“Tecnologie a basso impatto ambientale per le colture estensive”
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<strong>“Tecnologie</strong> a <strong>basso</strong> <strong>impatto</strong><br />
<strong>ambienta<strong>le</strong></strong> <strong>per</strong> <strong>le</strong> <strong>colture</strong> <strong>estensive”</strong><br />
Parte II: Agricoltura di Precisione<br />
M. Bertocco<br />
Dipartimento Territorio e Sistemi Agro-Forestali<br />
Università di Padova
Maggiore controllo<br />
della pressione<br />
esercitata sul<strong>le</strong><br />
risorse ambientali<br />
Riduzione dei costi e<br />
maggiore efficienza in fase di<br />
produzione<br />
Maggiore trasparenza<br />
(informazioni): qualità<br />
di processo e di<br />
prodotto<br />
Sviluppo tecnologico ad oggi ha raggiunto i seguenti livelli:<br />
sistemi di localizzazione e CAN-BUS su trattori ed o<strong>per</strong>atrici<br />
e<strong>le</strong>vata livello di affidabilità della meccatronica<br />
Te.S.A.F.
Tecnologia Can Bus<br />
Lo strumento Control<strong>le</strong>r Area Network è un Binary Unit System di<br />
comunicazione seria<strong>le</strong> <strong>per</strong> applicazioni di controllo o<strong>per</strong>ativo (realtime)<br />
Caratteristiche:<br />
control<strong>le</strong>rs e<br />
chips<br />
d'interfaccia<br />
hanno<br />
dimensioni<br />
ridotte<br />
ogni dato ha<br />
una stringa<br />
seria<strong>le</strong> di<br />
riconoscimento<br />
broadcast: tutti i<br />
nodi possono<br />
immettere ed<br />
acquisisre dati<br />
velocità di<br />
trasmissione<br />
(da<br />
125<br />
Kbit/s a<br />
1Mbit/s)<br />
Filtro i dati di interesse<br />
Affidabilità<br />
E<strong>le</strong>vata o<strong>per</strong>atività in condizioni sfavorevoli<br />
Te.S.A.F.
Sito di connessione dello spinotto di col<strong>le</strong>gamento<br />
Attenzione: trattrice e macchina o<strong>per</strong>atrice devono disporre di<br />
tecnologie compatibili ed interfacciabili<br />
Te.S.A.F.
Sistema Globa<strong>le</strong> di Posizionamento<br />
determinazione della distanza tra i satelliti visibili,<br />
la cui posizione nello spazio è nota con precisione,<br />
ed un ricevitore a terra<br />
Ricevitori doppia<br />
frequenza con<br />
correzione real time<br />
a terra = < 1 cm<br />
x,y,z<br />
Te.S.A.F.
Esempio: antenna GPS con dispositivo differenzia<strong>le</strong>*<br />
Caratteristiche tecniche del ricevitore<br />
Massa (kg) 1,6<br />
Temp. di funzionamento (°C) -20 ‚ +80<br />
Umidità di funzionamento (%) 0-95<br />
Numero di canali 8<br />
Correzione differenzia<strong>le</strong><br />
Banda L<br />
Accuratezza garantita (m) < 1<br />
Tempo di acquisizione (s) 1<br />
*NB: non serve più abbonamento annua<strong>le</strong><br />
Te.S.A.F.
Esempio: antenna GPS con display in cabina<br />
Te.S.A.F.
