¿Cuáles son las principales tecnologías y aplicaciones de la agricultura de precisión?

Agricultura Inteligente

Marco Costanzo

Experto agrícola (en agricultura de precisión)

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Las tecnologías de la agricultura de precisión

Principales constelaciones de satélites, sistemas de corrección y georreferenciación

La base de los sistemas de agricultura de precisión en el campo es el GNSS (Sistema global de navegación por satélite), que consiste en una red de satélites geoestacionarios que se comunican entre sí. Muchos países cuentan con una red desarrollada por ellos mismos, por ejemplo, el GPS de Estados Unidos (31 satélites), Galileo de la Unión Europea (24 satélites), GLONASS de la Federación Rusa (24 satélites) y BeiDou de China (35 satélites). La determinación de la posición que proporcionan los GNSS por sí solos se limitada al número de satélites que hay disponibles en cada momento y está sujeta a un margen de error de ±30 cm.

Los satelites están asistidos por una serie de constelaciones menores funcionales para la corrección de la señal denominadas GPS Diferencial (en inglés DGPS, Differential Global Positioning System). La Unión Europea dispone de la denominada como red EGNOS de satélites geoestacionarios en órbita que ofrece un servicio de corrección totalmente gratuito que reduce el error a ±10 cm.

Para las operaciones que requieren una precisión de un centímetro (±2 cm), como la plantación y el trasplante, se pueden utilizar otros sistemas de corrección, como el RTK (Real Time Kinematic) o navegación cinética satelital en tiempo real. En la práctica, la señal se envía a la máquina en movimiento (rover) mediante ondas de radio o señal UMTS (Sistema universal de telecomunicaciones móviles) desde una serie de transmisores situados sobre el terreno o desde una antena de radio instalada en la explotación. La precisión del RTK permite almacenar las líneas de guiado y reutilizarlas en operaciones posteriores con extrema exactitud y el consiguiente ahorro de tiempo y combustible.

Sistemas de guía GPS

Las soluciones de guía asistidas destacan, sin lugar a dudas, entre las principales innovaciones introducidas en la agricultura. Son numerosas las empresas que fabrican dichos sistemas, pero todas utilizan el mismo principio: una antena receptora colocada en la maquinaria agrícola conectada al sistema de dirección, acompañada de sensores de ángulo montados en las ruedas y un terminal especial instalado en la cabina.

Los sistemas de guía por satélite se dividen en:

– Guía asistida: el sistema de guía más sencillo y económico. Se basa en una guía manual asistida por una pantalla de a bordo que proporciona al operador una visualización gráfica de su posición y de la trayectoria que debe seguir observando los indicadores luminosos de la barra de LED de la pantalla;

– Conducción semiautomática (o paralela): Este sistema es tecnológicamente más avanzado y más caro que el anterior y puede estar dirigido por un volante eléctrico o directamente por una electroválvula insertada en el sistema hidráulico y que está controlado por el ordenador de a bordo guiado por la señal RTK;

– Conducción autónoma: No requiere ningún tipo de intervención humana. El tractor se guía por el GPS y una serie de sensores capaces de detectar obstáculos de diversa índole y de gestionar los giros al final del campo y los equipos de forma totalmente autónoma;

La mejora de las prestaciones de los sistemas de guía de GPS y la repetibilidad en el tiempo de las operaciones a lo largo de la misma línea de guía han dado lugar a la Agricultura de Tráfico Controlado (CTF por sus siglas en inglés), que consiste en restringir el paso de la maquinaria agrícola a vías o carreteras.

Los beneficios son muchos: reducción del pisoteo, mantenimiento de la estructura del suelo, ahorro de combustible y de tiempo; desafortunadamente, aún no se justifican frente a los requisitos para aplicar la CTF. De hecho, los agricultores y los operadores deben tener un profundo conocimiento técnico de los sistemas de guía por satélite y comprar sistemas de guía RTK. Es preciso adaptar la maquinaria y los equipos a las vías de circulación pero apenas es posible adaptar la vía de las máquinas cosechadoras.

