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




Enviado por luis brito




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    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

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    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:

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    =
    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

    Monografias.com

    [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

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