Ricerca. Droni e open source i nuovi alleati della viticoltura

Uno degli aspetti fondamentali che caratterizza la viticoltura moderna, e l’agricoltura in generale, è la sostenibilità, ossia la realizzazione di una attenta gestione agronomica che miri alla riduzione degli impatti ambientali, al contenimento dei costi e al mantenimento di un’elevata qualità del prodotto. Per raggiungere questi obiettivi e migliorare in maniera evidente la qualità produttiva vitivinicola la ricerca ha sviluppato nuove metodologie e strumenti conoscitivi in grado di caratterizzare in modo dettagliato lo stato vegetativo della pianta e il suo specifico ambiente di sviluppo.

Uno degli strumenti più efficaci di supporto per il miglioramento della qualità produttiva vitivinicola è senz’altro il telerilevamento o remote sensing. Il termine telerilevamento indica l’acquisizione a distanza di dati riguardanti il territorio e l’ambiente e impiega immagini ad alta risoluzione comunemente rilevate da satelliti o aerei. Nel caso specifico dei vigneti, il telerilevamento permette di estrapolare importanti informazioni distribuite nello spazio relative allo stato di coltura; tali informazioni consentono di realizzare mappe tematiche georeferenziate, che distinguono le aree omogenee in termini di un dato parametro, come ad esempio la vigoria vegetativa delle piante. I dati rilevati consentono, inoltre, di descrivere il comportamento delle piante per mezzo del calcolo di indici vegetazionali quali ad esempio il noto NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), che sfrutta la diversa risposta della copertura vegetale alle bande spettrali del visibile (rosso) e del vicino infrarosso, in stretta relazione con lo stato di salute della vegetazione, intesa come biomassa e area fogliare, e ai processi biochimici ad essa correlati. Sembra complicato, ma è più semplice di quanto si immagina: si tratta, in sintesi, di uno metodo di rilevamento bilanciato su diversi parametri, quindi in grado di rispondere a diverse domande.

Le comuni metodologie di telerilevamento si basano sull’impiego di satelliti e aerei, tuttavia entrambe queste piattaforme di monitoraggio presentano alcuni aspetti limitanti il loro utilizzo operativo nella viticoltura di precisione. L’utilizzo dei dati rilevati dai satelliti offre da una parte il vantaggio di coprire grandi porzioni di territorio, ma dall’altra ha una bassa risoluzione a terra del dato che limita l’utilizzo dei dati raccolti, non permettendo un’efficace distinzione tra filare e interfilare. A questo vanno aggiunti i costi elevati delle immagini e l’impossibilità di effettuare un monitoraggio personalizzato e continuo a causa delle tempistiche obbligate di passaggio dei satelliti e il rischio di eventuale copertura nuvolosa. Il telerilevamento aereo, invece, permette di fornire una risoluzione a terra superiore a quella del satellite e modulabile in funzione della quota di volo. La dipendenza dalla situazione meteorologica e i costi fissi elevati legati al volo aereo rendono però questa tecnica poco applicabile e molto costosa su superfici viticole di piccole dimensioni.

Un’innovativa soluzione ai punti deboli delle metodologie classiche di telerilevamento viene proposta dal gruppo di viticoltura dell’IBIMET-CNR, che nel 2011 ha identificato una soluzione mediante lo sviluppo di una applicazione che vede l’utilizzo di UAV (Unmanned Aerial Vehicle) o impropriamente detto drone, ossia un velivolo senza pilota attrezzato con strumenti per l’acquisizione di dati tele rilevati. Il sistema denominato Viptero è un multi-rotore a sei eliche della MikroKopter, caratterizzato sia da un basso costo sia dall’essere un prodotto open source, ossia completamente svincolato dalla casa produttrice, così da poter essere sviluppato in modo autonomo dall’utente in base alle specifiche necessità. Può essere pilotato a vista da un operatore, oppure volare in modalità autonoma per mezzo di un complesso sistema di sensori di controllo di volo gestiti da un microprocessore. L’alta tecnologia della strumentazione di bordo consente di minimizzare le vibrazioni ed effettuare un volo stabile e maneggevole permettendo un efficiente monitoraggio da remoto. Le immagini nel visibile ad alta risoluzione possono essere realizzate montando un qualsiasi tipo di camera digitale, su cui sarà possibile impostare lo scatto dell’immagine direttamente dall’operatore a terra tramite il radiocomando interfacciato con lo strumento in volo.

Il principale punto di forza di VIPtero sono i ridotti tempi di acquisizione e fruibilità delle immagini. La natura della strumento, permette, infatti di organizzare ed effettuare interventi di telerilevamento in tempi brevissimi, rispetto ad applicazioni da aereo in cui la preparazione e la realizzazione del volo richiedono più giorni. Questa possibilità di economia temporale consente di ottimizzare tempi di reazione nell’organizzazione di piani di monitoraggio a eventuali imprevisti di natura tecnica o relativa a condizioni metereologi che avverse. Inoltre, a differenza del monitoraggio da aereo o satellite, lo strumento consente di valutare direttamente in campo la qualità delle immagini appena acquisite e ripetere le acquisizioni intervenendo sulle variabili connesse alla programmazione del volo. Questa caratteristica permette di ottenere i migliori risultati per ciascun intervento di monitoraggio e soddisfare al meglio le esigenze dell’utente finale.

Lo strumento si presta al monitoraggio di vigneti di medio-piccola superficie; la possibilità di effettuare un qualsiasi numero di passaggi, anche nella stessa giornata rende il VIPtero un ottimo strumento di telerilevamento in termini di flessibilità e prontezza di acquisizione di immagini.
La piattaforma UAV o drone, è proposta alle aziende come strumento in grado di rispondere alle esigenze della viticoltura di precisione in termini di telerilevamento, distinguendosi per costi bassi, tempestività e flessibilità delle misure, personalizzazione della strumentazione, completa automazione del piano di volo, precisione e alta qualità del dato acquisito. La principale criticità del sistema UAV resta tuttavia l’alta competenza necessaria per pilotare il drone. Il sistema, tuttavia, è in continua evoluzione grazie al carattere open-source che lo distingue. Saranno quindi presto disponibili migliori prestazioni in termini di capacità di carico, autonomia di volo, stabilità e sensori innovativi, con dirette conseguenze sulla qualità operativa dello strumento e dei dati finali di uscita. Dati i bassi costi del sistema, si può affermare che una ditta di servizio potrebbe facilmente dotarsi di una flotta di più elementi e riuscire a offrire prodotti di altissima qualità a bassi prezzi proporzionali alla superficie monitorata senza limiti minimi di dimensione e gestire con tempestività anche un’alta concentrazione di richieste.

Queste caratteristiche renderanno accessibili prodotti di telerilevamento, come ad esempio le mappe di vigoria, anche alle piccole aziende, fornendo così (e non solo ad aziende di grandi dimensioni) uno strumento fondamentale per la gestione sito-specifica del vigneto.

a cura di Alessandro Matese
Istituto di Biometeorologia

Gli articoli della nostra rubrica "Ricerca" sono pubblicati nell'ambito di un accordo quadro di collaborazione ad ampio raggio tra Cnr e Gambero Rosso

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