Sensori del<br />
suolo<br />
Sensori<br />
della pianta<br />
Principali<br />
sensori su<br />
o<strong>per</strong>atrici<br />
nella VRA<br />
Grandezza misurata<br />
contenuto di<br />
sostanza organica<br />
contenuto di umidità<br />
proprietà fisiche<br />
livello nutritivo<br />
stato della coltura<br />
investimento<br />
ma<strong>le</strong>rbe<br />
pressione<br />
portata<br />
velocità<br />
regime di rotazione<br />
sol<strong>le</strong>vatore<br />
massa<br />
ottici basati sulla rif<strong>le</strong>ssione di un fascio di luce<br />
visibi<strong>le</strong> (rosso)) o IR.<br />
a raggi IR o microonde. . ad induzione e<strong>le</strong>ttromagnetica<br />
o di conducibilità e<strong>le</strong>ttrica.<br />
penetrometri portatili, utensili sensibilizzati Georadar<br />
(GPR), NIRS e sensori ad induzione e<strong>le</strong>ttromagnetica<br />
ad induzione e<strong>le</strong>ttromagnetica e all’IR<br />
rif<strong>le</strong>ttanza, radiometri, analizzatori di immagine IR<br />
meccanici, sensori fotoe<strong>le</strong>ttrici<br />
di rif<strong>le</strong>ssione della luce visibi<strong>le</strong> o nell’infrarosso<br />
infrarosso,<br />
analisi di immagine<br />
nella distribuzione di prodotti liquidi o gassosi ed<br />
emettono un segna<strong>le</strong> e<strong>le</strong>ttrico proporziona<strong>le</strong> alla<br />
pressione del fluido.<br />
di tipo ultrasonico o a turbina e sensori di prossimità<br />
GPS, sensori di prossimità emettitori radar<br />
sensori di prossimità magnetici od ottici<br />
di posizione<br />
estensimetri<br />
Sensore<br />
Te.S.A.F.
Definizione<br />
Agricoltura di Precisione<br />
è l’applicazione di tecnologie, principi e strategie <strong>per</strong> una gestione<br />
spazia<strong>le</strong> e tempora<strong>le</strong> della variabilità associata a tutti gli aspetti<br />
della produzione agricola, al fine di accrescere la <strong>per</strong>formance della<br />
coltura e la qualità dell’ambiente<br />
in altri termini<br />
è una forma di agricoltura progredita, volta all’impiego di tecniche<br />
e tecnologie mirate all’applicazione variabi<strong>le</strong> degli input colturali<br />
all’interno degli appezzamenti, sulla base dell’effettiva esigenza<br />
della coltura e del<strong>le</strong> proprietà chimico-fisiche e biologiche del suolo<br />
al fine di <strong>per</strong>seguire<br />
- la razionalizzazione degli input<br />
- contenimento dei costi colturali e l’ottimizzazione della resa<br />
- il rispetto del<strong>le</strong> risorse ambientali<br />
Te.S.A.F.
Negli Stati Uniti:<br />
– il numero di mietitrebbie con GPS<br />
sono circa 23.000<br />
– un terzo del<strong>le</strong> aziende agrico<strong>le</strong><br />
hanno già adottato <strong>le</strong> tecnologie<br />
dell’Agricoltura di Precisione<br />
In Europa:<br />
– Regno Unito <strong>le</strong> aziende che<br />
praticano Agricoltura di Precisione<br />
sono 2.000<br />
– Germania mappatura diffusa tra il<br />
7,4% degli agricoltori con tendenza<br />
verso picco<strong>le</strong> o medie aziende<br />
– Danimarca circa 320 MT hanno i<br />
sensori <strong>per</strong> yield mapping (9% della<br />
su<strong>per</strong>ficie cerealicola)<br />
– Italia 50 mietitrebbie con sistemi di<br />
mappatura (0,5% su<strong>per</strong>ficie<br />
cerealicola)<br />
Te.S.A.F.
AGRICOLTURA DI PRECISIONE<br />
In sintesi<br />
RACCOLTA DATI<br />
(ANALISI DATI)<br />
DISTRIBUZIONE FRAZIONATA<br />
DATI STORICI<br />
BASATA SU SENSORI<br />
CAMPIONAMENTO<br />
S. REMOTI<br />
suolo<br />
scouting di<br />
ma<strong>le</strong>rbe, insetti, ecc.<br />
SENSORI<br />
S. PROSSIMI<br />
lavorazione del<br />
terreno<br />
semina<br />
difesa<br />
irrigazione<br />
BASATA SU MAPPE<br />
satellite<br />
aereo<br />
foto aeree<br />
produzione<br />
suolo<br />
pianta<br />
lavorazione del<br />
terreno<br />
semina<br />
GPS<br />
macchine<br />
difesa<br />
navigazione<br />
automatica<br />
irrigazione<br />
Te.S.A.F.
Attuazione<br />
Dati<br />
Analisi ed elaborazione dati<br />
Te.S.A.F.
