que se ha visto afectado por los
movimientos migratorios hacia el exterior debido a que en
ausencia de los emigrantes los campos quedan abandonados
y en algunos casos son pocas las parcelas que son trabajadas
por aquellos que se quedan en su lugar natal. Este trabajo es
sin lugar a duda importante, pues producen los alimentos sin
embargo es muy poco valorado es un trabajo que se necesita
de dedicación y constancia para alcanzar la calidad de sus
productos, evitando las plagas con el uso de nuevas tecnologías
que nos permiten optimizar el tiempo de trabajo debido a la
implementación de nuevos dispositivos electrónicos del siglo
XXI.
II. ESTADO DEL ARTE
En un contexto de cada vez más interconexiones, global-
ización, descentralización de los recursos y de las competen-
cias, los problemas a resolver por los gobiernos se vuelven
cada vez más complejos. Así, el incremento de los problemas
sociales plantea nuevos retos para el Estado, que no puede
afrontarlos por sí solo, sino que debe buscar el apoyo de los
gobiernos locales y de otros actores de la sociedad civil; esto
genera la necesidad de crear espacios y buscar alternativas
incluso, tecnológicas.
Uno de los temas que ha acrecentado la preocupación es
la agricultura, debido a la demanda de alimentos por parte
de la población; demanda que con el pasar de los años
asciende al punto que la ONU pronostica una población de
9100 millones para el año 2050. Situación que ha generado
la búsqueda constante de alternativas tecnológicas aplicadas
a actividades agrícolas, lo que ha llevado a hablar a nivel
internacional de la Agricultura de Precisión y es en este marco,
donde se encuentra el dispositivo electrónico para la medición
del caudal del agua [3], el germinador electrónico [9], la
cámara espectral para el monitoreo de los cultivos [7], es
decir aplicaciones y herramientas tecnológicas orientados a
hacer del trabajo agrícola algo e?ciente, así también están los
equipos autopropulsados (entre los que se puede mencionar
a la inyección de gasoil propulsada electrónicamente, trans-
misiones, paneles de diagnóstico, comandos centralizados,
medidores de velocidad de avance y distancia recorrida),
equipos para la siembra y fertilización (como detectores de
?ujo, controladores de siembra y automáticos de profundidad
de trabajo, automatización computarizada), para la cosecha
(Monitores de pérdidas de granos, láser pilot, entre otros)
[14]. Además están los agro – robots de la Universidad de
Wagenningen como el tractor inteligente y autónomo o el robot
integral para la cosecha de pimientos a lo que[11] señalan que
para el trabajo agrícola no es su?ciente un solo robot sino un
conjunto de robots incluso para el control de plagas e indican
que se debe considerar la batería de los robots, incluso hay
autores que proponen un modelo cinemático para disminuir el
fenómeno Wheel Slip. [13]
Cabe mencionar que para acceder al comando de un robot
Las wavelets se originan a(1)
se puede hacer de forma inalámbrica (desde una PC o un
dispositivo móvil, basado en el sistema Android) [2]
En de?nitiva, los avances tecnológicos experimentados y
aplicados en la agricultura han sido numerosos y han ido
(como se describió en el párrafo anterior) desde el uso de
los sistemas de posicionamiento satelital, la instalación de
sensores en máquinas agrícolas para controlar y monitorear
el trabajo agrícola, el tratamiento digital de imágenes y la
robótica que son un implemento para mejorar el proceso de
la agricultura.
Ahora bien, ¿qué es la agricultura de precisión? Según INTA
– Manfrendi (1999) es el monitoreo y control electrónico
aplicado a la recolección de información y su procesamiento
para la producción de cultivos. Por tanto, ésta requiere manejar
grandes bases de datos y diversos equipos electrónicos para
analizar la agricultura in situ con el propósito de que el produc-
tor optimice los rendimientos en las UPAS. Cabe mencionar
que su origen se remonta a los años 90 con la conferencia sobre
“Gestión Localizada de los Sistemas de Producción Agraria”
(Minneapolis – EEUU) [5].
