Agricultura 4.0: Cómo emplear la teledetección y los drones desde un punto de vista práctico

Víctor Falguera (Doctor Ingeniero Agrónomo por la Universidad de de Lleida y Doctor en Ingeniería y Tecnologías Avanzadas por la Universidad de Barcelona) y Fran García (Doctor Ingeniero Agrónomo especializado en teledetección por la Universidad de Copenhague, Dinamarca), de la empresa E-STRATOS, nos acercan el mundo de la agricultura de precisión y cómo las herramientas de gestión de la información pueden ayudarnos a ser más sostenibles y competitivos con nuestra agricultura.

Con esta valiosa aportación vamos a conocer un poco más hacia dónde nos dirigimos en el sector agrario, la formación que nos capacitará para la agricultura del futuro con tecnologías avanzadas, así como las funciones que se están llevando a cabo en la actualidad y las que se encuentran en desarrollo, que se emplearán en un futuro próximo.  ¿Quieres estar al día? Pues sigue leyendo….

AGRICULTURA 4.0

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¿Cómo podríais definir de forma sencilla qué es y en qué consiste la Agricultura 4.0?

La agricultura 4.0 va más allá de lo conocido actualmente como agricultura de precisión. La agricultura 4.0 es una evolución más de la digitalización en la agricultura y consiste en conectar los diferentes procesos de producción, no solo en campo, sino también en fábrica, llegando hasta el mercado, de manera que los procesos sean reconfigurables con un tiempo de respuesta corto.

Por ejemplo, en el caso de la fertilización, el concepto 4.0 permitiría hacer una aplicación de fertilizante dependiendo de muchas variables. Imaginemos que somos capaces de seguir las variables edafo-climáticas del cultivo mediante sensores conectados a tiempo real. Al mismo tiempo modelos de simulación nos permiten determinar qué dosis y en qué momento de aplicación podemos maximizar nuestro retorno a partir de las tendencias del mercado. Además, el sistema sería capaz de conectarse con nuestros proveedores para hacer el pedido de la cantidad de fertilizante a usar. Imaginad que somos capaces de conectarnos con el tractor y las máquinas para determinar en qué zona es más necesario aplicar el fertilizante… Esta conexión multi-proceso y la adaptación a un entorno variable es la esencia del 4.0.

¿Qué herramientas hay ya desarrolladas para mejorar nuestra agricultura y cuáles se están aplicando en la actualidad?

En la actualidad tenemos máquinas o procesos inteligentes, desde tractores con autoguiado capaces de desarrollar los trabajos con una precisión centimétrica, dosificación variable que nos permiten hacer aplicaciones de insumos de una forma más racional, dispensadores de pienso que permiten ofrecer a cada animal una dieta personalizada, sensores de suelo y planta para seguir en tiempo real las evoluciones del cultivo, etc. El paso que se pretende dar consiste en conectar todos estos procesos para generar un sistema de productos conectados.

¿Y qué relación tiene vuestra empresa E-STRATOS con esta Agricultura 4.0?

E-STRATOS nació fruto de la colaboración entre las personas que integramos 3 empresas (AgroMapping, AKIS International y MDRONE) que nos habíamos unido para desarrollar conjuntamente soluciones que abarcaran todo el proceso de obtención, gestión y aprovechamiento de datos para mejorar la gestión agrícola, con un énfasis (pero no limitados a) la teledetección.

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Desde el principio nos encontramos extraordinariamente cómodos trabajando juntos, con un nivel de confianza que no es sencillo establecer entre personas de distintas empresas.

Cuando la Agencia Espacial Europea resolvió apoyar el proyecto que habíamos presentado a la Earth Observation Entrepreneurship Initiative 2016, buscamos a un especialista en programación informática de sistemas complejos y a un especialista en desarrollo de negocio y los incorporamos al equipo para fundar E-STRATOS.

Así que, en cierto modo, tanto el proyecto que dio lugar a la fundación de la empresa como nuestra propia forma de trabajar están basados en la interconexión de datos, de fuentes, de sistemas, de mecanismos, de modelos… y de personas.

TELEDETECCIÓN

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Imagen de teledetección de S-TRATOS

¿Qué es la teledetección? ¿Qué aplicaciones tiene en la actualidad en la gestión agraria?

La teledetección es una tecnología que nos permite captar propiedades de los objetos sin estar en contacto directo con ellos. En el mundo de la agricultura y de la gestión medioambiental, la teledetección se focaliza en la imagen aérea, ya sea con satélite, avión o dron.