Raccolta dei dati<br />
-dati storici: sono utili <strong>per</strong> ricostruire <strong>le</strong> o<strong>per</strong>azioni agronomiche<br />
che sono state eseguite nell’appezzamento nel corso degli anni e<br />
<strong>le</strong> interazioni tra <strong>le</strong> condizioni pedologiche, colturali e<br />
l’andamento climatico;<br />
- campionamento del suolo: si fissano <strong>le</strong> coordinate X;Y di ogni<br />
punto di prelievo e si abbinano ad essi <strong>le</strong> caratteristiche misurate<br />
sul campione;<br />
-foto aeree o immagini da satellite (remote sensing): sensori<br />
consentono di fornire del<strong>le</strong> immagini la cui interpretazione<br />
fornisce informazioni sul parametro indagato (es. LAI);<br />
- scouting: è il monitoraggio in campo dello stato in cui si<br />
manifesta un determinato fenomeno (infestazione, attacco<br />
parassitario,..);<br />
Te.S.A.F.
Esempio: mappatura del<strong>le</strong> produzioni<br />
Te.S.A.F.
Sensori di portata<br />
Sensore ad <strong>impatto</strong> (5%)<br />
Sull’e<strong>le</strong>vatore della granella un<br />
piatto misura la forza o energia<br />
cinetica del prodotto che sbatte<br />
contro di esso, lo trasforma in<br />
segna<strong>le</strong> e<strong>le</strong>ttrico ed un<br />
microprocessore lo converte in<br />
portata di granella sulla base di<br />
curva di taratura<br />
Te.S.A.F.
Sensori di umidità<br />
E’ un sensore di tipo capacitivo: si basa sulla variazione della capacità e<strong>le</strong>ttrica<br />
del mezzo al passaggio della granella raccolta<br />
Si hanno due piastre che funzionano come dei condensatori sul<strong>le</strong> quali si<br />
accumulano del<strong>le</strong> cariche e<strong>le</strong>ttriche variabili a seconda del die<strong>le</strong>ttrico in transito<br />
(la granella o il vuoto)<br />
Maggiore è<br />
l’umidità e<br />
maggiore è la<br />
costante<br />
die<strong>le</strong>ttrica del<br />
mezzo che viene<br />
ri<strong>le</strong>vata<br />
Mediante curva<br />
di calibrazione è<br />
possibi<strong>le</strong><br />
stimare l’umidità<br />
del prodotto in<br />
transito<br />
Te.S.A.F.
Sensori di velocità<br />
Sensore di velocità teorica<br />
Misurano la velocità di rotazione<br />
del cerchione della ruota<br />
anteriore della trebbia, correlata<br />
alla velocità di avanzamento<br />
Una centralina e<strong>le</strong>ttronica<br />
provvede ad elaborare il segna<strong>le</strong><br />
ri<strong>le</strong>vando, dal numero di giri<br />
del<strong>le</strong> ruote e dal loro raggio di<br />
rotolamento, la velocità di<br />
avanzamento<br />
Non tiene conto dello slittamento<br />
Te.S.A.F.
Sensori di velocità<br />
Sensore di velocità rea<strong>le</strong><br />
Sono più accurati dei precedenti<br />
e sono costituiti da emettitori<br />
radar o ad ultrasuoni<br />
Sono installati il più vicino<br />
possibi<strong>le</strong> al baricentro della<br />
macchina e misurano la velocità<br />
emettendo e ricevendo<br />
microonde od onde sonore ad<br />
altissima frequenza.<br />
Te.S.A.F.
Sensori di inclinazione della barra<br />
Ri<strong>le</strong>va l’inclinazione<br />
della<br />
mietitrebbiatrice e<br />
della barra in<br />
particolare rispetto<br />
al valore di<br />
riferimento e<br />
mediante sistema<br />
idraulico corregge la<br />
posizione istantanea<br />
Te.S.A.F.
Sensori di larghezza<br />
della barra<br />
laser pilot system<br />
Sensore laser montato<br />
sulla barra<br />
- invio segna<strong>le</strong> laser;<br />
- tempo di risposta<br />
maggiore <strong>per</strong> stoppie;<br />
- mantenimento<br />
traiettoria (10-15%<br />
barra recu<strong>per</strong>ata)<br />
Te.S.A.F.
