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      Agricultura de Precisión (# 28)

 
Agricultura de Precisión
Agricultura de precisión

1. INTRODUCCIÓN

La tecnología GPS, que nació para el ámbito militar, se ha revelado en la actualidad como una fuente inagotable y creciente de aplicaciones civiles, siendo una de ellas la Agricultura. GPS se emplea para elaborar unos mapas con el apoyo de un sistema de información geográfica (GIS). Los datos obtenidos harán que un sistema de información de apoyo a decisiones (MIS) indique al agricultor cómo operar sobre sus tierras de forma óptima con el uso de técnicas de tasa variable (VRA). Siguiendo el ciclo anterior se observarán de forma diáfana las ventajas de la Agricultura de precisión con respecto a la tradicional.

2. AGRICULTURA DE PRECISIÓN

2.1 Definición

Agricultura de precisión es el término utilizado para describir la meta del aumento de la eficiencia en la administración de la Agricultura. Es una tecnología en desarrollo que modifica las técnicas existentes e incorpora otras nuevas para producir un nuevo conjunto de herramientas a ser manejadas por el usuario.

Por tanto, la Agricultura de precisión no es simplemente la habilidad de aplicar tratamientos distintos a escala local, sino que debe ser considerada como la habilidad para controlar con precisión y asignar la empresa agrícola a un nivel local y de granja, así como de tener los conocimientos suficientes para entender todos los procesos relacionados, de modo que puedan aplicarse los resultados obtenidos para lograr una meta determinada.

En cuanto a la historia relacionada con la Agricultura de precisión, los pilares de la misma se asentaron en los años ´70, cuando el Departamento de Defensa Americano comenzó a lanzar los Satélites de Posicionamiento Global (GPS) para ayudar a las piezas de artillería a apuntar a sus blancos y a los submarinos a localizar su posición. Hoy en día estos satélites son también accesibles para cuestiones civiles, pero por razones de seguridad las señales así recibidas son distorsionadas, de modo que el error obtenido en la posición puede resultar inadmisible, como es en el caso de su empleo en la Agricultura. Por esto un sistema de corrección diferencial (DGPS) se hace totalmente necesario. Este empleo de GPS permite que los agricultores puedan recopilar datos sobre sus terrenos de cultivo, ya sea durante la cosecha o previamente a ella, de tal manera que hoy por hoy los cultivos ya no han de ser necesariamente tratados como una superficie de terreno de características homogéneas, sino que pueden ser tratados acorde con sus características espaciales. Es decir, se ha pasado de trabajar en kilómetros cuadrados a trabajar en metros cuadrados. Esto se ve traducido en una mejor aplicación de pesticidas, semillas, riego..., todo lo cual conlleva un sustancial ahorro en costes variables de producción.

2.2 Tipos de variabilidad

Se distinguen tres tipos de variabilidad en lo referente a la Agricultura de precisión:

  • Variabilidad espacial: se ocupa de los cambios a lo largo del terreno de cultivo.
  • Variabilidad temporal: muestra los cambios de un año a otro.
  • Variabilidad predictiva: discrepancia entre los valores predichos y los actuales.

2.2.1 Variabilidad espacial

Por variabilidad espacial se entienden los cambios sufridos a lo largo del terreno de cultivo. Estos cambios pueden ser fácilmente vistos en un mapa de rendimiento, por ejemplo, para lo cual se necesita recopilar datos en posiciones precisas.

Para localizar la posición actual del punto del terreno donde nos encontramos en latitud y longitud se utiliza un sistema DGPS, al tiempo que se van recopilando otros datos de interés que mantengan una relación espacial, como pueda ser la calidad del suelo, cantidad de agua, densidad del cultivo... Con ello se busca la obtención de un mapa que resulte representativo del terreno y de utilidad para el agricultor.

La terna de datos recopilados puede ser filtrada para borrar los errores del sistema, transformada y presentada como un mapa de contorno, mostrando la variabilidad espacial.

2.2.2 Variabilidad temporal

La variabilidad temporal es el resultado de comparar un determinado número de mapas del mismo terreno a través de los años.

2.2.3 Variabilidad predictiva

La variabilidad predictiva está más relacionada con los errores de administración que con las características biológicas. Ésta puede ser calculada midiendo la diferencia entre los valores esperados y los valores realmente logrados.

Agricultura Tradicional

Agricultura de Precisión

Aplicación de pesticidas

Trata todo el campo de cultivo como una superficie uniforme con necesidades similares.