Estas plataformas, que transportan sensores ópticos específicos, nos permiten ver propiedades de las plantas que los humanos somos incapaces de ver, ya que se dan en rangos espectrales que no podemos percibir.

En la actualidad, la teledetección es una herramienta muy potente para poder mapear de forma global pero con resolución local el estado fisiológico de nuestras plantas.

Los principales algoritmos de análisis que se han venido desarrollando y que son actualmente utilizados nos explican el estado de actividad fotosintética (algunos lo llaman vigor), contenido de clorofila o temperatura de la planta, y se está investigando el uso de esta tecnología para poder dar solución a la detección de algunas plagas.

¿Qué limitaciones habéis encontrado en los análisis realizados por teledetección?

Aunque la teledetección viene usándose desde hace ya alguna década, el uso generalizado en agricultura se ha dado a partir de la aparición de sistemas aéreos accesibles para el agricultor (sobre todo por precio). La principal limitación consiste en la imposibilidad de adquirir imágenes aéreas en zonas con presencia de nubes (por lo menos con sensores ópticos, porque los sistemas Radar si que lo permiten).

Esto es anecdótico durante la temporada de cultivo en la mayoría de zonas productivas del mediterráneo, pero en zonas del trópico es una amenaza real. Otras limitaciones que nos encontramos suceden en el momento de llevar a la práctica un manejo adaptado a la variabilidad del cultivo.

En este momento, muchas veces, el agricultor no dispone de maquinaria apropiada para realizar los trabajos, o la gestión de la cosecha no se puede hacer por pequeños lotes homogéneos, por lo que dividir el campo en pequeñas zonas homogéneas no es una buena solución. Además, aunque la tecnología asociada a la teledetección es fiable, todavía existen algunos puntos muertos que hacen que los resultados dependan mucho de un buen análisis y calibración de los datos, por lo que la figura del consultor especializado es necesaria.

Por último, para hacer más accesible estos datos, algunos de ellos de fuentes gratuitas (por ejemplo las imágenes del programa Sentinel de la Agencia Espacial Europea), faltan plataformas que puedan facilitar el acceso y análisis de los mismos, eliminando la complejidad para el usuario final, y entregando resultados fiables y útiles.

Esta es la filosofía de algunas plataformas que están surgiendo en el mercado, por ejemplo la de E-STRATOS.

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Captura de E-STRATOS

¿Cómo poder mejorar el asesoramiento apoyados en el conocimiento de la teledetección?

Antes de nada, debemos tener muy claro que, por muy útiles que sean los sistemas que podamos desarrollar, no dejan de ser herramientas.

Esto es muy importante tenerlo en cuenta tanto en el desarrollo como en la utilización. En el primer caso, debemos reiterar una idea revolucionaria: para construir herramientas dedicadas a facilitar la toma de decisiones en agricultura, es necesario saber de agricultura. Y en el segundo, en consecuencia, cada técnico debe aprender a validar las conclusiones con verificaciones a pie de campo, para mejorar en la posterior utilización de las propias herramientas.

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Víctor Falguera

En otras palabras, el asesoramiento es cada vez mejor a medida que se gana en experiencia y en conocimiento del campo (de la vegetación, del suelo, de las malas hierbas…).

Las herramientas basadas en la teledetección permiten analizar muy rápidamente información sobre varias parcelas, comparar evoluciones de los cultivos en condiciones diferentes, determinar la influencia de variables como el suelo o el clima, establecer necesidades específicas para distintas unidades de manejo o, simplemente, planificar las rutas en la visita de las parcelas para priorizar aquellas en las que se prevé una posible incidencia.

¿Cuál pensáis que va a ser el siguiente paso al empleo de la teledetección en la agricultura?

El siguiente paso tiene que consistir en la aparición de sistemas de adquisición de más resolución y calidad, que permitan tener información diaria con una precisión mucho mayor que la actual, y además, que permitan el cálculo de otros índices de vegetación mucho más específicos y robustos, que estén menos afectados por variaciones en factores externos (fertilización, disponibilidad hídrica, efectos atmosféricos, sombras, etc.).

Con ello, la aparición de nuevos algoritmos de detección de zonas con déficit hídrico o zonas con presencia de algunas plagas va a ser posible y económicamente viable para el agricultor.

DRONES

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Vamos a hablar de drones, así que empecemos por lo sencillo. ¿Qué es un dron?

Un dron, o por lo menos los drones que conocemos para uso agrícola, es una aeronave no tripulada de pequeñas dimensiones manejada desde tierra mediante sistemas de comunicación complejos y sensores a bordo.

