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

E HACIA LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN: CARACTERIZACIÓN DE LAS PARCELAS AGRÍCOLAS A TRAVÉS DRONES

Luis Brito [email protected] Jonnathan Ghuzñay jghuzñ[email protected] Abstract—The present work made an approach on the different applications electronic in the to agriculture under the premise of make this activity an ef?cient work and effective; and thus are concentrated in the application of drones for the characterization of agricultural plots through the transformed of Wavelet Index Terms—Electronic appliances, precision, drones, Wavelet transforamda agriculture. Resumen–El presente trabajo realiza un abordaje sobre las distintas aplicaciones electrónicas en el a agricultura bajo la premisa de hacer de esta una actividad un quehacer e?ciente y e?caz; y así se concentra en la aplicación de drones para la caracterización de parcelas agrícolas mediante la transformada de Wavelet Palabras clave:Aplicaciones electrónicas, agricultura de pre- cisión, drones, transforamda Wavelet.

OBJETIVOS _ Describir diversas aplicaciones electrónicas, fundamental- mente el dron en la agricultura de precisión para mejorar dicha rama de actividad humana.

I. INTRODUCCION L presente documento se trata sobre la implementación de equipos electrónicos en la agronomía, ya que en la actualidad se ha determinado la existencia de un gran sector agrónomo, el mismo que se ha visto afectado por los movimientos migratorios hacia el exterior debido a que en ausencia de los emigrantes los campos quedan abandonados y en algunos casos son pocas las parcelas que son trabajadas por aquellos que se quedan en su lugar natal. Este trabajo es sin lugar a duda importante, pues producen los alimentos sin embargo es muy poco valorado es un trabajo que se necesita de dedicación y constancia para alcanzar la calidad de sus productos, evitando las plagas con el uso de nuevas tecnologías que nos permiten optimizar el tiempo de trabajo debido a la implementación de nuevos dispositivos electrónicos del siglo XXI. II. ESTADO DEL ARTE

En un contexto de cada vez más interconexiones, global- ización, descentralización de los recursos y de las competen- cias, los problemas a resolver por los gobiernos se vuelven cada vez más complejos. Así, el incremento de los problemas sociales plantea nuevos retos para el Estado, que no puede afrontarlos por sí solo, sino que debe buscar el apoyo de los gobiernos locales y de otros actores de la sociedad civil; esto genera la necesidad de crear espacios y buscar alternativas incluso, tecnológicas. Uno de los temas que ha acrecentado la preocupación es la agricultura, debido a la demanda de alimentos por parte de la población; demanda que con el pasar de los años asciende al punto que la ONU pronostica una población de 9100 millones para el año 2050. Situación que ha generado la búsqueda constante de alternativas tecnológicas aplicadas a actividades agrícolas, lo que ha llevado a hablar a nivel internacional de la Agricultura de Precisión y es en este marco, donde se encuentra el dispositivo electrónico para la medición del caudal del agua [3], el germinador electrónico [9], la cámara espectral para el monitoreo de los cultivos [7], es decir aplicaciones y herramientas tecnológicas orientados a hacer del trabajo agrícola algo e?ciente, así también están los equipos autopropulsados (entre los que se puede mencionar a la inyección de gasoil propulsada electrónicamente, trans- misiones, paneles de diagnóstico, comandos centralizados, medidores de velocidad de avance y distancia recorrida), equipos para la siembra y fertilización (como detectores de ?ujo, controladores de siembra y automáticos de profundidad de trabajo, automatización computarizada), para la cosecha (Monitores de pérdidas de granos, láser pilot, entre otros) [14]. Además están los agro – robots de la Universidad de Wagenningen como el tractor inteligente y autónomo o el robot integral para la cosecha de pimientos a lo que[11] señalan que para el trabajo agrícola no es su?ciente un solo robot sino un conjunto de robots incluso para el control de plagas e indican que se debe considerar la batería de los robots, incluso hay autores que proponen un modelo cinemático para disminuir el fenómeno Wheel Slip. [13] Cabe mencionar que para acceder al comando de un robot

