Presente y futuro de la Agricultura de precision

Guísamo, 29 de mayo de 2009

Presente y futuro de la Agricultura de Precisión

Prof. Luis MárquezDr. Ing. Agrónomog g

CIMAG 2007 – Tractores sin conductorM

CIMAG 2009 – Barra de guiadogM

Autotrack Systems Ltd. – año 1969yM

Guía automática por medios ópticos (NIAE 1970)(NIAE, 1970)

Guiado óptico en máquinas de recolección

Láser infrarrojoj

Situación de la máquina en el campoq pM

¿Qué es la “agricultura de precisión”?¿Qué es la agricultura de precisión ?

Realizar en cada zona del campo y enRealizar en cada zona del campo y en cada momento las operaciones agrícolas más convenientes para conseguir lamás convenientes para conseguir la máxima producción con los menores costes.

Objetivos:• Mejorar el beneficio empresarial

Mejorar el beneficio empresarial• Aumentar la calidad de las cosechas

P t l di bi t

M • Proteger el medio ambiente

¿Qué se pretende?¿ p

Antes de la mecanizaciónparcelas pequeñas (diferenciación)

Con la mecanización intensivaparcelas grandes (uniformidad)

quez Con la ”agricultura de precisión”

grandes parcelas (diferenciación)

M Pequeñas diferencias

Gestión integral de los sistemas agrícolasM

Posicionamiento de las máquinas

qen el campo

Gestión integral de los sistemas agrícolas

Posicionamiento global e información geográfica

Agricultura de precisiónAgricultura de precisión

Servicio agronómico personalizado y particularizadog p y p

Gestión de equipos (tractores y máquinas)

Gestión empresarial

Primero: conocer la posiciónpM

Vehículos para teledetecciónVehículos para teledetecciónM

Precisión y detalleyM

Archivo de la información (SIG / GIS)( )M

Superposición de capas para relacionar contenidospara relacionar contenidos

Archivo de la información en formato digital

Información detallada de cada zona del campo

0 m 100 m 200 m 300 m 400 m 500 m 600 m0 m

Situación de un punto en un terreno plano

Global Positioning System (GPS)

Señales de satéliteSeñales de satélite

g y ( )

R d d télit d l

Tractor con GPS

Red de satélites del ejército de los EE.UU.Señal distorsionada para Tractor con GPSpsu seguridad

Precisión =>10 metrosPrecisión =>10 metros

Posicionamiento por satélite (puntos en el espacio)(puntos en el espacio)

Distancia a satélites

M en movimiento

Medida de la distancia (Sistema NAVSTAR GPS)(Sistema NAVSTAR-GPS)

Órbita: altura, posición y velocidad4 relojes atómicos (tiempo universal)

f1 = 1 575 MHz; L1= 19 cm

4 relojes atómicos (tiempo universal)

f2 = 1 227 MHz; L2= 24 cm

Coordenadas WGS84(Sistema geodésico mundial)

Información:

Códigos: P y C/A

GPS: red americana (militar)

• Posición satélite• Tiempo reloj• Identificación• Parámetros órbita

Distancia (D) = c x Tiempo (T)

GPS: red americana (militar)• Año: 1978 • Satélites: 31 (24+3); 8 visibles• Altitud: 20 180 km;

6 l bit l

• Perturbación periódica

Navigation System Time And Ranging Global Positioning System

• 6 planos orbitalesError: 1 ms <> 300 km

Errores en las señales

Desfase entre horas de satélites y receptores (precisión reloj de 10-9 s)

Desviación de la órbita de los satélitesDesviación de la órbita de los satélites

Posición relativa los satélites utilizados (GDOP)

Alteraciones producidas por la atmósfera terrestre

Errores en la trayectoria de las señalesy

Errores producidos en el receptor

Errores provocados por los propietarios del sistema (disponibilidad selectiva) anulados desde 2002

Posición de los satélitesM

Precisión en función del número de satélites visibles y de su posiciónsatélites visibles y de su posición

Errores en las señales

Reflexión en edificios y obstáculos

Variación de densidad en la

obstáculos

M densidad en la atmósfera

GPS diferencial GPS diferencial -- GPSdGPSd

Señales de satéliteSeñales de satélite

GPS fijo

Tractor con GPS

Corrección diferencial

• En tiempo real• Diferida

M • Diferida

Referencias para el GPSd

Diferentes solucionesDiferentes solucionesServicio de balizas costeras (gratuito)Baliza fija propia de la explotaciónBaliza fija propia de la explotaciónPrestación de servicios