Unità di controllo<br />
Sistema<br />
informativo<br />
e<strong>le</strong>ttronico di<br />
bordo dotato di<br />
<strong>le</strong>ttore/scrittore<br />
di PCMCIA<br />
riceve <strong>le</strong> informazioni dei vari sensori e <strong>le</strong><br />
registra sul supporto mobi<strong>le</strong> simi<strong>le</strong> ad disco<br />
fisso e <strong>le</strong>ggibi<strong>le</strong> sul <strong>le</strong>ttore del PC azienda<strong>le</strong>: <strong>le</strong><br />
coordinate X,Y di un punto K iesimo vengono<br />
abbinate ai dati dei sensori<br />
Te.S.A.F.
Calibrazione<br />
Sensore di livello<br />
Strutturazione<br />
database<br />
Impostazione<br />
Misurazione<br />
umidità e densità<br />
Sensore di umidità<br />
Sensore di flusso<br />
Controllo<br />
funzionalità del<br />
ricevitore GPS e<br />
ricezione segna<strong>le</strong><br />
differenzia<strong>le</strong><br />
Acquisizione della<br />
cartografia<br />
azienda<strong>le</strong><br />
Individuazione di<br />
aree omogenee <strong>per</strong><br />
varietà coltura<strong>le</strong><br />
Attribuzione codice<br />
identificativo<br />
Relazione tra la<br />
cartografia ed il<br />
database<br />
Creazione ordine di<br />
lavoro giornaliero<br />
Trasferimento dati<br />
su PCMCIA<br />
A<strong>per</strong>tura ordine di<br />
lavoro con<br />
<strong>le</strong>ttore/scrittore in<br />
cabina<br />
Registrazione dati<br />
in fase di lavoro<br />
Elaborazione<br />
Esecuzione back-up<br />
giornaliero<br />
Visualizzazione del<br />
tracciato<br />
Visualizzazione dei<br />
dati grezzi<br />
Creazione confine<br />
dell’appezzamento<br />
Impostazione del<br />
piano di raccolta<br />
Chiusura ordine<br />
di lavoro<br />
Trasferimento dati<br />
su PC azienda<strong>le</strong><br />
Interpolazione dei<br />
dati registrati<br />
Creazione mappa<br />
di produzione<br />
Fasi costituenti la procedura <strong>per</strong> la raccolta e la gestione dei<br />
dati di produzione<br />
Te.S.A.F.
10<br />
8<br />
Mietitrebbiatrice<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
Resa stimata (t/ha)<br />
6<br />
4<br />
2<br />
1<br />
0,00 0,50 1,00 1,50<br />
Fattore di calibrazione<br />
coeff. taratura frumento coeff. taratura giraso<strong>le</strong><br />
0<br />
0 2 4 6 8<br />
Resa misurata (t/ha)<br />
Resa effettiva Resa stimata <strong>per</strong> difetto Resa stimata <strong>per</strong> eccesso<br />
Te.S.A.F.
Calibrazione<br />
Sensore di livello<br />
Strutturazione<br />
database<br />
Impostazione<br />
Misurazione<br />
umidità e densità<br />
Sensore di umidità<br />
Sensore di flusso<br />
Controllo<br />
funzionalità del<br />
ricevitore GPS e<br />
ricezione segna<strong>le</strong><br />
differenzia<strong>le</strong><br />
Acquisizione della<br />
cartografia<br />
azienda<strong>le</strong><br />
Individuazione di<br />
aree omogenee <strong>per</strong><br />
varietà coltura<strong>le</strong><br />
Attribuzione codice<br />
identificativo<br />
Relazione tra la<br />
cartografia ed il<br />
database<br />
Creazione ordine di<br />
lavoro giornaliero<br />
Trasferimento dati<br />
su PCMCIA<br />
A<strong>per</strong>tura ordine di<br />
lavoro con<br />
<strong>le</strong>ttore/scrittore in<br />
cabina<br />
Registrazione dati<br />
in fase di lavoro<br />
Elaborazione<br />
Esecuzione back-up<br />
giornaliero<br />
Visualizzazione del<br />
tracciato<br />
Visualizzazione dei<br />
dati grezzi<br />
Creazione confine<br />
dell’appezzamento<br />
Impostazione del<br />
piano di raccolta<br />
Chiusura ordine<br />
di lavoro<br />
Trasferimento dati<br />
su PC azienda<strong>le</strong><br />
Interpolazione dei<br />
dati registrati<br />
Creazione mappa<br />
di produzione<br />
Fasi costituenti la procedura <strong>per</strong> la raccolta e la gestione dei<br />
dati di produzione<br />
Te.S.A.F.