Gracias al tratamiento de imágenes aéreas, junto con las técnicas de digitalización, GPS y GIS, puede elaborarse un mapa del terreno con diferentes zonas detalladas, pudiendo prescribir la cantidad exacta de pesticida a aplicar en cada zona, según sus necesidades.

Empleo de banderas humanas para señalar a los aeroplanos dónde aplicar los pesticidas.

Empleo de GPS para indicar a los aeroplanos dónde descargar los pesticidas, y en qué cantidad, gracias a los mapas previamente elaborados.

Aplicación de abonos

La cantidad de abono a aplicar se determina por medio de la composición de diferentes muestras del terren al final requiere una aplicación uniforme de lo que se cree una buena estimación de la cantidad apropiada (se trata de una media).

Permite una aplicación específica según las necesidades de cada región, con dos métodos:

  • Empleo de DGPS para dividir el terreno según una rejilla, con celdas de tamaño determinado por el usuario, posibilitando el acceso preciso a un punto concreto de cada celda, recoger una muestra y aplicar el abono estimado para cada celda.
  • Empleo de fotografías aéreas. Éstas se digitalizan, georreferencian, y basándose en sus características se determina la cantidad de abono a aplicar en cada punto exacto del terreno. DGPS se encargará posteriormente de dar cada coordenada al vehículo de abono, así como la cantidad a aplicar.

Mapas de rendimiento

Sólo es posible sospechar que unas zonas producen más que otras; un estudio detallado supondría un elevado esfuerzo y muchas horas de trabajo.

Durante la cosecha, mediante la combinación de DGPS y sensores de grano, es posible recopilar los datos necesarios para elaborar un mapa preciso y detallado del rendimiento del cultivo.

Decidir si una zona del terreno produce por encima de los costes es una labor arriesgada.

Las técnicas de variabilidad temporal junto con los mapas de rendimiento y los costes variables permiten tomar una decisión adecuada acerca de qué zonas sería mejor no cultivar, ya que producen gastos.

3. Razones para el uso de DGPS frente a GPS

El GPS (Global Positioning System) fue desarrollado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos. Su propósito era guiar proyectiles desde plataformas móviles hasta objetivos de países enemigos. Sin embargo, hoy en día se aplica a multitud de actividades civiles, tales como la Agricultura.

Veinticuatro satélites orbitan a 11.000 millas (unos 18.000 Km.) sobre la Tierra y transmiten información de su posición orbital y de tiempo. Los receptores GPS situados en Tierra interpretan las señales de al menos 3 satélites para calcular la posición actual mediante triangulación. La triangulación requiere del uso de lecturas de tiempo, localización y órbita de cada satélite para matemáticamente determinar la posición relativa. Se usa un cuarto satélite para correcciones de tiempo entre el receptor GPS y el reloj del satélite.

Sin embargo, aunque la información transmitida por los satélites sea extremadamente precisa, la posición calculada por el receptor no representa la posición real. De hecho, el error puede alcanzar más de 100 metros y la medida de velocidades se puede ver afectada por una desviación de 3 mph. Las fuentes de error son las siguientes: Selective Availability (SA). El Departamento de Defensa degrada intencionadamente la señal GPS alterando la marca de tiempos o la información de la órbita de los satélites, de forma que la triangulación es totalmente imprecisa. El DoD intenta evitar de esta forma que países enemigos usen la tecnología americana en tiempos de guerra. La señal del satélite puede rebotar contra partículas de la ionosfera y la troposfera creando de esta manera un retraso. Ya que el receptor compara la marca de tiempos suministrada por el satélite y la señal que ha medido, cualquier retraso deriva en un error de triangulación. El multicamino, provocado por rebotes de la señal en edificios, montañas u otros objetos, produce un incremento en el tiempo que tarda en llegar la señal al receptor.
En Agricultura, una desviación de 100 metros respecto a la posición real hace que la Agricultura de precisión sea totalmente carente de utilidad. Si se utilizan datos de GPS no diferencial para realizar mapas, éstos no podrían ser reproducibles de forma consecutiva por la aleatoriedad de los errores de posición. La localización de plagas y malas hierbas, los mapas de infraestructuras y de fincas obtenidos con GPS no diferencial son por completo inútiles.