Banda de FMTransmisión vía satélite (1000 €/año)Transmisión vía satélite (1000 €/año)

GPSGPS8 l 5 t d i ió

8 canales ~ 5 metros de precisión12 canales ~ 1 metro de precisión

GPS diferencial GPS diferencial -- GPSdGPSd

Señales de satéliteSeñales de satéliteSatélite

geoestacionario Señales de satéliteSeñales de satélite

Señal de referencia

Tractor con GPSCorrección

Si tdiferencial Sistemas: • EGNOS: 3- 4 m• STARFIRE: 50/10 cm

Estación base

M Estación base

Errores en la posición p

o = posición real+ = coordenadas GPS Probabilidad de error circular (CEP):+ = coordenadas GPS Probabilidad de error circular (CEP):

Radio círculo que contiene el 50% de datos GPS

+ ++ +++

+++ R = 3 m

CEP = 3 m

quez • Resolución

• Precisión

M • Precisión

Curva de distribución normal de posiciones GPSde posiciones GPS

Medidas:σ = 1

Medidas: • 68% < 1 m• 95% < 2 m

Verificación de precisiónpM

Resolución y precisióny pM

Antena y receptory p

Antena:I d di t i t d lIndependiente o integrada en el receptorPosición elevada y centro de la máquinamáquina

Receptor:Simple o doble frecuencia (L1 y L2)L2)Número de canales (satélites que pueden ser captados simultáneamente)simultáneamente)Tipo serie o paralelo (multicanales o continuos)Señales NAVSTAR y GLONASS

Señales NAVSTAR y GLONASS (Galileo)Tiempo de adquisiciónProtocolo de comunicación

M Protocolo de comunicación (RS232 – ISO-BUS)

Conexión GPS – línea ISO-BUS

ISO StandardVirtual Terminal

NMEA2000 CAN

ISO 11783ISO St d dGPSReceiver

2000 CANGPS

ImplementFunctionController

ISO StandardNavigationController

ISO StandardAuxiliary

Switch Unit6

Terminator Terminator86

250 kbits/sISO CAN

ISO StandardBreakawayconnector

ISO StandardDiagnosticconnector

12 VoltBattery

2ISO StandardTractor ECU

250 kbits/sTractor CAN

Terminator

quez Steering

Controller

AuxiliaryHydraulicController

HitchController

TransmissionController

EngineController

SteeringValves &Sensors

AuxValves &Sensors

HItchValves &Sensors

Sistemas de Navegación Global por Satélites GNSSpor Satélites GNSS

GPS: red americana (militar)• Año: 1978• Año: 1978 • Satélites: 31 (24+3); 8 visibles• Altitud: 20 180 km; 6 planos orbitales

GLONASS: red rusa (militar)• Año: 1982 • Satélites: 24 (9+4); ( )• Altitud: 19 100 km; 3 planos orbitales

Galileo: red europea (civil)Añ 200• Año: 2005

• Satélites: 1 (27+3); 12 visibles• Altitud: 23 200 km; 3 planos orbitales

GPS fijo

quez Combinación de sistemas: GNSS

• Satélites: 48 (medio: 14 visibles)

Corrección diferencial con punto fijo

Combinación de sistemas GNSS

Satélites: 48

Visibles:• mínimo: 8

quez • medio: 14

• máximo: 20

Resolución, precisión y coste de la señalM

Receptores GPS y costes relativos (2007)M

Equilibrio precisión / costeq p

Corrección diferencialAntena básica

Segundo receptor enlazado por radio con el situado en la máquina

Condición de la base: los é ómismos satélites que el móvil

Satélite geoestacionario unido a bases sobre la superficiebases sobre la superficie terrestre

Corrección posición horizontal

Pago por la señal (Omnistar, Landstar...)Precisión: 30-50 cm

(sin cuota)

M (sin cuota)

Equilibrio precisión / costeq p

Antena RTKCorrección cinemática

en tiempo real

Antena RTK

Precisión: 1-2 cm

(RTK–Real Time Kinematic)Base situada una distancia de

i kiló t (3 5 k )varios kilómetros (3-5 km)