Periodo di ammortamento mietitrebbiatrice: 5 anni<br />
10<br />
costi unitari (€/ha)<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
0 100 200 300 400 500<br />
utilizzazione annua (h)<br />
Incidenza singo<strong>le</strong> voci<br />
100%<br />
80%<br />
60%<br />
40%<br />
20%<br />
0%<br />
1 2 3 4 5<br />
apparecchiature e<strong>le</strong>ttroniche<br />
formazione<br />
attività responsabi<strong>le</strong><br />
Anni di mappatura<br />
abbonamento<br />
interventi<br />
Te.S.A.F.
- contenuto di umidità, proteina,<br />
lipidi (oli) e carboidrati;<br />
- contenuto di micotossine<br />
- presenza di infestanti (es.<br />
barbabietola o Chenopodium<br />
album con NIR o ciò che non<br />
è coltura è ma<strong>le</strong>rba con<br />
laser);<br />
- investimento coltura<strong>le</strong>;<br />
Te.S.A.F.
Mappa di produzione (es. riso)<br />
Mappa di produzione<br />
contiene i dati da cui<br />
bisogna ricavare <strong>le</strong><br />
informazioni:<br />
- <strong>per</strong> almeno 3 anni;<br />
- stabili nel tempo;<br />
- con bassa variabilità<br />
(overlying)<br />
Te.S.A.F.
Agricoltura di Precisione<br />
Strumenti<br />
Geographical Informative System:<br />
insieme di strumenti e risorse (software, hardware, uomini) che a<br />
partire dai dati grezzi è in grado di fornire un’informazione<br />
abbinata a del<strong>le</strong> coordinate geografiche (X,Y, ..Z) e quindi<br />
collocabi<strong>le</strong> ed individuabi<strong>le</strong> nello spazio in un sistema di<br />
riferimento<br />
Database geografico<br />
Estrapolazione di<br />
informazioni<br />
mediante analisi<br />
Visualizzazione ed<br />
interpretazione dei<br />
dati<br />
Te.S.A.F.
Esempio di GIS dedicato all’Agricoltura di Precisione<br />
Te.S.A.F.
Variabilità<br />
nel campo<br />
Variabilità<br />
Tempora<strong>le</strong><br />
Variabilità<br />
Spazia<strong>le</strong><br />
Stabilità<br />
Modelli di simulazione:<br />
DSSAT; Salus Terrae; Ceres; ………….<br />
Es. consente di simulare una situazione sulla base di<br />
- caratteristiche terreno (densità, tessitura, limiti idraulici);<br />
- caratteristiche genetiche coltura (ibrido, coefficienti<br />
genetici);<br />
- condizioni meteo decennali;<br />
- itinerario tecnico applicato<br />
Te.S.A.F.
Campionamento del suolo<br />
• Utilizzo del numero di siti <strong>per</strong> il qua<strong>le</strong> il rapporto costo beneficio sia<br />
minore<br />
• 5 campioni <strong>per</strong> sito<br />
• Campioni disposti lungo un vettore immaginario<br />
• Distanze di 5,10,20,40 metri dal punto di origine<br />
• Parametri analizzati: caratteristiche chimico-fisiche del suolo<br />
Te.S.A.F.
Variogramma<br />
sferico<br />
Variogramma<br />
rettilineo<br />
Tecnica di<br />
campionamento:<br />
griglia o casua<strong>le</strong>?<br />
Te.S.A.F.
Strumenti<br />
Geo-statistica:<br />
insieme di procedure statistiche applicate al suolo al fine di estrapolare<br />
dai dati grezzi campionati o acquisiti del<strong>le</strong> informazioni<br />
valide <strong>per</strong> l’intero appezzamento:<br />
Te.S.A.F.
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