La Agricultura de precisión necesita medidas muy fieles y sólo permite errores del orden de un metro, llegándose en ocasiones a necesitar valores de error cercanos a un centímetro, para distancias, y un error inferior a 0.1mph para velocidades. Es necesaria la precisión porque sin ella los mapas de cosechas y demás clases de mapas son inexactos, y esta inexactitud conduce a que los consejos de los Sistemas de Información de Gestión y las técnicas VRA (Variable Rate Applications) carezcan por completo de todo sentido.

3.1 Tipos de DGPS

Existen dos formas básicas de aplicar las correcciones diferenciales: post-processed DGPS y real-time DGPS:

Post-processed DGPS (DGPS a posteriori o de post-procesamiento)

Con el post-procesamiento los datos en bruto son recogidos por el tractor o la cosechadora en un archivo de datos. Cuando el usuario regresa a la granja, el archivo de datos GPS en bruto se vuelca a un software junto con los datos obtenidos por la estación base. El resultado reduce los errores de la SA y otros errores corregibles y suministra datos listos para exportar al GIS.

El post-procesamiento permite mejores precisiones que el DGPS de tiempo real. El incremento de precisión se debe a la reducción de la latencia, inherente al DGPS de tiempo real, y a la potencia de los algoritmos de post-procesamiento.

Real-time DGPS (DGPS de tiempo real)

Es la solución más extendida dentro de la Agricultura de precisión. Consiste en el uso de un radio enlace entre la estación base y el tractor. La corrección es aplicada a los datos que recibe el tractor en tiempo real (las diversas opciones para las correcciones de tiempo real se explicarán más adelante). Para el DGPS de tiempo real se necesita un equipo que reciba las correcciones enviadas desde una fuente DGPS.

El receptor GPS emplea esta información para calcular la posición correcta de los datos que se están recogiendo de la finca. Los datos GPS corregidos se transfieren al software de un PC, de manera que están listos para ser exportados a un GIS. Esta técnica ahorra tiempo de procesamiento de forma notable.

3.2 GIS

3.2.1 Qué es GIS

Un Sistema de Información Geográfica (GIS) es en realidad un programa de ordenador pensado para almacenar, recuperar, analizar y mostrar datos cartográficos. En GIS, los datos acerca de la superficie de la Tierra no se representan como un dibujo, como sucede con los mapas convencionales, sino como información o datos. Estos datos de GIS contienen toda la información espacial de un mapa convencional, pero con la ventaja de ser mucho más flexibles a la hora de representarlos, permitiendo además la obtención de nuevos mapas a partir de datos ya existentes.

El mayor logro de GIS es que todos los datos espaciales se almacenan de forma estructurada, en una base de datos espacial. La propia estructura de esta base de datos determinará la sencillez en el manejo del programa. GIS utiliza dos modos de representación de los datos: modo vector y modo rastreo. En el modo vector se considera que todas las características de la superficie de la Tierra se pueden interpretar como un punto, línea o polígono. Cada característica almacenada en la base de datos de GIS debe estar especificada por su localización en la superficie de la tierra, y mantener relación espacial con el resto de características que le rodean. Este modo se prefiere en aplicaciones urbanas. El modo rastreo es el preferido a la hora de trabajar con imágenes digitalizadas, datos remotos y análisis estadístico. En este modo rastreo se almacenan los datos en celdas (o pixeles), determinados según una rejilla, generalizando así la localización de características a una matriz regular de celdas.

Aparte de este modo de almacenamiento de los datos, en GIS también puede incluirse información no espacial, relacionada con cada punto o zona del mapa. Por ejemplo, en el caso de tener un mapa con parcelas de terreno, podría adjuntarse a cada una de ellas una base de datos con el nombre del propietario, su dirección o el valor estimado de la propiedad.

3.2.2 Necesidad del empleo de GIS

Hasta ahora hemos hablado del empleo de GPS en la Agricultura, pero GPS por sí solo no constituye la Agricultura de precisión. Se requiere de un sistema que permita el acceso a toda esa información recopilada de un modo organizado, el manejo de los datos y análisis de los mismos, facilitando su interpretación y la toma de decisiones. Aquí es donde toma importancia el papel de GIS, debido a todas sus características previamente mencionadas.

