Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Agricultura de precisió amb els sensors de l'ICC

705 views

Published on

Presentació realitzada a la jornada ICC sobre agricultura i teledetecció (28/06/2012)

Published in: Technology
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Agricultura de precisió amb els sensors de l'ICC

  1. 1. Agricultura de precisió amb els sensors de l’ICC Luca Pipia - luca.pipia@icc.cat
  2. 2. 2Agricultura de Precisió Introducció Sensors Hiperespectrals ICC p p Mapes Tèrmics de conreus(TASI) Mapes Tèrmics d’alta resolució (TASI+DMC) d alta Evapotranspiració i Estrés Hídric (TASI+CASI) Fertilització de conreus(CASI)  Conclusions
  3. 3. 3 IntroduccióAgricultura de Precisió Analitza lavariabilitat espacial de parcel·les agrícoles amb tecnologies de posicionament global, sensors, imatges satel·litals o aerees i Sistemes d’Informació Geogràfica (SIG) i dona informació útil sobre la sembre i la fertilitació òptimes i la producció esperada.Consell de Reg Caracteritza l’ t t híd i d l conreus i hi d t t possibles condicions d t è a C t it l’estat hídric dels detecta ibl di i destrès solucionar per optimitzar-ne la productivitat (quantitat i qualitat).Fertilització Satisfà les necessitats nutricionals dels conreus mitjançant aportacions orgàniques/minerals que complementen el que el sòl pot subministrar gracies a la seva fertilitat.
  4. 4. 4Sensors Avions ICCHiperespectrals ICC C T CASI 550 Característiques del Sensor CASI 550 Partenavia P68 Interval espectral (nm) 408 – 956 nm Interval del mostreig (nm) 1,9 nm Resolució espectral (FWHM, nm) 2,2 nm FOV 40.4º 40 4º Número de bandes espectrals 288 Detectors del CCD 550 C Relació senyal-soroll 600:1 (pic) Rang dinàmic 14 bits T Cessna Caravan TASI 600 Característiques del Sensor TASI 600 q Interval espectral (µm) 8.0 – 11.5 µm C Interval del mostreig (nm) 110 nm Resolució espectral (FWHM, nm) 110 nm FOV 40º Número de bandes espectrals 32 Detectors del CCD 640 Beechcraft B200GT Rang dinàmic 14 bits
  5. 5. 5Sensors Avions ICCHiperespectrals ICC C T CASI 550 Paràmetres de vol segons el sensor CASI Partenavia P68 Resolució Amplada Altura del vol Bandes Bandes Avions ICC espacial (m) passada (m) (m) contigües seleccionables 0.5 275 378 16 12 Partenavia P 68 P-68 1 550 756 16 12 i 1.5 825 1133 32 22 Cessna Caravan 2 1100 1511 36 27 4 2200 3022 96 30 C Cessna Caravan i 5 2750 3778 96 30 Beechcraft 6 3300 4533 144 30 7 3850 5289 144 30 T 10 5500 7556 144 30 Beechcraft 12 6600 9067 144 30 14 7700 1057 8 288 30 Cessna Caravan TASI 600 Avions ICC A i Resolució espacial (m) Amplada passada (m) Altura del vol (m) 0.5 300 412 C 1 600 824 Partenavia/ Cessna 1.5 900 1236 Caravan 2 1200 1648 3 1800 2473 Beechcraft B200GT 4 2400 3297 Cessna Caravan 5 3000 4121
  6. 6. 6Mapes Tèrmics de p Radiació Entrantconreus (TASI) = Fotosíntesi (F) ≈1% + Flux de calor sensible (H) : taxa de calor cedida a l’aire per convecció i conducció d d ió deguda a l dif è i d d la diferència de temperatura + Flux de calor de sòl (G0) : taxa de calor emmagatzemat al sòl i a la vegetació per conducció (T,NDVI,Rn) + Flux de calor latent (λE) : taxa de calor que l l la superfície perd per fí i d evaporació d’humitat del sòl i transpiració de la vegetació (Evapotranspiració) Model Físic Rn  H  G0  E  F
  7. 7. 7 Mapes Tèrmics de conreus (TASI) ( ) Garnacha Tempranillo Graciano Barreja T&G Erm Tudelilla (Rioja) Adquisicions Simultànies CASI-TASI Day Acquisitions Time Pixel Res IT10/09/2010 A-CASI 14:34 1m × 1m 19 ms10/09/2010 B-CASI 14:39 1m × 1m 19 ms10/09/2010 C-CASI 14:43 1m × 1m 19 ms Day Acquisitions Time Pixel Res IT10/09/2010 A-TASI 13:35 1m × 1m 0.30 ms10/09/2010 B-TASI 13:39 1m × 1m 0.30 ms10/09/2010 C-TASI 13:44 1m × 1m 0.30 ms
