Come funziona la tecnologia

AGRICOLTURA DI PRECISIONE

I sistemi satellitari rappresentano un componente di un insieme di altri strumenti. Andiamo a vedere quali


Roberto Guidotti
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Si è spesso portati a considerare i sistemi di localizzazione satellitare come un punto di arrivo: essi rappresentano invece uno dei componenti, forse il più famoso, di un insieme di apparecchiature e strumenti che si ritiene opportuno definire.

 

1. Localizzatore: si avvale di una rete di satelliti, in orbita stazionaria rispetto al suolo, che trasmettono un segnale radio con un proprio codice di identificazione. Le reti più note sono la Gps (Usa) e la Glonass (Russia) di derivazione militare; nei prossimi anni si affacceranno sul mercato nuovi competitori facenti capo all’Unione europea (Galileo), India e Cina. Il dispositivo ricevente rileva le onde radio dei singoli satelliti, e può misurare la fase dell’onda in modo da determinarne la distanza: combinando distanza e direzione di ciascun satellite, può determinare con sufficiente approssimazione la propria posizione rispetto ad essi e quindi sulla superficie terrestre.

 

2. Sensori sulla macchina agricola: rilevano i parametri di ogni singola funzione. Sulle macchine da raccolta possono misurare con precisione la quantità del prodotto perduto o raccolto nell’unità di tempo, la sua umidità, il tenore in acidi fissi, proteine o zuccheri, il colore, la percentuale di cariossidi danneggiate (micotossine), e persino talune caratteristiche tecnologiche (P/L, indice alveografico, ecc.). Sulle macchine per la distribuzione rilevano il quantitativo distribuito in volume o peso. Altri sensori possono misurare il contenuto in clorofilla per valutare in tempo reale il fabbisogno di acqua o azoto. In genere si avvalgono dell’analisi della radiazione infrarossa riflessa o trasmessa dal prodotto o dalla coltura.

 

3. Sensori per telerilevamento: possono essere applicati ad aeromobili o droni che sorvolano la coltura ad intervalli determinati, oppure a satelliti che orbitano intorno alla Terra a distanze inferiori rispetto ai satelliti per localizzazione. Si fondano sull’analisi multispettrale (su diverse lunghezze d’onda) della radiazione infrarossa riflessa dalla coltura e possono ovviamente coprire grandi superfici (diverse province) con passaggi distanziati di alcuni giorni.

 

4. Software di analisi dei dati rilevati: sono programmi informatici che consentono di analizzare le informazioni ottenute dai sensori e dal sistema di localizzazione in ogni momento, per realizzare una mappa virtuale, in cui ogni misura è riferita ad una precisa posizione sul campo. La mappa può essere resa visivamente, stampata o utilizzata per la gestione della coltura.

 

5. Software gestionali: sono programmi informatici che permettono di definire la strategia di intervento sulla base della mappa del campo rispetto ai vari parametri, per realizzare una mappa di prescrizione che consente di attuare gli interventi correttivi. Questi possono comprendere la raccolta in base al raggiungimento di parametri qualitativi (uva da vino, pomodoro da industria), la distribuzione a rateo variabile di fertilizzanti o agrofarmaci, l’irrigazione a dosaggio variabile.

 

6. Computer aziendali e di bordo: i primi sono destinati all’analisi e all’elaborazione dei dati rilevati, i secondi consentono sia di elaborare i parametri raccolti in tempo reale, sia di fornire le istruzioni per la fase attiva, cioè l’azionamento degli attuatori elettroidraulici.

 

7. Attuatori e valvole: sono il “braccio” del sistema, in quanto permettono di attivare o disattivare l’attrezzatura di raccolta, o di effettuare la distribuzione a dosaggio variabile in base alla mappa di prescrizione.

Grado di precisione

 

Riflettendo sulla scala dimensionale, il grado di precisione del sistema di localizzazione deve essere almeno pari al più accurato fra: quello di rilevazione dei dati con i sensori e quello realizzabile nella fase attiva, in cui si esercita il comando. Su una mietitrebbia, per esempio, con 2 misurazioni al secondo, con una velocità di avanzamento di 5,4 km/h e una barra da 6 metri, la particella analizzata avrà una superficie di 4,5 mq (1,5 m/s * 6 m/2). Il controllo della produzione rappresenta un punto di partenza per la realizzazione pratica dell’agricoltura di precisione, perché consente finalmente di misurare, in termini numerici, quanto e dove il terreno produce. L’integrazione dei dati raccolti permette di realizzare una mappa della produzione sul campo, evidenziando i punti nei quali la resa (indipendentemente dal parametro utilizzato: quantità, qualità o entrambe) è inferiore o superiore rispetto a quella che può risultare economicamente soddisfacente.