4. ELABORACIÓN Y TIPOS DE MAPAS

4.1 Pasos para la elaboración de un mapa de terreno

4.1.1 El uso de sensores remotos

El mayor inconveniente de los mapas de rendimiento es que en muchas ocasiones el agricultor necesita información acerca del estado de la plantación cuando todavía puede actuar sobre ella. Es en este punto donde los sensores remotos adquieren su importancia Las imágenes remotas tienen por finalidad grabar las diferencias en la luz reflejada producidas por diferentes objetos y formas en la superficie de la Tierra. Utilizando sensores remotos y cámaras, es posible observar el brillo de los objetos en puntos distintos a lo largo del espectro visible y la luz cercana al infrarrojo (NIR). Se sabe que las plantas reflejan grandes cantidades de luz cercana al infrarrojo, así como también reflejan la luz verde, mientras que absorben la luz roja y azul. De este modo, analizando las respuestas espectrales en varios intervalos de longitud de onda del espectro, tales como el azul, verde, rojo y NIR, se pueden calcular los índices de vegetación en una zona determinada.

Mediante estas imágenes y el uso de GIS, sistemas de procesamiento digital de imágenes y GPS se conseguirá una representación de los datos que dé idea de la variación espacial en el crecimiento de las plantas del cultivo, sin perder la conexión espacial entre ambas partes.

4.1.2 Pasos a seguir para la elaboración de un mapa del terreno

Una vez capturadas las imágenes, generalmente desde el aire, éstas deben ser digitalizadas (escaneando los negativos de las mismas, por ejemplo) y georreferenciadas a un sistema real de coordenadas (como puede ser el sistema universal Mercator). Para ello habrá sido necesario establecer un conjunto de puntos de control de referencia en la plantación a estudiar, utilizando un receptor GPS diferencial (DGPS). Estos puntos de control deben ser localizados con precisión tanto en las imágenes como en el suelo.

En el proceso de georreferencia se emplea el sistema GIS para registrar las imágenes digitales a los puntos de control. Un paso previo a este proceso será, en muchos casos, el ortorrectificar las imágenes adquiridas, de modo que se eliminen las distorsiones introducidas por la lente de la cámara. Para ello será útil el anteriormente citado conjunto de puntos de control, los cuales permitirán alargar o encoger las imágenes electrónicamente, de modo que sean espacialmente correctas.

Para realizar la tarea de georreferencia de un modo más completo, se marcan los puntos en la imagen a ser registrada, y a continuación se introducen las coordenadas de cada punto con objeto de crear una matriz de transformación de coeficientes. Tras esto, una función propia de GIS se encarga de aplicar la matriz de transformación para calcular las coordenadas reales de cada pixel en la imagen, transformando las dimensiones en x e y de cada pixel en coordenadas estándar.

Obtenidas las coordenadas reales, las imágenes registradas se clasifican en zonas de respuesta espectral similar por medio de un procedimiento de clasificación no supervisado. Una clasificación no supervisada es aquélla que identifica grupos naturales, o clases espectralmente homogéneas, dentro de los datos multiespectrales. Filtrando los mapas ya clasificados, es posible eliminar las pequeñas incursiones de otras clases dentro de una clase dominante, manteniendo gran parte del patrón espacial original.

4.2.1 ¿Qué es un mapa de rendimiento?

La media de una plantación de maíz fue de 120 toneladas el año pasado, pero se sospecha que algunas zonas llegaron a producir hasta 160 toneladas, mientras que otras tan sólo 80. Si el agricultor supiera a ciencia cierta qué zonas son las que más producen, ¿las trataría de modo distinto? Esto es lo que un mapa de rendimiento intenta reflejar: la variación espacial de la producción.

4.2.2 ¿Cómo se crea un mapa de rendimiento?

Para crear un mapa de rendimiento, basta con conocer en cada instante la posición exacta de la cosechadora y la cantidad de grano cosechado en esa posición. Por tanto, los mapas de rendimiento se obtienen a partir de los datos recopilados por una cosechadora que incluye un sistema de posicionamiento de vehículos junto con un sistema de sensores que calculan la cantidad de grano cosechado. Los datos de posición pueden obtenerse por medio de varios sistemas diferentes, pero actualmente el sistema estándar más utilizado es DGPS, debido a la ya mencionada mayor precisión proporcionada. Las medidas se realizan cada segundo (aproximadamente, dependerá del equipo a utilizar), y los datos a considerar son tres: latitud, longitud y cantidad de cosecha en ese punto.

Una vez obtenidos los datos y almacenados, éstos pueden ser procesados por medio de varias técnicas geoestadísticas (generalmente Kriging) y transformados en un mapa de rendimiento.