Las wavelets se originan a(1) se puede hacer de forma inalámbrica (desde una PC o un dispositivo móvil, basado en el sistema Android) [2] En de?nitiva, los avances tecnológicos experimentados y aplicados en la agricultura han sido numerosos y han ido (como se describió en el párrafo anterior) desde el uso de los sistemas de posicionamiento satelital, la instalación de sensores en máquinas agrícolas para controlar y monitorear el trabajo agrícola, el tratamiento digital de imágenes y la robótica que son un implemento para mejorar el proceso de la agricultura. Ahora bien, ¿qué es la agricultura de precisión? Según INTA – Manfrendi (1999) es el monitoreo y control electrónico aplicado a la recolección de información y su procesamiento para la producción de cultivos. Por tanto, ésta requiere manejar grandes bases de datos y diversos equipos electrónicos para analizar la agricultura in situ con el propósito de que el produc- tor optimice los rendimientos en las UPAS. Cabe mencionar que su origen se remonta a los años 90 con la conferencia sobre “Gestión Localizada de los Sistemas de Producción Agraria” (Minneapolis – EEUU) [5]. En la actualidad este campo ha experimentado importantes avances que han rede?nido la agricultura de precisión como la aplicación de tecnologías en la producción agrícola bajo la premisa de “aumentar la producción agrícola, optimizando el uso de los recursos y reduciendo el impacto ambiental” [5][1][6][8], lo cual requiere de un análisis de fertilidad del suelo, humedad, textura, topografía, entre otros elementos, ofreciendo así un nuevo campo de investigación orientado a un equilibrio entre lo económico, lo ambiental y lo tecnológico para alcanzar la sostenibilidad de la agricultura [8]. Entre dichos avances se puede mencionar la aplicación de los sistemas de inducción electromagnética y la emisión de rayos gama para mapas de cosecha en Alemania y Australia, el uso de sensores en satélites y el uso expansivo de tractores y cosechadoras con receptores RTK-DGPS. En de?nitiva la tecnología aplicada a la agricultura ha permitido mejorar los procesos de producción. [4]

III. DESARROLLO En el presente caso se abordara la implementación de drones (vehículos aéreos no tripulados ) con el propósito de sondear y veri?car un terreno previo a ser sembrado, éstos debido a que con dicha tecnología se puede analizar el terreno, es decir saber si el terreno es adecuado: tipo de vegetación existente, tipo de suelo, presencia de agua super?cial así como la presencia de plagas, y la geomorfología del sitio a través de un registro fotográ?co para garantizar la productividad del terreno a ser sobrevolado por el dron con los sensores necesarios para dicha caracterización. Una vez obtenidas las fotos por los drones de sondeo, se revisara y se analizara dicha base de datos con la imple- mentación de Wavelets Daubechies, ya que es una herramienta muy robusta para el procesamiento de fotografías la cual nos permitirá por medio de su transformación las bajas frecuencias de color, identi?cando la posibilidad de que un terreno sea factible o no para el cultivo, y con ello la toma de decisiones para la reducción de gastos en la actividad agrícola. Figure 1. Dron de sondeo[18]

A. Transformada wavelets La transformada de wavelets consiste en descomponer una función f (t) en un conjunto de funciones (s;T)(t) las mismas que son denominadas Wavelets. Así, la transformada Wavelets está de?nida como: 1 Wf(s;T) = f(t) (s;T)(t)dt partir de la translación y cambio de escala de una misma wavelet (t), la cual la llamaremos “wavelet madre” y se la de?ne como: 1 (t T) (s;T)(t) = p ( ) (2) s s _ _ Factor de escala (s) Factor de traslación (T) Cabe mencionar que las wavelets generadas (s;T)(t) poseen diferente escala y ubicación pero tienen la misma forma que la wavelet madre. Cuando se cambia la escala se cubre un rango diferente de frecuencias, con lo cual si s es grande se trata de frecuencias de menor rango o (s;T)(t) posee una escala grande, caso contrario, valores pequeños de s corresponden a frecuencias de menor rango o una escala pequeña de (s;T)(t). La revisión y análisis del registro fotográ?co captado por el dron será posible gracias a la descomposición de las imágenes en tiempo real mediante Matlab, tal como propone Martinez (2013) en su trabajo titulado “Uso de la transformada para la detección de rostros”

B. Transformada Bidimensional Permite analizar las señales bidimensionales de las fo- tografías. Wu(s;bx1;bx2) = u(x1;x2) s;bx1;bx2(x1;x2)dx1dx2 (3) Donde bx1ybx2son las traslaciones en las dos dimensiones y:

