Contribuciones al desarrollo de un sistema efectivo para la inspección de cultivos

• Autores: José María Bengochea Guevara
• Directores de la Tesis: Ángela Ribeiro Seijas (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Sebastián y Zúñiga (presid.), Antonio Barrientos Cruz (secret.), José Dorado Gómez (voc.), Gonzalo Pajares (voc.), Francisco Rovira Más (voc.)
• Materias:
  • Ciencias agrarias
    • Ingeniería agrícola
      • Mecanización agrícola
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología de la instrumentación
      • Tecnología de la automatización
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
• Resumen

  • Tradicionalmente, las prácticas de cultivo se han orientado hacia una gestión uniforme del campo, ignorando la variabilidad espacial y temporal de los cultivos. En los últimos años, gracias al desarrollo de diversas tecnologías, ha surgido el concepto de Agricultura de Precisión, que propone la adaptación de la gestión de los cultivos a la variabilidad que estos presentan. Entre las principales ventajas de adoptar un manejo de precisión está la reducción tanto de los costes de producción como de la cantidad de agroquímicos utilizada, lo que conlleva una importante mejora en la salud humana y la calidad medioambiental. Una etapa fundamental para la implantación de un esquema de Agricultura de Precisión es la monitorización o inspección continua de los cultivos. Para este fin, los vehículos equipados con sensores embarcados son considerados como una de las tecnologías más prometedoras. El uso de vehículos de pequeña/mediana envergadura para inspeccionar un cultivo con cobertura total es una opción adecuada frente a máquinas grandes ya que se minimiza tanto el daño sobre la planta como la compactación del suelo. En definitiva, este tipo de vehículos permiten realizar más de un muestreo a lo largo de una campaña lo que favorece el seguimiento continuo del estado del cultivo.

    El objetivo de esta tesis es investigar en el desarrollo de los distintos elementos que deben componer un sistema autónomo de inspección efectiva terrestre de cultivos. Entre otras cosas, el sistema de inspección debe estar compuesto por una plataforma móvil autónoma en la que se integren un conjunto de sensores. Con el fin de explorar las posibilidades de diferentes vehículos, se ha trabajado con un robot comercial, se ha realizado la automatización de un vehículo disponible en la mayoría de explotaciones agrícolas, en concreto una cuatrimoto o ATV (del inglés All Terrain Vehicle) con motor de explosión y se ha llevado a cabo la automatización de un vehículo eléctrico comercial. Además, se han desarrollado una serie de conductas que permiten que el vehículo de inspección navegue autónomamente por el campo siguiendo visualmente una la línea de cultivo.

    Por otra parte, la generación de mapas que describan de forma precisa el estado del cultivo es una etapa esencial para llevar a cabo la implantación de un modelo de Agricultura de Precisión. En esta tesis se presenta un método para generar mapas de distribución de la cubierta vegetal (línea de cultivo y malas hierbas) en cultivos sembrados con una separación entre líneas que permite visualmente distinguirlas. Los mapas se construyen a partir de la información suministrada por una cámara réflex comercial y un receptor GPS-RTK, todos dispositivos embarcados en la plataforma de inspección. El método desarrollado, además elimina los efectos de los movimientos no deseados de la cámara debidos a las irregularidades del terreno.

    Asimismo, este trabajo de tesis aborda la reconstrucción 3D estudiando diferentes métodos para finalmente implementar un algoritmo que proporciona buenos resultados en la reconstrucción de grandes áreas a partir de la información suministrada directamente por un sensor RGB-D. Además, se resuelve el problema de las deformaciones que aparecen en la reconstrucción como consecuencia de la deriva, más acentuadas cuanto mayor es el área reconstruida. El método desarrollado se ha probado con muy buenos resultados en cultivos leñosos, en concreto en la reconstrucción 3D de líneas de viñedos comerciales. Finalmente, a partir de la reconstrucción 3D corregida, se han desarrollado diferentes procedimientos para estimar ciertos parámetros del cultivo como la altura, la anchura o el volumen de las copas. Todos los parámetros estimados se pueden situar en sus coordenadas geográficas reales, por lo que se pueden presentar como mapa.