4.3 Gross Margin Maps (Mapas de Margen de Beneficios)

Si el mapa de rendimiento puede considerarse como el ingreso de la granja a partir del campo, y el desembolso fuera la suma del coste fijo (renta) más el coste variable (semillas, fertilizantes, cosecha...), donde este coste variable se considera uniformemente aplicado, la diferencia entre ingresos y gastos nos daría el mapa de margen de beneficios.

Dado que se ha considerado un ingreso variable en el espacio, y unos gastos uniformes, el mapa de margen de beneficios tendrá exactamente la misma forma que el mapa de rendimiento, pero con un offset diferente. Este mapa de beneficios puede utilizarse para tomar decisiones directas, tales como qué zonas no son rentables para la producción, y por lo tanto sería mejor no cultivar.

5. DSS Y MIS (DECISION SUPPORT SYSTEMS AND MANAGEMENT INFORMATION SYSTEMS)

El objetivo de un sistema de información como MIS es suministrar ayuda en la toma de decisiones que conduzcan a un incremento de la productividad agrícola. Previamente a la toma de decisiones debe realizarse un análisis de los datos de los que se dispone. Tradicionalmente la toma de decisiones estaba completamente basada en la experiencia del agricultor acumulada durante muchos años de trabajo. La información de suministradores o vecinos también podía ser tenida en cuenta. El intercambio de información era siempre oral.

Por otro lado, en la Agricultura de precisión el flujo de información es mucho más complejo. El granjero, después de obtener todos los mapas, se encuentra con una enorme cantidad de datos que por sí mismos no indican nada. El uso de GIS permite presentar mapas combinando varias capas, mostrando así la interacción entre cosecha, características topográficas, propiedades del suelo, etc. De esta manera el agricultor puede observar la variabilidad en sus fincas y obtener una mejor comprensión de qué zonas son más productivas que otras.

El MIS tiene tres tareas fundamentales: Entrada, Organización y Almacenamiento de datos, Presentación y Análisis, e Integración e Implementación.

6. VARIABLE RATE APPLICATIONS (VRA)

Las Variable Rate Applications consisten en la aplicación a medida de un tratamiento a una pequeña zona en vez de tratar toda la tierra de manera uniforme (técnica utilizada en la Agricultura tradicional). El objetivo de las VRA es reducir los costes y mantener la cantidad y calidad de las cosechas de forma medioambiental y económicamente sostenible.Las VRA se basan en el uso del mapa de tratamiento. En esencia todas las VRA funcionan de manera similar. El mapa de tratamiento se almacena en una smartcard (tarjeta de memoria del tamaño de una de crédito), o en un disquete, y es insertado en el equipo del tractor. El equipo de a bordo emplea DGPS para el posicionamiento y accede al mapa de tratamiento almacenado. El ordenador de a bordo compara ambas informaciones, establece cuál es el nivel de aplicación o acción que tiene que realizarse en ese punto concreto de la finca y envía las señales apropiadas al sistema de control de maquinaria. El operador, si puede observar en un display dentro de la cabina del tractor qué tasa de aplicación se está utilizando, no necesita realizar ningún ajuste.

Las VRA se aplican en las siguientes áreas de la Agricultura:

  • Abonos

La tecnología VRA para fertilizantes está hoy en día razonablemente desarrollada desde el punto de vista de hardware y software. No obstante, todavía no se ha desarrollado el proceso que aconseje un determinado abono en función de cada tipo de suelo y cultivo que aparece en los mapas GIS.

  • Insecticidas

El empleo de estas sustancias químicas implica el uso de GPS y el rastreo de la tierra para controlar insectos o enfermedades. Un operario emplea GPS para realizar un mapa del terreno infectado y anota las localizaciones con detalles específicos sobre el insecto. El MIS crea un mapa de tratamiento con las necesidades de insecticidas y se carga en el controlador del difusor. El difusor de insecticidas, conectado a un receptor GPS, aplica las sustancia sólo en aquellas zonas que contienen insectos, en vez de aplicar una tasa uniforme a toda la tierra

  • Arado
  • Plantado
  • Eliminación de malas hierbas
  • Regado
  • Cosechado

7. Ejemplos de uso de GPS:

7.1 Agricultura de precisión en las plantaciones de banano y plátano en Colombia

Colombia es uno de los mayores exportadores mundiales de banano y plátano (112.000 acres). La más dañina de las enfermedades que ataca a estos cultivos es la llamada Sigatoka Negra, causada por un hongo. Este hongo se desarrolla y ataca las hojas de las plantas de banano y plátano causando su muerte y eventual pérdida de las hojas, acelerando así el proceso de maduración de los racimos. Esta enfermedad representa una gran amenaza económica si se toma en cuenta que el banano y el plátano deben llegar a su puerto de destino completamente verdes. El costo promedio anual para controlar este hongo en Colombia es de 25 millones de dólares. Debido a que los agroquímicos conforman hasta el 75 por ciento de estas cifras, incorporar una nueva tecnología para controlar la Sigatoka Negra en las plantaciones es esencial para racionalizar el uso de agroquímicos.