Cálculo del número de ciclos de onda (simple y doblede onda (simple y doble frecuencia)

Precisión hasta de 1 cm en

quez las tres dimensiones

Exigencias de resolución y precisión en diferentes operaciones agrícolasdiferentes operaciones agrícolas

Fuente: F. Mazzetto. Univ. de Milán

Sistemas deCaptadoreslocalización

DeterminarSistemas delocalizaciónSistemas delocalizaciónlocalizaciónlocalización

¿Cómo se hace?¿Cómo se hace?Actuar¿Cómo se hace?¿Cómo se hace?

AnalizarEquipos capacesde modular

Equipos capacesde modular

SIG Referencias

M SIGagronómicas

N ióN ióNavegaciónNavegaciónbasada en GPSd basada en GPSd

B it d d l tB it d d l tBarra situada delanteBarra situada delantedel tractoristadel tractorista

Flechas que indican la direcciónFlechas que indican la dirección

Flechas que indican la direcciónFlechas que indican la direccióny la desviacióny la desviación

Aplicación del GPSd en pasadas sucesivasp p

pasada 3

60 pasada 3

pasada 360

pasada 240

pasada 2

quez pasada 1

pasada 110

Guiado (análisis económico)( )x ha

x hax ha

Cerrar el ciclo agrícolagM

Variabilidad espacial de la viña y su efecto sobre la calidad del vinosobre la calidad del vino

Universidad de Trás-os-Montes e Alto Douro

Variabilidad espacial de la viñap

Selección ySelección y caracterización de las parcelaspCaracterización del ambiente y de lasambiente y de las plantasCaracterización delCaracterización del sueloCaracterización de la

Caracterización de la producción de uva, mosto y vino

Determinaciones durante el ciclo de cultivoM

Calidad del vino

Análisis realizados en 2006

5.0 15

Color 3.22 3.22 3.06 3.50 3.50 3.50 2.83 3.33 2.83 2.33 2.00 2.17

Aroma 3.37 3.20 3.03 3.00 3.00 2.67 3.33 2.83 3.00 3.00 3.33 3.33

FrVer 2 10 1 77 1 94 2 50 2 00 1 67 1 83 2 00 2 00 1 83 2 50 2 00

AmG1 AmG2 AmG3 BaG1 BaG2 BaG3 BCG1 BCG2 BCG3 CaG1 CaG2 CaG3

FrVer 2.10 1.77 1.94 2.50 2.00 1.67 1.83 2.00 2.00 1.83 2.50 2.00

Floral 0.00 0.00 0.00 0.00 0.33 0.00 0.33 0.00 0.33 0.00 0.00 0.00

Cuerpo 2.93 2.76 2.76 3.17 3.00 2.67 2.17 3.17 2.67 2.50 1.83 2.33

Adst 2.76 3.26 2.76 3.17 3.00 3.33 2.50 3.33 2.67 2.83 2.33 2.67

M AcTt 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.67 2.50 3.17 2.67

NFinal 12.00 12.00 12.00 12.50 12.17 11.67 11.83 11.67 11.33 11.17 11.33 11.33

Proyecto: INTERREG-COREA (http://home utad pt/~fsantos )(http://home.utad.pt/~fsantos )

Resultados:Resultados:Identifican las zonas de mayor potencial cualitativo, y

t í ti tili dsus características utilizadas como referencia para mejorar las características de los vinos producidos en todas parcelas.Vendimia diferenciada en

466790

E13E23E43E63

E83E93

Vendimia diferenciada en función de la calidad de la uva; vinificación diferenciada para obtener

466770

466780

E12E13

E23E33

diferenciada, para obtener vinos cualitativamente diferenciados, y no vinos de

lid d di466750

466760

E32E41

E9113.34

Contenidos de alcohol

M calidad mediana.249310 249320 249330 249340 249350 249360 249370 249380

466740E51E71 13.05

Ciclo del manejo de Ciclo del manejo de la agricultura de precisiónla agricultura de precisión