Existen drones de ala fija y drones multirrotor, y sus utilidades son distintas dependiendo de las necesidades del proyecto a cubrir. Para poder llevar a cabo trabajos de teledetección, estos sistemas aéreos llevan embarcados distintos sensores ópticos (cámaras) que son controlados remotamente ya sea por el operario encargado o por sistemas autónomos de control del disparo. Los drones de ala fija disponen de una mayor capacidad de vuelo, ya que sus alas generan sustento y permiten una mayor cobertura del campo.

Por el contrario, los drones multirotores deben generar el sustento en el aire mediante el movimiento de las aspas de cada rotor, hecho que supone un gasto mayor de energía y de baterías, haciendo que sus vuelos sean de una duración menor que los alas fija. A su vez, los multirotores pueden ascender y descender de forma vertical, e incluso permanecer en el aire estáticos, lo que los hace muy útiles para según qué trabajos de campo. Los drones de ala fija necesitan una velocidad de avance constante, y este hecho puede suponer una limitación en algunos casos. Las principales características de la teledetección llevada a cabo con estos equipos son:

  • Altísima resolución (cm o mm en algunos casos puntuales) que permite discriminar muy bien entre pixeles de vegetación y suelo o sombras. Esto hace que el resultado del análisis sea muy fiable, ya que únicamente la vegetación del cultivo está considerada en el estudio.
  • Posibilidad de intercambiar los sensores de abordo, hecho que permite poder diseñar cámaras con filtros espectrales específicos para según que necesidad agronómica e implementarla en un dron para llevar a cabo los trabajos de teledetección.

Los drones tienen una competencia muy dura con otras plataformas, sobre todo los satélites, que últimamente están apareciendo con resoluciones espaciales más altas, y unido a la frecuencia de revisita de días (2-5 días) ofrecen posibilidades de control de los cultivos inigualables por otros sistemas.

Además, el precio de estas plataformas está bajando cada vez más, facilitando así su penetración en el sector.

Sí que es verdad, que para algunos casos puntuales, los drones son la única solución para dar salida a los retos que la agricultura presenta (e.g. detección de maleza en un cultivo de cereal, o cuantificación del volumen de la vegetación en una plantación de frutales).

¿Qué limitaciones habéis encontrado en los análisis realizados por drones?

La limitación más importante es la importancia de la calibración radiométrica de las imágenes para poder proporcionar datos fiables y comparables. Muchas de las empresas que ofrecen estos servicios, olvidan u obvian que los datos crudos de la cámara no son útiles si lo que se pretende es tener una noción de la luz reflejada por las plantas en las distintas longitudes de onda.

Si no hay una calibración radiométrica previo análisis de los mapas, estos no son comparables entre sí ni entre distintas fechas de captura.

Por otro lado, para una completa penetración y adopción de los drones, estos deben poder valorizar la información que proporcionan al compararlos con los sistemas satélites, ya que muchas veces, y en algunos cultivos, los datos ofrecidos por satélites son de una utilidad igual o similar a los que puedan aportar los drones, y a un precio sustancialmente menor.

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Fran García

Nos encantaría que nos hicierais una lluvia de ideas sobre las funcionalidades que puede tener el empleo de drones en la agricultura y que consideráis que son posibles.

En algunos países se están empleando los drones para hacer fumigación de precisión con algunos productos de alta concentración.

En España, la legislación es algo confusa, y esta práctica no está extendida, aunque por ejemplo para la aplicación de herbicidas en maleza resistente, podrían ser de una gran ayuda pues las malas hierbas aparecen en zonas específicas del campo y raramente lo hacen en toda su extensión, y el potencial ahorro de producto puede ser importante.

Otras aplicaciones que está llevando a cabo la Unidad de Maquinaria Agrícola de la UPC, dirigida por el profesor Emilio Gil, están relacionadas con el uso de la fotogrametría de alta precisión con drones para la caracterización de la vegetación de la vid, generando así mapas de aplicación de plaguicidas en función de las características tridimensionales del cultivo, llevando a potenciales ahorros de producto, agua y tiempo.

¿Qué Universidades a nivel Nacional están trabajando de forma interesante el tema de teledetección, drones, agricultura de precisión….?

A nivel nacional tenemos los grupos del CSIC en Córdoba, uno liderado por Pablo Zarco-Tejada y otro por Francisca López Granados que están desarrollando un gran trabajo en el ámbito de la teledetección.

Se dedican a la caracterización de los componentes biofísicos de los cultivos mediante la teledetección por un lado, y al mapeo y detección de malas hierbas por otro. Tienen un enfoque muy práctico, con lo que muchos de sus desarrollos pueden ser transferidos a la industria con relativa facilidad.