Al tratarse de una práctica relativamente reciente, se necesitan más perfeccionamientos técnicos y operativos por lo que aún no se utiliza de forma generalizada. A pesar de todo, se está construyendo una variante de la CTF basada en el concepto de vehículos portaherramientas de vía ancha (10 m o más), un ejemplo de ello es el NEXAT (encuentre información en profundidad en: https://www.nexat.de/en/).

Protocolo ISOBUS

Con el paso de los años, los principales fabricantes de maquinaria agrícola empezaron a desarrollar equipos cada vez más tecnológicos y complejos que requerían de un gran número de unidades de control y botones para manejarlos, lo que provocaba un aumento de la complejidad de las operaciones y del estrés durante el trabajo.

En 2008, con el fin de simplificar las operaciones y mejorar el bienestar de los operadores permitiendo la gestión de las herramientas desde un único terminal, un grupo formado por los principales fabricantes de equipos agrícolas fundó la AEF (Agricultural Industry Electronic Foundation -Fundación Electrónica para la Industria Agrícola) siguiendo las directrices de la SAE-J1939 preexistente perteneciente a la industria del automóvil, introduciendo la ISO-11783 y adaptando las normas a las necesidades del sector agrícola. La idea fundacional del proyecto ISOBUS se encierra en el concepto de «plug & play», o la conexión e interoperabilidad entre maquinaria con el simple uso de una toma dedicada.

Las principales funcionalidades que ofrece el sistema ISOBUS son:

-UT (Terminal Universal): gestión de las funcionalidades del implemento en cualquier terminal ISOBUS.

-AUX-N (Control Auxiliar): permite la gestión de terminales adicionales como joysticks y pulsadores, útiles para simplificar las operaciones de gestión de dispositivos ISOBUS;

-TECU (Tractor Electronic Computer Unit – Ordenador electrónico para tractor): sirve de plataforma para todas las demás funciones ISOBUS haciendo que estén disponibles todos los datos de funcionamiento del tractor;

-ISB (ISOBUS Shortcut Button – Botón de acceso directo ISOBUS): permite desactivar las funciones de ejecución activadas a través del terminal ISOBUS;

-TIM (Tractor Implement Management – Gestión de dispositivos para tractores): solución ISOBUS multiproducto y multiproductor que permite que el dispositivo controle determinadas funciones del tractor, como la dirección, la velocidad de avance, las rpm del motor y el sistema hidráulico del tractor;

-FS (File Server – Servidor de archivos): sirve como eje central para el almacenamiento o la recuperación de datos y permite el intercambio de datos con ISOBUS y dispositivos externos (USB o nube);

-TC-BAS (Task Controller-Basic – Controlador de tareas-Básico): registra e intercambia los valores de la tarea realizada proporcionados por el dispositivo ISOBUS;

-TC-GEO (Task Controller GEO-Based – Controlador de tareas GEO): gestión o programación de operaciones basadas en la posición GPS, por ejemplo, en el caso de aplicaciones de tasa variable;

-TC-SC (Task Controller Section Control – Controlador de tareas Control de secciones): gestión automática de secciones en función de la posición del GPS y del grado de solapamiento deseado, útil para el control de secciones de pulverizadores y sembradoras;

Puede encontrar más información sobre AEF en el siguiente enlace: https://www.aef-online.org/it/home.html

Detección próxima y remota

Una característica clave de la agricultura de precisión es sin duda la supervisión continua y puntual de las condiciones medioambientales y de los cultivos, posible gracias a la multitud de sensores disponibles en el mercado.

En función de las especificaciones de los sensores y del método de detección de los parámetros medioambientales y de los cultivos, pueden distinguirse dos tipos de supervisión:

-Detección próxima o monitorización de proximidad: en la que los datos son recogidos por sensores que están situados muy cerca del cultivo. Entre los sensores más habituales se encuentran las estaciones meteorológicas, las cámaras fijas y las cámaras de vídeo, los sensores de humedad y temperatura del suelo, los sensores de humedad de las hojas y las trampas para insectos. Además, se pueden instalar distintos tipos de sensores en los tractores: sensores infrarrojos capaces de detectar el grado de vigor del cultivo y realizar la fertilización más adecuada a sus necesidades, sensores de conductividad eléctrica para analizar los suelos y su contenido en materia orgánica y nutrientes, o sensores de compactación del suelo para trabajar a distintas profundidades.