En la actualidad este campo ha experimentado importantes
avances que han rede?nido la agricultura de precisión como
la aplicación de tecnologías en la producción agrícola bajo
la premisa de “aumentar la producción agrícola, optimizando
el uso de los recursos y reduciendo el impacto ambiental”
[5][1][6][8], lo cual requiere de un análisis de fertilidad del
suelo, humedad, textura, topografía, entre otros elementos,
ofreciendo así un nuevo campo de investigación orientado a un
equilibrio entre lo económico, lo ambiental y lo tecnológico
para alcanzar la sostenibilidad de la agricultura [8]. Entre
dichos avances se puede mencionar la aplicación de los
sistemas de inducción electromagnética y la emisión de rayos
gama para mapas de cosecha en Alemania y Australia, el
uso de sensores en satélites y el uso expansivo de tractores
y cosechadoras con receptores RTK-DGPS. En de?nitiva la
tecnología aplicada a la agricultura ha permitido mejorar los
procesos de producción. [4]
III. DESARROLLO
En el presente caso se abordara la implementación de drones
(vehículos aéreos no tripulados ) con el propósito de sondear
y veri?car un terreno previo a ser sembrado, éstos debido
a que con dicha tecnología se puede analizar el terreno, es
decir saber si el terreno es adecuado: tipo de vegetación
existente, tipo de suelo, presencia de agua super?cial así como
la presencia de plagas, y la geomorfología del sitio a través
de un registro fotográ?co para garantizar la productividad
del terreno a ser sobrevolado por el dron con los sensores
necesarios para dicha caracterización.
Una vez obtenidas las fotos por los drones de sondeo, se
revisara y se analizara dicha base de datos con la imple-
mentación de Wavelets Daubechies, ya que es una herramienta
muy robusta para el procesamiento de fotografías la cual nos
permitirá por medio de su transformación las bajas frecuencias
de color, identi?cando la posibilidad de que un terreno sea
factible o no para el cultivo, y con ello la toma de decisiones
para la reducción de gastos en la actividad agrícola.
Figure 1. Dron de sondeo[18]
A. Transformada wavelets
La transformada de wavelets consiste en descomponer una
función f (t) en un conjunto de funciones (s;T)(t) las
mismas que son denominadas Wavelets. Así, la transformada
Wavelets está de?nida como:
1
Wf(s;T) = f(t)
(s;T)(t)dt
partir de la translación y cambio
de escala de una misma wavelet (t), la cual la llamaremos
“wavelet madre” y se la de?ne como:
1 (t T)
(s;T)(t) = p ( ) (2)
s s
_
_
Factor de escala (s)
Factor de traslación (T)
Cabe mencionar que las wavelets generadas (s;T)(t) poseen
diferente escala y ubicación pero tienen la misma forma que
la wavelet madre.
Cuando se cambia la escala se cubre un rango diferente de
frecuencias, con lo cual si s es grande se trata de frecuencias
de menor rango o (s;T)(t) posee una escala grande, caso
contrario, valores pequeños de s corresponden a frecuencias
de menor rango o una escala pequeña de (s;T)(t).
La revisión y análisis del registro fotográ?co captado por el
dron será posible gracias a la descomposición de las imágenes
en tiempo real mediante Matlab, tal como propone Martinez
(2013) en su trabajo titulado “Uso de la transformada para la
detección de rostros”
B. Transformada Bidimensional
Permite analizar las señales bidimensionales de las fo-
tografías.
Wu(s;bx1;bx2) =
u(x1;x2)
s;bx1;bx2(x1;x2)dx1dx2
(3)
Donde bx1ybx2son las traslaciones en las dos dimensiones
y:
=
s;bx1;bx2(x1;x2)
1
jsj
a
a
(
x1
bx1 x2
;
bx2
)
(4)
Figure 2. Descomposicion de un nivel de la 2D-DWT[16]
Figure 3. Descompsoción de una imagen usando los 4 ?ltros (LL,LH,HL,HH)
[17]
C. Aplicación de la transformada Wavelet
Para aplicar la transformada discreta se implementa rutinas
de Matlab para asi descomponer la imagen y con ello hacer
del análisis algo mucho más fácil.