Por otro lado, José Antonio Martínez-Casasnovas, del GRAP en la Universitat de Lleida, es uno de los pioneros en la utilización de la teledetección para la gestión de la variabilidad intra e interparcelaria (con más de 15 años de experiencia). Ha desarrollado numerosos estudios que han sentado las bases para muchas empresas que ofrecen teledetección como servicio a los agricultores, y en el grupo de trabajo del que es miembro llevan años incorporando la tecnología y la digitalización en distintas operaciones de manejo de los cultivos.

En la Universidad de Castilla la Mancha, Alfonso Calera lleva también años desarrollando proyectos relacionados con la teledetección. En los últimos años se han dedicado a crear un visor web para poder acercar el análisis de las imágenes satelitales a los usuarios.

OBJETIVOS DE DESARROLLO SOSTENIBLE (ODS)

Querríamos conocer la alineación de vuestra iniciativa (basada en agricultura con apoyo de herramientas como teledetección y drones) con los Objetivos de Desarrollo Sostenible. ¿Cuáles de esos objetivos cumple? ¿Cómo consideráis que podéis ayudar en la lucha contra el cambio climático?

Todo nuestro trabajo está destinado a incrementar la productividad y la calidad en la agricultura optimizando la utilización de recursos. Por tanto, el eje central se enmarca en el ODS2, promoviendo la sostenibilidad de la agricultura.

A medio y largo plazo, trabajamos siempre con la idea de que nuestra labor debe contribuir a ayudar a los agricultores a poder vivir de su trabajo (ODS8): la modernización de las explotaciones y de las herramientas utilizadas tiene como objetivo que las nuevas generaciones de agricultores vean en el entorno rural una profesión de futuro, porque no hay gestión territorial ni conservación medioambiental sin afianzar las población al entorno agrario.

A nivel específico, desarrollamos proyectos y servicios para lograr la optimización del uso del agua (ODS6) y la adaptación al cambio climático (ODS13). En estos últimos campos, trabajamos estudiando cómo el cambio climático afecta a la previsión de las necesidades de agua por parte de los cultivos, y fomentando la implantación y la modernización de las instalaciones de fertirrigación.

En Latinoamérica (donde estamos trabajando desde hace ya unos cuantos años) hemos demostrado que estas instalaciones permiten hacer frente a los eventos más extremos del fenómeno de El Niño y también reducir pérdidas de nutrientes en épocas de lluvias abundantes.

¿Qué colaboraciones queréis resaltar de E-STRATOS en la actualidad?

Nos gusta trabajar en colaboración con nuestros distribuidores en el desarrollo de nuevas funciones para la plataforma E-STRATOS.

De hecho, trabajamos con el formato de desarrollo direccional: a las empresas que adquieren la licencia de la plataforma les ofrecemos la posibilidad de decidir qué nuevas funciones deben implementarse.

Esto nos ayuda a captar más rápidamente el interés y las necesidades de los agricultores y técnicos en todos los países en los que estamos operando, y a responder de forma más ágil.

Por otro lado, como también hacemos desarrollos específicos a medida, hemos colaborado en proyectos muy bonitos.

Quizá uno de los mejores ejemplos haya sido la ejecución de una aplicación cerrada de integración y análisis interactivo de datos geoestratégicos para una administración pública (carreteras, vías ferroviarias, centrales de producción de energía, industrias, centros de producción agraria y ganadera, oleoductos, líneas de distribución eléctrica, etc.).

Fuentes: Fotos E-STRATOS.

Víctor Falguera:

Enginyer Agrònom.

Màster de Recerca en Sistemes de Producció Agroalimentària.

Doctor en Ciència i Tecnologia Agrària i Alimentària per la Universitat de Lleida.

Doctor en Enginyeria i Tecnologies Avançades per la Universitat de Barcelona.

Premio Nacional a la Excelencia en el Rendimiento Académico Universitario (2006 & 2008).

Research Manager d’AKIS International.

Fundador i Co-CEO d’E-STRATOS Geosystems.

Administrador d’Inaptek Automation.

Professor associat de la Universitat de Lleida.

Fran Garcia Ruiz:

Ingeniero agrónomo

Doctorado en Agronomía (University of Copenhagen, Denmark), especializado en teledetección

Científico visitante en las universidades de Florida (CREC-IFAS) y Californa Davis (USA)

Fundador y director de Agromapping SL

Fundador y Co-CEO de E-STRATOS GEOSYSTEMS

En colaboración con:

natalia Natalia Carbonell

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