Las ventajas de la detección próxima residen en la rentabilidad de los sensores y en la continua  recogida de datos dirigida a plataformas dedicadas a su interpretación y uso (FMIS). En cambio, en el caso de los sensores instalados sobre el terreno, sólo se  recoge una estimación del estado general de los terrenos;

-Detección remota o monitorización a distancia: posible gracias a drones, helicópteros, aviones o satélites equipados con cámaras especiales (RGB, multiespectrales, etc.) capaces de captar imágenes dentro del espectro visible y no visible para el ojo humano. La teledetección permite operar en zonas extensas y de difícil acceso en periodos cortos y con una gran resolución y precisión de los datos. Desafortunadamente, el uso de medios como aviones y helicópteros requiere personal especializado y tecnologías sofisticadas y caras. Sus costes operativos son elevados, por lo que se utilizan con fines de investigación o militares. En cambio, los satélites proporcionan imágenes de calidad y a menudo están disponibles de forma gratuita, como en el caso de la red europea de satélites de vigilancia medioambiental Copernicus, que tiene varios satélites en órbita, entre ellos dos dedicados a la agricultura, como el Sentinel-2 (disponible en: https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser/). Los inconvenientes de la teledetección por satélite son operativos, ya que proporciona imágenes cada 3-5 días y es de naturaleza climática debido a interferencias como las nubes y las precipitaciones.

La prospección aérea realizada con cámaras de diversos tipos proporciona índices útiles para evaluar las condiciones de los cultivos y del suelo. He aquí algunos de los más comunes, distinguidos por categorías:

 Vigor

1 NDVI (Índice de vegetación de diferencia normalizada) describe el estado de vigor del cultivo;

2 SAVI (Índice de vegetación ajustado al suelo) es la versión del NDVI a la que se aplica un factor de corrección para excluir las perturbaciones causadas por la reflectancia del suelo;

3 LAI (Índice por área) mide la superficie ocupada por la vegetación en relación con la superficie cubierta;

Clorofila

1 TCARI (El índice del ratio de absorción de clorofila modificado), que mide el contenido de clorofila en los tejidos;

2 OSAVI (Índice de vegetación ajustado al suelo optimizado), que agregado al TCARI, corrige el error causado por la reflectancia del suelo;

3 NDRE (Diferencia Normalizada de Borde Rojo ) también mide el contenido de clorofila y es útil para estimar las necesidades de nitrógeno o el estrés causado por su deficiencia;

Estrés hídrico

1 El NDMI (Indice Normalizado Diferencial de Humedad) indica el contenido de agua en los tejidos de los cultivos y pone de manifiesto posibles situaciones de estrés;

 

Drones o UAV (sistemas aéreos no tripulados)

Para un seguimiento preciso de los cultivos, los drones representan el equilibrio adecuado entre los costes de adquisición y funcionamiento, los datos recopilados y la información que se puede extrapolar, son una de las innovaciones más relevantes y prometedoras en la agricultura y desde hace algunos años ya han encontrado usos variados, desde el seguimiento hasta la defensa de los cultivos.

En primer lugar, conviene aclarar el significado de sistemas aéreos no tripulados. Los principales organismos de control aéreo suelen referirse al término UAS como SAPR (Sistema aéreo remotamente pilotado, sistema aéreo pilotado a distancia). Como sugiere la palabra sistema, no se refiere exclusivamente al dron en sí, sino al conjunto formado por el dron, la estación de control (operator) y el enlace entre ambos (radio control). Por normativa, el operador debe poder mantener contacto visual con el dron en todo momento.

Los drones tienen características variables según el tipo de aparatos de vuelo (ala fija o hélice), la presencia y el tipo de cámaras e instrumentos que pueden instalarse. En el mercado existen drones equipados con microgranuladores para distribuir gránulos, pellets o incluso polen para la polinización asistida, tanques combinados con boquillas para distribuir productos líquidos como productos fitosanitarios o fertilizantes líquidos, o dispensadores para la liberación de insectos beneficiosos o antagonistas.