Evaluación:Evaluación:

la agricultura de precisiónla agricultura de precisión

Datos: cosechaDatos: cosecha

Análisis sueloAnálisis suelo

Evaluación:Evaluación:cosechacosecha

ProtecciónProtecciónDatos climáticosDatos climáticos

ProtecciónProtecciónde cultivosde cultivos

DSSFertilizaciónFertilización

Sistema operativo

Ayudas a la decisión

SiembraSiembra Sistema información

Componentes de un sistema de APpM

AMBI: ambientalesPROD: productivas

M PROD: productivasOPER: operativasCTR: control operativoFuente: F. Mazzetto. Univ. de Milán

Componentes de un sistema de APpM

AMBI: ambientalesPROD: productivas

M PROD: productivasOPER: operativasCTR: control operativoFuente: F. Mazzetto. Univ. de Milán

Producción y humedad del granoy gM

Sensores de uso habitual en Agricultura(monitoreo ambiental)(monitoreo ambiental)

Radiación electromagnética reflejada por una hoja

Cultivo regadoen clima árido

Sensores de uso habitual en Agricultura(monitoreo del cultivo)(monitoreo del cultivo)

Mapa de vigor de una viñap gM

Sensor óptico montado sobre el tractor

Imagen monocroma del índice de vegetación

Vegetación enferma: color blanco

color blanco

N – SensorM

Variación de la vegetacióng

Trigo inviernoTrigo invierno

Luz visible Luzinvisible

óptim

) Trigo invierno

Parcela 1Parcela 2

óptim

) Trigo invierno

Parcela 1Parcela 2

Azul Verde Rojo Infra-Rojo próximoAzul Verde Rojo Infra-Rojo próximoAzul Verde Rojo Infra-Rojo próximo

Lectura del sensor (ud. Variables)

Análisis del sueloM

Producción de trigo (t/ha) en 2002 y resultados del análisis de suelo posterior

11.0Nitratos ‘03400

5.1Fósforo ‘03

del análisis de suelo posterior

0 100 200 300 400 500 600 700

1002 0

52.9K/10 ‘03

Mg/10 ‘03

0 100 200 300 400 500 600 700 800

M South0 100 200 300 400 500 600 700

0 100 200 300 400 500 600 700

Meteorología en parcelaMeteorología en parcelaMeteorología en parcelaMeteorología en parcela

Antena en campoAntena en campoHARDI MetpoleHARDI Metpole

Metwin

quez Estación PC con softwarePC con software

Sensores de uso habitual en Agricultura(control operativo)(control operativo)

Ciclo de manejo: siembraCiclo de manejo: siembrajj

DSSActuación

Aplicación: Siembra

Electronic seed drill control (ESC)

Electric Seed Drill Drive (ESA)

Control para dosis de siembra variableM

Modificación continuade la distancia de siembra (dosis)de la distancia de siembra (dosis)

Mapa de densidadesMapa de densidadesde siembra

Ciclo de manejo: fertilizaciónCiclo de manejo: fertilización

Fertilización: ley de rendimientos decrecientesrendimientos decrecientes

• Limitación de cultivos• Anchura de trabajo

M Mapa del cultivo Mapa de abonado

200 kg/ha 300 kg/ha 250 kg/ha

150 kg/ha 100 kg/ha 180 kg/ha 200 kg/ha

300 kg/ha 250 kg/ha 100 kg/ha300 kg/ha 250 kg/ha 100 kg/ha

Mantener la uniformidad de distribución con dosis variablecon dosis variable

Rotación girasol-trigo (Sevilla)Rotación girasol trigo (Sevilla)M

Fuente: José María Salleras

Aplicación diferencial de fertilizanteAplicación diferencial de fertilizanteM

Aplicación diferencial de fertilizanteM

Plan de abonado (trigo 2005-06)( g )Parcela 34-10:2

Superficie % DAP N SA 21 Total 1ª cobertera 2ª coberteraha kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha kg/ha

6.853 13.0% 0 100 476 286 19034.506 65.6% 0 60 286 171 11411.259 21.4% 0 20 95 57 3811.259 21.4% 0 20 95 57 38

52.618 0 57 270 162 108Total 14.194 8.517 5.678

N P2O5DAP 0 0

DAP 0 0SA 21 57Total 57 0 Hacienda de C. (SE)