= s;bx1;bx2(x1;x2) 1 jsj a a ( x1 bx1 x2 ; bx2 ) (4) Figure 2. Descomposicion de un nivel de la 2D-DWT[16]

Figure 3. Descompsoción de una imagen usando los 4 ?ltros (LL,LH,HL,HH) [17]

C. Aplicación de la transformada Wavelet

Para aplicar la transformada discreta se implementa rutinas de Matlab para asi descomponer la imagen y con ello hacer del análisis algo mucho más fácil. Existen varios tipos de wavelets Daubechies, y se deberá elegir correctamente para que el algoritmo descomponga la imagen, con lo cual se realiza pruebas tomando un registro de fotos de terrenos y se analiza diferentes db (Daubechies) para observar cuál de los aplicados obtuvo el mayor porcentaje de reconocimientos es decir, el db a implementar.

. Figure 4. Funcion wavelet db9 [16] Siendo (x1;x2) una función wavelet original. Se im- plementara la transformada discreta de wavelet-2d la cual utilizara las cuatro muestras más representativas del registro fotográ?co. Es decir se toma una señal 2d y se emplea cuatro ?ltros. Figure 5. Descomposicion pasa bajo db 9 [16] Figure 6. Descomposicion pasa alto db 9 [16]

IV. CONCLUSIONES Al ?nalizar este trabajo, se concluye que el campo de la electrónica tiene y puede generar cambios pragmáticos en diferentes ramas de la actividad humana. Siendo las herramien- tas electrónicas el motor de renovación, en este caso, en la agricultura del siglo XXI ya que se puede generar mayor productividad gracias al análisis territorial facilitado por el uso de este tipo de tecnologías. Cabe indicar que este tipo de herramientas electrónicas están limitadas a ciertas áreas dependiendo las características topográ?cas y geomorfológicas de cada sitio pudiéndose en este caso adaptar la tecnología a las características propias del territorio. Y, es en este campo donde aún se debe seguir in- vestigando con el propósito de mejorar la tecnología existente de la mano con las telecomunicaciones que permitirán tener un mayor alcance de la información receptadas por dichas herramientas.

REFERENCES [1] Aguera, J. Perez, M. (2013) Agricultura de precisión: hacia la inte- gración de los datos espaciales. Ambiental, Diciembre. [2] Álvarez, E. Useglio, G. Manga, G. Luego, P. Russo, Sarobe, C. Lanos, M. Perez, R. Ramón, H (2014) Robotica: aplicaciones en educación y agricultura de precisión, XVI Workshop de investigadores en Ciencias de la Computación, Universidad Nacional del Noroeste de Buenos Aires. [3] Ayala, L. Alboniga R. (2015) Dispositivo electrónico de medición del caudal, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, Universidad Agraria de la Habana, vol. 24, diciembre [4] Calderón, F. Minas, U (2007), Aplicaciones de electrónica en agricultura, Jornada Académica de Ingenieria Electrónica, Universidad de Santo Tomás. [5] Cervantes, M. (2007) Nuevas tendencias de la agricultura de precisión, Tecnología Agrícola, Diciembre. [6] González, L. Uribe, A. (2015) Casa huerta: una propuesta de agricultura urbana, Universidad del Valle, Santiago de Cali. [7] Hackenhaar, N. (2014) Robótica na agricultura, Universidad Federal do Tocantins, Interacoes, Brasil [8] Ortega, L. Flores, R. (XXX) Agricultura de Precisión: introducción al manejo sitio-especi?co [9] Ribas, L. Jimenez, A. (XXX) Estudio del comportamiento de una colonia de robots autónomos agricultores, Departamento de Microelectrónica y Sistemas Electrónicos, Universidad Autónoma de Barcelona

[10] Simón, M. Peralta, N. Costa, J (2013) Relación entre conductividad eléctrica aparante con propiedades del suelo y nutrientes, Asociación del Suelo de Ciencias del Suelo. CONICET, Argentina [11] Torres, C. Archila, F. Tronco, M. (2012) Estudio cinemático de una plataforma robótica para agricultura. Revista colombiana de Tecnología Avanzada. [12] Martinez, A(2013),Uso de la Transformada Wavelet para detección de rostros,Universidad Nacional del Sur, Argentina,Agosto. [13] http://www.iit.comillas.edu/pfc/resumenes/51dd88abe1482.pdf [14] http://bananaexport.com/noticias/17_mayo_2014_5.htm