El control de la Sigatoka Negra implica dos tareas primordiales: el control de las plantaciones y la fumigación aérea. Estas actividades son realizadas por la empresa Calima con el apoyo de herramientas GPS y GIS para posicionamiento, recolección y procesamiento de información de campo.

Control de las plantaciones

A fin de determinar la cantidad de agroquímicos a utilizar, se recorre la plantación cogiendo unas cuantas hojas al azar para concluir cuántas y cuáles tienen el hongo. Tradicionalmente, esta labor es realizada de manera rudimentaria por los trabajadores de las comercializadoras de fruta, quienes registran manualmente la información en el campo. Después, el trabajador procesa dicha información, generando un informe del estado de ataque del hongo, el cual es entregado cada dos semanas. Con este método, la máxima productividad alcanzada es de 200 acres controlados por semana y empleado. Otras desventajas del método tradicional son: su costo de operación elevado, la demora en la toma de decisiones y que el mismo no garantiza que el empleado recorra toda la plantación.

Para aumentar la eficiencia en el control de las plantaciones, Calima optó por la utilización de un sistema GPS de precisión para la recolección de información geográfica en tiempo real y el levantamiento de mapas y procesamiento de la información. El sistema emplea un radiofaro propiedad de Calima, situado a 300 Km de las plantaciones, para transmitir las correcciones diferenciales DGPS. Asimismo, de un equipo GPS, recolectores de datos y software para el procesamiento de la información en un GIS.

El trabajador recorre la plantación en zigzag capturando información de las plantas de banano al azar. Una vez que su equipo GPS está listo para funcionar crea un archivo de movimiento e introduce el nombre de los atributos de la finca que va a controlar. El trabajador se coloca lo más cerca posible a la planta e inmediatamente el equipo registra posiciones cada segundo y va mostrando en pantalla cuántas posiciones lleva. El operador cuenta las hojas de la planta y las introduce en el equipo; luego, busca qué hoja está infectada e ingresa la información, estando la antena colocada lo más cerca posible de la hoja.

Las ventajas de esta tecnología con respecto al método tradicional son evidentes. Con la utilización del GPS, el empleado puede cubrir hasta 375 acres por semana. La información generada puede ser procesada fácilmente en el mismo día, permitiendo la visualización del área recorrida por el trabajador con el fin de garantizar que el área asignada fue cubierta. La información recolectada en campo es utilizada en post-proceso, obteniendo una descripción muy detallada de la plantación en un GIS. Esta información permite al dueño de la plantación, al inspector de Sigatoka Negra y a la compañía de fumigación aérea tomar decisiones con rapidez y precisión.

Con el objetivo de proceder a la fumigación, en primer lugar se toman las coordenadas del perímetro del área en mención con la ayuda del sistema de recolección de datos. Esta información es transmitida al equipo del avión fumigador a través de la utilidad "Insertar Objetivos". El sistema de guía de precisión GPS procesa esta información para generar, en la pantalla del avión, el área a fumigar con sus atributos: el área total y el número de pasadas necesarias para cubrir toda el área.

Fumigación aérea

El control de la Sigatoka Negra demanda la aplicación de agroquímicos por vía aérea. Los aviones deben estar equipados con sistemas de guía de precisión GPS para la fumigación área.

Tradicionalmente, la aplicación aérea de agroquímicos se efectúa con la ayuda de banderas humanas. Estas personas se mueven a través de líneas imaginarias llevando consigo globos fluorescentes para indicar al piloto la trayectoria del lote que se va a fumigar. Durante la aspersión del cultivo, las banderas humanas se desplazan de un punto a otro a través de las líneas imaginarias. En general, los puntos delimitados anteriormente no son precisos con relación a la distancia planeada, lo que genera una señalización insuficiente y una cobertura inadecuada. Adicionalmente, las personas que realizan estas labores están expuestas a la contaminación por agroquímicos, dependiendo de si utilizan o no el equipo adecuado de seguridad industrial.