Sensor de vegetación (abonado N)M

Aplicación en función de la vegetación

Ratio de aplicaciónCultivoDosis

máxima

AbonoDosis

máximaDosis

máxima

Estadio del cultivo

% Nitrógeno

quez Biomasa

Valor del sensor

DosismínimaDosis

mínimaDosis

mínima

M Exploración Valor del sensor

Ciclo de manejo: protección de cultivos

Control de malas hierbas (amapolas)Control de malas hierbas (amapolas)M

Diferenciación de las zonas

Suelo limosoSuelo arenoso

ArbolesSuelo arcilloso

Daños por conejos

Bordes

“Harry Lamb” (Gran Bretaña)

Mapa de aplicación y tratamiento diferencial

Volumen en l/ha

200200

Sistemas de regulación CoV(Concentración Variable)(Concentración Variable)

Dosificación de dos productos

Aplicación diferenciada (vegetación)p ( g )

ultrasonidos

Estado y calibración de los equipos para la aplicación de fitosanitariospara la aplicación de fitosanitarios

Longitud de picado en función de la humedad de la hierbahumedad de la hierba

Detección de problemas en el riegop g

Yieldmap [T/ha]

Farm : EL SOTILLO

20030315

19.9Field : Pivot 2 (80-170)Field area [ha] : 19.66Date : 12/09/2003Area harvested [ha]: 20.91Crop : MAIZVariety : COMPA CB (Syngenta, Crop weight(FS) [T]: 300.58Crop weight(WB) [T]: 0Avg. yield [T/ha] : 14.37Min. yield [T/ha] : 6.1

16.0Max. yield [T/ha] : 19.9Avg. moisture [%] : 13.98

Incluye ensayos de variedades

1006.1

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Monitores en el puesto de conducciónpM

El sistema de comunicación ISO-BUS

Gestión combinada de motor y transmisión (tractores)

quez Automatización de procesos: conexión de equipos

Limitaciones por la necesidad de renovación de equipos

Estructura de un micro-ordenadorEstructura de un micro ordenadorM

Cableado independiente hasta el ordenadorp

• Microprocesadorcentral

• Transmisión analógicaanalógica

Circuitos para la comunicaciónp

Captadores MandosCircuito analógicoCaptadores Mandos

Tantos conductores como circuitosTantos conductores como circuitos

Cada captador dispone de un conductor específico que transporta la informaciónEl microprocesador analiza toda la información que recibe

El microprocesador analiza toda la información que recibeNumerosas conexiones y gran longitud de cableadoEl control se hace por cada uno de los elementos

Microprocesadores independiente y comunicación comúncomunicación común

• Microprocesador• Microprocesadorcentral

• Microprocesadoren cada sistema

• Transmisión digitalde la información

Circuitos para la comunicaciónp

Captadores MandosCircuito numérico bus CAN

p Mandos

Un solo conductor

Conv. a/n Conv. n/a

Un solo conductor

Circula gran cantidad de información por el mismo conductorMayor facilidad para la detección de fallos; posibilidad de

Mayor facilidad para la detección de fallos; posibilidad de interrogar a cada captadorPocas conexiones y menor longitud de cableado

M Necesidad de incluir convertidores analógico - digitales

Componentes del CAN-Busp

CAN LoCAN Lo

Conjunto de información en un mensajeen un mensaje

mensaje1 1 B

0 0Est

Arbitraje i f ió (d t ) aceptaciónArbitraje(prioridad,

información (datos) aceptacióny final

quez comienzo tamaño control de

errores

Circula la información genéticag

Transcripción

ARN Mensajero (3 bases)j ( )

Traducción

Proteína

quez Fenilalanina

ProlinaArginina

TirosinaProlina

ArgininaArginina

Serina

Cada proteína tiene una función específica

Esquema del conjuntoq j

ISO 11783

El sistema ISO-BUS (norma ISO 11783)( )ISO Standard

Virtual Terminal

NMEA2000 CAN

ISO 11783ImplementISO StandardGPS

Receiver GPSImplementFunctionController

NavigationController

ISO StandardAuxiliary

Switch Unit6

Terminator Terminator86

250 kbits/sISO CAN

ISO StandardBreakawayconnector

ISO StandardDiagnosticconnector

12 VoltBattery

2ISO StandardTractor ECU

250 kbits/sTractor CAN

Terminator

Tractor CAN

SteeringController

AuxiliaryHydraulicController

HitchController

TransmissionController

EngineController

SteeringValves &Sensors

AuxValves &Sensors

HItchValves &Sensors

Autoguiado y automatización de controlesM

Electrónica de “cálculo”