  8. 8. 8 Mapes Tèrmics de conreus ( (TASI) ) Temperatura (TASI) © Televitis (Universidad de la Rioja(Estimació TES – NCEP ATM Prof) 25 [°C] 60
  9. 9. 9 Estès Hídrid ICROP WATER STRESS INDEX dT: Tfulles -Taire dT  dTl CWSI dTu : upper (Tfulles –Taire) = plantes amb 0% transpiració dTu  dTl dTl : lower (Tfulles –Taire) = plantes amb 100% transpiració 0% reg 100% reg Dagdelen 2008 -Aydın- Turkey,Trigo (2003-2004)
  10. 10. 10 Estès Hídrid ICROP WATER STRESS INDEX dT: Tfulles -Taire dT  dTl CWSI dTu : upper (Tfulles –Taire) = plantes amb 0% transpiració dTu  dTl dTl : lower (Tfulles –Taire) = plantes amb 100% transpiració 0% reg 100% reg Dagdelen 2008 -Aydın- Turkey,Trigo (2003-2004)
  11. 11. 11Mapes Tèrmics de alta presolució (TASI+DMC) Càmera digital aerotransportada TASI Pancromàtic: 13.500 x 8.000 px, RGB + IR: 3.000 2.000 3 000 x 2 000 px FOV: 74º x 44º Resolució radiomètrica: 12 bits High Low Resolution T NIR  RED Downscaling Resolution NDVI  [m] [cm] NIR  RED High-Resolution T [cm]
  12. 12. 12Mapes Tèrmics de alta p FLIGHT TASI CASI (HIGH/LOW) (HIGH/LOW) INTEG. INTEG TIME 14 ms 14 msresolució(TASI+DMC) PIXEL SIZE HEIGHT (ft) 0.4m/1m 1000/2460 0.5m/1m 1000/2460 # BANDS 32 5 SPECTRAL Ch:452,542,633, [8µm:11.5 µm] WINDOW 724,816 724 816 [nm] Vinya Potencial Hídric de fulla ΨP Experimental de “Tempranillo” p (Vitis vinifera) Raïmat, Spain (Lat: 41º39’58”) (Lon: 0º30’10”) September 9 2011 9, Kriging (IRTA Lleida©)
  13. 13. 13Mapes Tèrmics de altaresolució(TASI) ( ) TR NDVI llow   f  NDVI llow  ˆ f : Ajusts Linear Linear, Quadràtic Cúbic TRlow  TRlow  TR NDVI low  ˆ ˆ ˆ Estimació Offsets TRhigh  TR NDVI high   TRlow ˆ ˆ ˆ [º C ]
  14. 14. 14 Mapes Tèrmics de alta p resolució(TASI) [0.4mx0.4m] [3cmx3cm] [4cmx4cm] DMC -NDVI TASI - DWTASI - T
  15. 15. 15 Mapes Tèrmics de alta p resolució(TASI) DMC -NDVI TASI - DWTASI - T [0.4mx0.4m] [3cmx3cm] [4cmx4cm]
  16. 16. 16 Evapotranspiració ETdRadiació Neta Rn : energia radiant a nivell de coberta com resultat dels fluxos entrants i sortints + Rn - E H G0 Model Físic Rn  H  G0  E  .... Flux de calor sensible (H) : taxa de calor cedida a l’aire per convecció i conducció deguda a la diferència de temperatura … es poden menysprear els termes addicionals de Flux de calor de sòl (G0) : taxa de calor fotosíntesi emmagatzemat al sòl i a la vegetació per conducció (T,NDVI,Rn) Flux de calor latent ( ) : taxa de calor que la (λE) superfície perd per evaporació d’humitat del sòl i transpiració de la vegetació (Evapotranspiració)
  17. 17. 17 Evapotranspiració ETdRadiació Neta Rn : energia radiant a nivell de coberta com resultat dels fluxos entrants i sortints  Rllw  Rsw + Rn -   Rlw, Rsw (VIS - SWIR - MWIR) : 0.3m,3m     Model Radiatiu Rn  R  R  R  R (MWIR - LWIR) : 3m,100 m sw sw lw lw Estimacions de teledetecció
  18. 18. 18 Evapotranspiració ETd Estació ModTran SW ( (Radiosondatge) g ) climatològica (Perfil estàndard) TASI TASI (Irradiància solar )Model Radiatiu Rn  Rsw  Rsw  Rlw  Rlw  1   BB  BB K sun   BB Rlw   BBT 4      CASI Dia de l’any i hora Broadband Transmissivity Broadband Albedo Broadband Emissivity Solar Irradiance [Wm-2] 4 m 4 m    I TOA  d    I BOA  d 100 m Ksun  I sc r0 r ,el ,az   BB  0.3 m 4 m  BB  0.3 m 4 m  BB     B , T d I TOA  d 3 m I BOA  d       B , T d 100 m 0.3 m 0.3 m BOA = Bottom-Of-Atmosphere 3 m TOA = Top-Of-Atmosphere
  19. 19. 19 Evapotranspiració ETd Estació ModTran SW ( (Radiosondatge) g ) climatològica (Perfil estàndard) TASI TASI (Irradiància solar )Model Radiatiu Rn  Rsw  Rsw  Rlw  Rlw  1   BB  BB K sun   BB Rlw   BBT 4      CASI Dia de l’any i hora Λ : Fracció Evaporativa (αBB vs T) Model Físic Rn  H  G0  E  E  Rn  1    S-SEBI Γ : Ratio Rn/G0 (NDVI,T, αBB ) ( , , Cdi : Ratio Rn/Rnd Evapotranspiració Diària: ETd = CdiλE/L L : C l llatent d vaporització ( 2 45MJK -1) Calor t t de it ió (= 2.45MJKg 1