Hoy en día se ha incorporado la tecnología GPS a través de un sistema de guía de precisión para la fumigación aérea. El sistema no sólo posibilita un aumento de la productividad y un ahorro de combustible, sino que despeja las preocupaciones en torno a la aplicación incorrecta de agroquímicos, racionalizando su uso y más importante aún, permite prescindir del trabajo de personas en labores peligrosas. Con el fin de alcanzar una exitosa aplicación de los agroquímicos usando este sistema, deben seguirse estrictamente los siguientes parámetros:

  • Localización exacta de los lotes a fumigar
  • Señalización en tiempo real
  • Ancho de pasada con precisión submétrica
  • Altitud y velocidad de vuelo constante

Calima utiliza los siguientes productos de Trimble (Sunnyvale, California, EE.UU.) en sus operaciones: el sistema GPS Pathfinder Pro XR para creación de mapas y recolección de datos de campo y el software Pathfinder Office para el procesamiento de la información. El sistema de guía de precisión para la fumigación aérea empleado es el TrimFlight GPS.

7.2 Compactación de suelos en Nueva Zelanda

Uno de los problemas contra los que tienen que enfrentarse los ingenieros forestales es la compactación de suelos producida por el paso de las máquinas. La técnica de analizar muestras del terreno no es válida en este caso, ya que los investigadores de suelos normalmente se centran en centímetros o metros cuadrados, o como mucho en una hectárea, mientras que los ingenieros forestales han de abarcar decenas, cientos o miles de hectáreas. Las investigaciones demuestran que, en ocasiones, basta con tres pasadas de un vehículo para ocasionar la compactación del suelo. Semejante daño suele ser invisible en la superficie del terreno. Para estos casos no es suficiente el conocimiento de los daños causados a menor escala, sino que hay que determinar el efecto de las máquinas sobre al tierra en grandes áreas. Es aquí donde entran en juego agencias de investigación, como LIRO, y el sistema GPS.

7.3 Uso de DGPS para mejorar la producción de maíz y la calidad del agua en Nebraska (USA)

El uso de fertilizantes puede llegar a ser tan beneficioso para nuestros cultivos como dañino para nuestra salud. Es el caso de Nebraska Central, donde gran parte de la tierra es destinada al cultivo de maíz de regadío. En estas zonas se ha descubierto que más de 500.000 acres de tierra de cultivo tienen agua subterránea con concentraciones de nitrógeno (N) superiores a las 10 partes por millón (ppm), siendo ésta la concentración máxima permitida en el agua potable en USA. Dado que los fertilizantes derivados del nitrógeno utilizados en la producción del maíz son una fuente de contaminación de las aguas subterráneas, y que este tipo de fertilizantes es totalmente necesario para obtener una producción de maíz óptima, la idea de reducir simplemente el nivel de fertilizante aplicado al terreno no es válida, ya que esto se traduciría en una cosecha pobre. Por tanto, parece lógico buscar el modo de aplicar fertilizantes en cantidades variables, dependiendo del tipo de tierra, reduciendo así el impacto medioambiental.

La aplicación en cantidades variadas de fertilizante resulta una tarea relativamente simple si se cuenta con la ayuda de un sistema de posicionamiento, como es DGPS. Por medio de una antena colocada en el tractor y un controlador puede seguirse el rastro del vehículo y en cada punto ajustar la salida de fertilizante según la cantidad recomendada para esa zona. Sin embargo, el mayor problema surge a la hora de determinar un mapa que refleje las necesidades de cada punto.

Determinando las necesidades de fertilizante.

Las decisiones acerca de la cantidad de fertilizante que debe aplicarse pueden realizarse tres veces a lo largo del año. Los granjeros deben:

  • Estimar la aplicación inicial de fertilizante
  • Corregir las deficiencias producidas durante la temporada
  • Evaluar la efectividad obtenida durante esa temporada, y hacer ajustes para el año siguiente

7.4 Fumigación de precisión en Canadá

La aplicación de herbicidas en zonas específicas tiene el potencial para reducir los costes de control de malas hierbas y decrementar la cantidad de pesticidas en el medio ambiente.