Si está interesado en acercarse al mundo de los UAS, le recomendamos que realice el curso gratuito  OPEN A1-A3 válido en la Unión Europea en el siguiente enlace: https://learningzone.eurocontrol.int/ilp/pages/description.jsf#/users/@self/catalogues/8264768/courses/15839595/description

FMIS y DSS integrados

El volumen de datos generados por los sensores y la maquinaria requiere herramientas informáticas específicas: Los sistemas de información de gestión agrícola (en inglés FMIS). Se trata de sistemas de información utilizados para ayudar a los agricultores a registrar sus actividades.

Las funciones más comunes de los FMIS son: la capacidad de localizar la propia explotación, definir las parcelas y sus límites, establecer el ciclo y las rotaciones de los cultivos, registrar las operaciones (laboreo, siembra, nutrición, riego, defensa y cosecha), supervisar el parque de la maquinaria mediante telemetría, los parámetros de funcionamiento y el consumo e incluso el mantenimiento programado y la detección de averías mediante alertas. También se encargan de gestionar la parte económica y administrativa de la empresa, recopilar datos de los sensores y recibir consejos útiles para orientar las elecciones proporcionados por los sistemas de soporte a las decisiones (por sus siglas en inglés DSS) integrados.

Los DSS son un valioso aliado para planificar y ejecutar las operaciones de cultivo de la mejor manera posible. Se rigen por algoritmos específicos que pueden procesar grandes cantidades de datos y ofrecer consejos específicos en función de las necesidades del agricultor: el periodo de desarrollo de la enfermedad, los productos y el momento más adecuados para intervenir, el momento óptimo para plantar los distintos cultivos, el momento y los volúmenes de agua necesarios para satisfacer las necesidades hídricas del cultivo, etc.

Además, en las plataformas FMIS es posible importar, visualizar y procesar todos los mapas generados por la maquinaria o los satélites para crear mapas de prescripción especiales, mapas georreferenciados en los que se pueden designar zonas concretas de un campo y asignarles valores de aplicación específicos para la distribución selectiva de semillas, fertilizantes, agentes fitosanitarios u otros tipos de productos. Una vez creado el mapa de prescripción, puede enviarse a través de la nube o de dispositivos USB directamente al tractor conectado a un equipo capaz de distribuir dosis variables.

La aparición de una visión centrada en la oportunidad, la precisión de la intervención y el uso de herramientas de previsión, no vinculadas simplemente a los datos importados o generados por la maquinaria, sino a la gestión global de la explotación, combinada con la ayuda de herramientas de interpretación de datos cada vez más eficaces, ha marcado la transición de la agricultura de precisión a la era de la agricultura inteligente y la agricultura digital basada en el uso inteligente de los datos y la creación de valor a partir de ellos.

Perspectivas de futuro

¿Qué nos depara el futuro? Los caminos a seguir son numerosos y aún se están investigando. Solo podemos intentar recopilar una lista de los más conocidos y que se han explorado hasta ahora, que prometen revolucionar de nuevo la forma de concebir la agricultura.

Hablando del futuro próximo, la automatización está en primera línea. El mercado ofrece robots autónomos capaces de plantar o trasplantar semillas, eliminar las malas hierbas de forma automática o con productos químicos o con láser mediante sensores ópticos y algoritmos de reconocimiento de malas hierbas, tractores autónomos capaces de realizar labores de labranza, drones terrestres capaces de detectar el estado sanitario de los cultivos o la presencia de plagas y robots autónomos para la recolección.

Estrechamente relacionada con la automatización encontramos el uso de la inteligencia artificial, que ya se utiliza en algunas máquinas para detectar plagas o enfermedades y que, en el futuro, formará parte integrante de los DSS y proporcionará asesoramiento técnico a los agricultores.

Los consumidores, cada vez más atentos a la procedencia y calidad de los alimentos, claman por conocer los procesos asociados a los productos que compran. Blockchain desempeñará un papel clave para garantizar la autenticidad de la cadena de suministro, permitiendo seguir todo el ciclo de vida del producto desde el campo hasta la mesa de forma transparente y, sobre todo, inalterable.

En general, las tecnologías de agricultura inteligente y agricultura de precisión ayudarán a rastrear los procesos de producción y a demostrar su sostenibilidad mediante prácticas específicas como la agricultura de carbono o índices especiales que pueden estimar o calcular la huella de carbono, la huella hídrica y las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI).

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