Intervención sobre los á t d d d lTeclado parámetros de mando de los

automatismos utilizando un tecladoEl microprocesador se convierte en un calculador que define el mando a partir de los

indicador

define el mando a partir de los parámetros establecidosTodas las funciones se

parámetros

microprocesador

controlan por un solo microprocesador; admite combinaciones complejascaptador mando

Remplazan a sistemas mecánicos (inyección, elevador, etc.)

mecanismo

M elevador, etc.)

Sistema de posicionamiento “global”p g

R l i l d tRelaciona los datos recogidos con la posición en que se encuentra la máquina

teclado indicador ordenadorq qsobre la parcela (recolección)P ibilid d d l i

microprocesador GPSdPosibilidad de relacionar datos para la sucesión de procesos agrícolas

captador mando

p g(abonado, siembra, tratamientos)

mecanismo

Nueva forma de trabajo del usuario, que se convierte en gestor de información

M ges o de o ac ó

Electrónica de “gestión”g

Los captadores recogen Ordenador abundante información durante

el trabajoSe registran los datos

Ordenador

Se registran los datos obtenidos para analizarlos con posterioridadLi it i d i t

indicadorteclado

Limitaciones de registro por capacidad de memoria del microprocesador

registro dedatos

microprocesador

Posibilidad de memorizar datos para condiciones diferentes (regulación de cosechadora)captador mando

(regulación de cosechadora)Posibilidad de transferir datos a un ordenador para procesarla

t i f ió ( l )mecanismo

M con otra información (parcelas)mecanismo

Recomendaciones de riego (AIMCRA)g ( )M

Optimizar la producciónSi t d S t l D i ióSistemas de Soporte a la Decisión

Lecho de siembra+ semilla

humedad y temperatura Capa arable

+ suelo y subsuelo + nascencia + ahijamiento

+ operaciones de cultivo

+ tratamientos

Cosecha+ tratamientos

número de plantas producción de una plantax

Información en la empresa agrariap g

Datos brutos que sirven de referencia para la toma de decisiones

Información en la empresa agrariap gM

Ámbitos de decisión empresarialespM

Cuaderno de campo informáticopM

Gestión de datos I (viña)( )M

Gestión de datos II (viña)( )M

Programas integrados de gestión agrícolaM

Sistema de información de la empresap

Utilización externaUtilización interna

Etapas de la trazabilidadpM

Control de flotas de tractores y máquinasM

Control integral del parque de máquinasM

Aprovechar lo que ofrece la tecnologíap q gMárgenes brutos: ganar o perder dinero

¿Conviene cultivar toda la parcela?

sTrigo

idasTrigo

Superficie: 36 ha

Producción:

M Producción: 3.5 t/ha

Conclusiones

La Agricultura de Precisión es algo que progresivamente se i á i i d l i lt d tiirá imponiendo en la agricultura productiva

No es una técnica extrapolable: el análisis hay que hacerlo de manera aplicada para cada situaciónde manera aplicada para cada situación

Los “satélites” solo sirven para situarse en la parcela

El “mapa de cosecha” es la primera etapa y ayuda a completar el ciclo

Al nivel de la tecnología disponible ya puede ayudar a tomar decisiones que reduzcan los costes de producción

En los próximos años será una herramienta imprescindible para la Agricultura Sostenible, especialmente en las parcelas con riego

Un nuevo tipo agricultorUn nuevo tipo agricultor

Agricultor “empresario”, l tiaunque lo sea a tiempo

parcialGerente más queGerente más que tractoristaFormado para recibir la información disponibleAyuda de los “sistemas de soporte a la decisión”de soporte a la decisiónMecanización apropiada y asistencia técnica

y asistencia técnica eficazDesarrollo de la empresa

“ ”

M de “servicios”

La Agricultura de Precisión...La Agricultura de Precisión...

es mucho más que el guiado automático peroguiado automático, pero...

necesitamos mejorar el conocimiento agronómico y la

conocimiento agronómico y la experiencia práctica para avanzar

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