 

La strategia aziendale può seguire diverse strade: in una logica estensiva, si può preferire la riduzione degli apporti di mezzi tecnici laddove la resa è insufficiente; in un’ottica intensiva, vale invece il principio di ottimizzare gli input in funzione del massimo sfruttamento della vocazione produttiva. Inutile dire che la prima opzione è senz’altro conveniente quando si dispone di terra a basso costo su grandi estensioni, condizione difficilmente realizzabile in Italia dove il costo del suolo agricolo è assai elevato ed incide negativamente sulla competitività. Da noi dovrebbe logicamente prevalere il “modello olandese”, in cui si cerca di ottenere il massimo anche a costo di aumentare gli investimenti, dato che il fattore limitante è proprio costituito dal prezzo d’uso della terra e dalla sua scarsa disponibilità.

Mappa di prescrizione

 

Definita la strategia aziendale, che per il contoterzista potrebbe anche essere differenziata in relazione al cliente, bisogna costruire la mappa di prescrizione, una sorta di “ricetta” contenente le istruzioni per realizzare il passo successivo, quello della fertilizzazione mirata. Questa è il fattore chiave dell’agricoltura di precisione, perché permette di adattare gli apporti di “oro bianco” (ai prezzi attuali…) in funzione della fertilità del terreno, riscontrata in ogni punto dell’azienda. La costanza della dose apportata è già un bel passo avanti, ma non è ancora un patrimonio comune a tutte le aziende agricole: chi ha l’obiettivo di vuotare la tramoggia può ancora utilizzare le macchine a rotore singolo, ma solo uno spandiconcime a doppio rotore può garantire, se ben regolato, una distribuzione uniforme.

 

Ma la vera innovazione è rappresentata dalla dose variabile, che non si limita però alla sola regolazione della valvola di scarico: lo spandiconcime centrifugo a rateo variabile è un prodotto altamente sofisticato, in cui tutti i comandi sono ottimizzati in funzione della regolarità di distribuzione, qualunque sia la dose di granulato che cade sui rotori. Con le macchine a distribuzione localizzata il processo è più semplice, ma entrambi i sistemi necessitano di un dispositivo di controllo che deve dialogare con il computer di bordo della trattrice: a vent’anni dalla sua impostazione, il protocollo di comunicazione Isobus è ormai una realtà. La difficoltà di comunicazione nasce dal fatto che ogni costruttore ha sviluppato il proprio programma di gestione dei dati relativi alle varie funzioni: controllo della posizione della trattrice, velocità di avanzamento, larghezza di lavoro, comando degli attuatori, trasferimento delle istruzioni contenute nella mappa di prescrizione sviluppata dal programma gestionale. Benché gli standard non siano così numerosi come si potrebbe pensare – i produttori di strumenti elettronici sono relativamente pochi – le versioni realizzate per i costruttori di macchine agricole ampliano parecchio il panorama, col risultato che ogni collegamento fra trattrice e operatrice richiede un’attenzione particolare. Il protocollo Isobus è una sorta di linguaggio comune che permette a tutte le apparecchiature, dai computer di bordo ai dispositivi di comando delle funzioni della macchina, di connettersi fra loro e di scambiarsi i dati funzionali, indipendentemente da chi ha costruito o adattato i vari componenti.

 

Il ricorso ai dati produttivi verificati e misurati alla raccolta è fondamentale, ma può contenere fattori di errore legati all’avvicendamento colturale: eccettuato il caso del ristoppio o della monosuccessione, le variabili in gioco sono tante e possono falsare la valutazione della reale attitudine produttiva nei singoli punti di misura.

Telerilevamento

 

Al fine di monitorare il fabbisogno di fertilizzante sulla coltura in atto, e di correggere la mappa di prescrizione realizzata sui soli dati dell’anno precedente, si può ricorrere alla rilevazione diretta, facendo uso dell’analisi della radiazione infrarossa riflessa dalla coltura. Ogni oggetto sottoposto all’azione della luce solare assorbe una buona parte della radiazione visibile, riflettendo solo quella parte che corrisponde al suo colore: una pianta in vegetazione riflette la radiazione nelle tonalità del verde e assorbe tutto il resto. Ma oltre alla luce visibile, riemette una radiazione non visibile, nella gamma dell’infrarosso, che può essere rilevata da appositi sensori e analizzata da un computer che, in tempo reale, può determinare con una precisione elevatissima il contenuto di acqua, di clorofilla, nonché lo stato di salute della coltura.