  20. 20. 20 © Televitis (Universidad de la Rioja) Evapotranspiració ETdBroadband Albedo  BB (CASI)(Solar-Spectrum weighted AVG) 0 0.5
  21. 21. 21 Evapotranspiració ETd Radiació Neta Rn (CASI+TASI) © Televitis (Universidad de la Rioja)Rn=(1-αBB)τBBKsun+εBBRlw↓-εBBσT4 0 [Wm-2] 580
  22. 22. 22 Evapotranspiració ETd Flux de calor latent λE=Λ(Rn-G0) © Televitis (Universidad de la Rioja) Evapotranspiració diària ETd = CdiλE/L 0.5 [mmd-1] 4Cdi calculated using Solar Irradiance Measurements in Calahorra (12 km)
  23. 23. 23 Evapotranspiració ETd [mm day-1] VinyaExperimental de Raïmat, Spain “Tempranillo” Tempranillo (Lat: 41 39 58 ) 41º39’58”) (Vitis vinifera) (Lon: 0º30’10”)
  24. 24. 24 Estès Hídric II Índex d’Estrès Hídric del Cultiu (CWSI) ETREF ,d : ET Potencial diària de referència (FAO1998) E ETd ETd CWSI  1  d  1   1 ET0,d : ET Potencial diària del Cultiu  E0 ET0,d K c ETREF ,d Kc : Factor de Cultiu K c : Valor tabulat (FAO 1998) o determinat In-Scene amb INFO a priori sobre plantes no subjectes a estrès hídric Equació de Penman–Monteith (FAO) q ( ) 0 . 408  R n  G    T  900 .15 u 2 e s  e a  ET REF , d  273Kc    1  0 . 34 u 2  0.7 C u2=velocitat del vent a 2m [m/s] E l s i es = Pressió de vapor de saturació [kPa] 0.45 t m ea= Pressió de vapor real [kPa] a à c t ea- es = dèficit de pressió de vapor [kPa] i i 0.3 Δ = pendent corba de pressió de vapor [kPa ºC-1] ó c a γ= constant psicomètrica [kPaºC-1] Conreu de referència (superfície extensa de pastura verda) de 0.12m, una temps resistència de 70 sm-1 i un albedo de 0.23
  25. 25. 25 Estès Hídric IIValor Tabulat FAO Kc = 0.45Kc 0.7 0.45 0.3 tempsValor Estimat In-Scene Kc = 0.69 (Triple Reg => CWSI=0) Triple Reg 0 1
  26. 26. 26 Estès Hídric II Llindars : NDVI> Th1 T< Th2 In-Scene Kc CWSI relatiu ET0 ETdK cREF  1  CWSI REF  CWSI REL  1 - ETd,REF K cREF ET0
  27. 27. 27 FertilitzacióEstat t i iE t t nutricional nitrogenat dels correus l it td l Contingut d clorofil·la d l f ll C ti t de l fil l de les fulles Agricultura de Precisió Identificació de parcel·les Decisions Estratègiques: aportacions deficitàries tardanes de fertilitzants nitrogenats Estat fenològic Estadi primerenc Estadi avançat Difícil discriminació Difícil èxit de la intervenció
  28. 28. 28 Fertilització λref =450 nm, 550 nm,670 nm, 700 nm, 830 nm, 450 670 Índexs de Vegetació Teledetecció TCARI Transformed Chlorophyll Absorption in Reflectance Index y Ca acte t ac ó CaracteritzacióHiperespectral conreus MCARI Modified Chlorophyll Absorption in Reflectance Index Models empírics/semi-empírics empírics/semi empírics Bandes 1 2 3 4 5 6 7 8 Lambda [nm] 424 458 492 525 559 593 627 661 Bandes 9 10 11 12 13 14 15 16 Lambda [nm] 695 730 764 799 833 868 903 939 CASI 550
  29. 29. 29 FertilitzacióBlat de moro(Zea mays)Verges, Spain(Lat: 42.04306º)(Lon: 3 026016º)(L 3.026016º)
  30. 30. 30 CASI 550Fertilització vs N-Tester HidroAgriDescriptors Hiperespectrals Anàlisi Mesures In-Situ
  31. 31. 31Conclusions Agricultura de Precisió amb sensors hiperespectrals CASI-TASI (+DMC) de l’ICC Caracterització tèrmica de conreus com entrada per a models d’estrès hídric (TASI-DMC)  Estimació de levapotranspiració diària i d’estrès hídric de conreus per a l’optimització de reg (TASI-CASI) Estudi de la distribució espacial de la clorofil·la per optimitzar el procés de fertilització (CASI)....work i progress.... (CASI) k inPotencials dels instruments necessita el recolzament d’experts per al desenvolupament de p p pmodels de creixement i de decisions estratègiques....

×