Existen varios tipos de wavelets Daubechies, y se deberá
elegir correctamente para que el algoritmo descomponga la
imagen, con lo cual se realiza pruebas tomando un registro de
fotos de terrenos y se analiza diferentes db (Daubechies) para
observar cuál de los aplicados obtuvo el mayor porcentaje de
reconocimientos es decir, el db a implementar.
.
Figure 4. Funcion wavelet
db9 [16]
Siendo
(x1;x2) una función wavelet original. Se im-
plementara la transformada discreta de wavelet-2d la cual
utilizara las cuatro muestras más representativas del registro
fotográ?co. Es decir se toma una señal 2d y se emplea cuatro
?ltros.
Figure 5. Descomposicion pasa bajo db 9 [16]
Figure 6. Descomposicion pasa alto db 9 [16]
IV. CONCLUSIONES
Al ?nalizar este trabajo, se concluye que el campo de la
electrónica tiene y puede generar cambios pragmáticos en
diferentes ramas de la actividad humana. Siendo las herramien-
tas electrónicas el motor de renovación, en este caso, en la
agricultura del siglo XXI ya que se puede generar mayor
productividad gracias al análisis territorial facilitado por el uso
de este tipo de tecnologías.
Cabe indicar que este tipo de herramientas electrónicas
están limitadas a ciertas áreas dependiendo las características
topográ?cas y geomorfológicas de cada sitio pudiéndose en
este caso adaptar la tecnología a las características propias del
territorio. Y, es en este campo donde aún se debe seguir in-
vestigando con el propósito de mejorar la tecnología existente
de la mano con las telecomunicaciones que permitirán tener
un mayor alcance de la información receptadas por dichas
herramientas.
REFERENCES
[1] Aguera, J. Perez, M. (2013) Agricultura de precisión: hacia la inte-
gración de los datos espaciales. Ambiental, Diciembre.
[2] Álvarez, E. Useglio, G. Manga, G. Luego, P. Russo, Sarobe, C. Lanos,
M. Perez, R. Ramón, H (2014) Robotica: aplicaciones en educación y
agricultura de precisión, XVI Workshop de investigadores en Ciencias
de la Computación, Universidad Nacional del Noroeste de Buenos Aires.
[3] Ayala, L. Alboniga R. (2015) Dispositivo electrónico de medición del
caudal, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Universidad Agraria
de la Habana, vol. 24, diciembre
[4] Calderón, F. Minas, U (2007), Aplicaciones de electrónica en agricultura,
Jornada Académica de Ingenieria Electrónica, Universidad de Santo
Tomás.
[5] Cervantes, M. (2007) Nuevas tendencias de la agricultura de precisión,
Tecnología Agrícola, Diciembre.
[6] González, L. Uribe, A. (2015) Casa huerta: una propuesta de agricultura
urbana, Universidad del Valle, Santiago de Cali.
[7] Hackenhaar, N. (2014) Robótica na agricultura, Universidad Federal do
Tocantins, Interacoes, Brasil
[8] Ortega, L. Flores, R. (XXX) Agricultura de Precisión: introducción al
manejo sitio-especi?co
[9] Ribas, L. Jimenez, A. (XXX) Estudio del comportamiento de una colonia
de robots autónomos agricultores, Departamento de Microelectrónica y
Sistemas Electrónicos, Universidad Autónoma de Barcelona
[10] Simón, M. Peralta, N. Costa, J (2013) Relación entre conductividad
eléctrica aparante con propiedades del suelo y nutrientes, Asociación
del Suelo de Ciencias del Suelo. CONICET, Argentina
[11] Torres, C. Archila, F. Tronco, M. (2012) Estudio cinemático de una
plataforma robótica para agricultura. Revista colombiana de Tecnología
Avanzada.
[12] Martinez, A(2013),Uso de la Transformada Wavelet para detección de
rostros,Universidad Nacional del Sur, Argentina,Agosto.
[13] http://www.iit.comillas.edu/pfc/resumenes/51dd88abe1482.pdf
[14] http://bananaexport.com/noticias/17_mayo_2014_5.htm