Los métodos manuales para aplicar pesticidas de forma específica son demasiado costosos en cuanto a tiempo se refiere para llevarlos a cabo, pero las tecnologías actuales permiten automatizar el proceso de fumigación selectiva por medio del uso de GPS diferencial (DGPS). Mediante DGPS se pueden marcar las localizaciones exactas de malas hierbas, y el resto del equipo de la granja se encargará de la fumigación propiamente dicha. Para ello, por supuesto, se requerirá de ordenadores con memoria y velocidad suficiente para procesar grandes cantidades de datos, sistemas de información geográfica (GIS) para preparar los mapas de aparición de las malas hierbas, y fumigadores avanzados que permitan su control por medio de un ordenador a bordo, el cual siga prescripciones predeterminadas.

Se ha demostrado que, en algunos casos, la fumigación de precisión puede reducir el uso de herbicidas en un 40%, dependiendo de la situación del terreno.

7.5 Control de la PAC en Andalucía

La Política Agraria Común (PAC) de la Unión Europea consiste en la entrega de subsidios a los agricultores que siembran cultivos específicos en las cantidades ordenadas por la PAC. Para recibir la subvención el agricultor debe dejar una parte de sus tierras sin cultivar de forma que se evite la sobreproducción y se permita al suelo recuperarse. La Unión Europea debe controlar que esto se lleva a cabo y exige que al menos se audite el 5% de las zonas subvencionadas.

7.6 Control de vehículos agrícolas con CDGPS en California

La conducción autónoma de vehículos agrícolas no es una idea novedosa. Se han realizado varios intentos, pero todos han fallado debido a limitaciones en los sensores. Algunos de estos sistemas requerían de voluminosos mecanismos auxiliares en los alrededores o en la propia finca. Otros sistemas se fundamentaban en sistemas de visión, los cuales requerían buena visibilidad, buen tiempo y marcas en el terreno. Los sistemas GPS han permitido sistemas de control altamente precisos, de bajo coste y seguros para vehículos agrícolas.

California es una zona importante por su Agricultura, fundamentalmente mediterránea, en Estados Unidos. La Universidad de Stanford ha ideado un sistema que permite usar vehículos sin conductor en zonas de visibilidad nula o muy reducida (zonas nevadas o con hielo, aplicación de pesticidas peligrosos) o realizar tareas tediosas o peligrosas sin la necesidad de estar presente en el vehículo. La solución empleada para implementar este sistema ha sido el uso de carrier phase DGPS (CDGPS). Con CDGPS se logra una exactitud en la medida de centímetros y una precisión en la postura del vehículo de 0,1º, incluso en condiciones de visibilidad cero.

La arquitectura hardware del sistema consiste en 4 antenas GPS en el techo del tractor y un rack dentro de la cabina. El ángulo de la rueda dispone de un potenciómetro que hace las veces de sensor y la rueda es dirigida por unidad de conducción eletro-hidraúlica. Un microprocesador Motorola hace de interfaz entre el ordenador de control y la unidad de conducción.

El hardware GPS se fundamenta en un sistema CDGPS similar al Integrity Beacon Landing System (IBLS). Un receptor Trimble Vector de 6 canales da medidas de postura a 10Hz. Un receptor Trimble TANS de antena única producía las medidas code-phase y carrier-phase, usadas para dar la posición del vehículo, cada 4Hz. Además se dispone de un PC con sistema operativo de tiempo real LYNX-OS para conformar el Guidance-Navigation-Control (GNC), el cual realiza la interfaz de postura, los cálculos de posición, recolección de datos y cálculos de control.

8. CONCLUSIONES

Se puede afirmar sin lugar a dudas que el empleo de GPS en la Agricultura, dentro de unas condiciones favorables, no aporta sino ventajas de todo tipo, como pueden ser:

Una reducción de los costes y un aumento de la producción, donde entran en juego los mapas del terreno y de producción.

Una mayor eficiencia en el empleo de recursos, tanto físicos como humanos y económicos. Se requieren menos horas de trabajo para realizar las mismas tareas, teniéndose ahora además una mayor precisión. En adición a esto, las técnicas de elaboración de mapas de producción y de mapas de margen de beneficios permiten deducir si hay zonas en la plantación que sería mejor no utilizar, ya que dan lugar a pérdidas.

Un menor impacto medioambiental, sobre todo en lo que a la aplicación de sustancias nocivas se refiere, ya sean pesticidas o abonos, dado que mediante el empleo de la Agricultura de precisión se pueden realizar prescripciones que se adapten a cada zona del terreno.

Una disminución en el riesgo laboral, sobre todo a la hora de realizar fumigaciones aéreas.

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