 

Una carenza nutrizionale, come tutti sanno, porta a una diminuzione della clorofilla e a un colore che dal verde scuro vira gradualmente fino al verde pallido, fino al giallo: bene, se il colore visibile è un segno impreciso, l’analisi della radiazione infrarossa consente di distinguere se la pianta soffre per carenza d’acqua, di azoto, o per la diffusione di patogeni la cui concentrazione sarebbe verificabile solo ad un occhio esperto. Non potendo percorrere a piedi l’intero campo, per fare una valutazione statistica delle carenze e dei fabbisogni, possibile solo a livello di sperimentazione, è evidente che la rilevazione a distanza assume un’importanza pratica ed economica di tutto rilievo.

 

Le tecniche di telerilevamento sono già a portata di mano: ogni giorno i nostri campi vengono fotografati da appositi satelliti che prendono immagini in altissima risoluzione per vari scopi: si tratta solo di acquistare i dati, limitatamente alle frequenze e alle aree che ci interessano, ed elaborarli in relazione alle colture praticate. È bene premettere che una “foto” copre un’area di 60 km per 60, con una risoluzione minima di 25 mq per singola misurazione: questo significa che per ciascun ettaro (dei 360.000 coperti da ogni singola immagine) possiamo contare su ben 400 parcelle analizzate, un risultato ancora più preciso dei rilievi condotti nella sperimentazione parcellare.

 

Il costo a ettaro, per un pacchetto di immagini multispettrali in grado di coprire i 30-40 giorni più significativi in relazione agli interventi correttivi da effettuare, è di pochi euro: nulla, in confronto alla possibilità di correggere la mappa di prescrizione da caricare sul computer dello spandiconcime, praticamente in tempo reale. In alternativa si potrebbe ricorrere ai droni, piccoli velivoli radiocontrollati e gestiti dal localizzatore satellitare, dotati di una fotocamera a infrarossi: benché l’investimento sia dell’ordine di qualche decina di migliaia di euro, il sistema richiede molta manodopera, tenuto conto della bassa quota di volo; inoltre sembra poco indicato per il contoterzista, che deve rilevare terreni posti in più corpi aziendali non adiacenti.

Sensori Spad

 

Un’altra possibilità, che tuttavia richiede un computer di bordo molto potente e veloce, in relazione al breve intervallo di tempo che intercorre fra la rilevazione e la distribuzione, è costituito da un sensore montato direttamente sulla trattrice che traina o porta lo spandiconcime. Il sensore (Spad) rileva la radiazione infrarossa emessa dalla coltura davanti alla trattrice, sull’intera larghezza di lavoro dello spandiconcime, la analizza e – in tempo reale – introduce una correzione direttamente sulla mappa di prescrizione che governa la distribuzione, appositamente programmata per tale funzione. La sola sonda costa, taratura a parte, da 3 a 4 mila euro, a cui bisogna aggiungere il dispositivo rilevatore della posizione, l’indispensabile computer di bordo e, naturalmente, lo spandiconcime a rateo variabile. Confrontando il costo complessivo con quello di uno spandiconcime convenzionale, il sistema si ripaga solo se si opera su superfici prossime ai 600-900 ettari/anno, una condizione realizzabile solo da un’impresa agromeccanica o da una grande tenuta agricola.

 

La verifica in tempo reale dei fabbisogni di fertilizzante potrebbe poi essere integrata con l’adozione di un modello previsionale – quale quello messo a punto dai ricercatori dell’Università di Firenze – che tenga conto dell’andamento meteorologico, attuale e storico, al fine di stimare la resa della coltura e determinare con precisione (fin sotto il 10%!) la richiesta di azoto durante l’intero ciclo colturale. Non stiamo parlando di sogni: certo, se guardiamo al problema dall’interno dell’azienda cerealicola “media”, quale risulta dalle statistiche, è pura fantascienza. Ma anche un simile approccio è economia di fantasia, perché nessuno può pensare di mantenere una famiglia con 10-15 ettari di cereali. Non si può più prescindere, nemmeno in una discussione oziosa, dal fatto che oggi la difesa e la raccolta dei cereali e delle grandi colture, così come le tecniche di agricoltura conservativa, vedono protagonista il contoterzista, con quote di mercato maggioritarie e che arrivano fino al 90%. E solo un contoterzista può pensare di programmare, a livello di comprensorio e non di singola azienda, la raccolta su base georeferenziata, finalizzata alla fertilizzazione mirata, con i fattori di correzione di cui s’è detto, come dimostrato da alcune grandi aziende agricole nelle quali i sistemi di agricoltura di precisione vengono gestiti in stretto contatto con l’impresa agromeccanica di fiducia.

 

Anzi, siamo sicuri che il modello di sviluppo di questa nuova tecnica possa fondarsi proprio sull’integrazione fra chi svolge i servizi e chi consegue la produzione, in una logica di collaborazione che supera il vetusto concetto di “azienda chiusa”, che sopravvive solo nei sogni di qualcuno.

 

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