Sistemas de guía automatizada de maquinaria con GPS RTK Outback Pulverización Dirigida en barbechos - Sensores de clorofila WEEDit -

Gustavo Miolano Responsable Técnico de Area - Agricultura Geosistemas SRL 0358-155067435 [email protected]

Desde el banderillero “humano” al banderillero satelital En los últimos años hemos sido testigos de innovaciones y descubrimientos que han mejorado nuestra calidad de vida, a la vez que, incrementando nuestra capacidad productiva, han llevado hasta limites insospechados tiempo antes la frontera de la realidad y la ficción. Desde la PC al teléfono celular, estos procesos de desarrollo tecnológico han contribuido al progreso en todos los campos del conocimiento y de la industria. El campo no puede estar ajeno a estos cambios y oportunidades; en este tiempo hemos visto nuestros agricultores siendo pioneros en la aplicación de soluciones de alta tecnología en sus procesos productivos. Esa revolución de la “electrónica” aplicada a la maquinaria agrícola, ha fomentado la aparición de nuevos productos y soluciones, centrándose en dos áreas básicas de acción • •

Sensado de variables georreferenciadas Automatización de tareas

En el campo de Sensado de variables Georreferenciadas, existen en el mercado monitores de cosecha, siembra y pulverización que miden las variables fundamentales de trabajo y generan como resultado mapas, donde se posiciona en cada espacio del lote la lectura situada de esa variable. En el campo de la automatización, los avances en las técnicas de reconocimiento de situaciones han permitido relevar al operario del tractor o maquina de ciertas tareas que anteriormente le eran propias. Las razones que fundamentan la automatización de tareas en la agricultura moderna, se centran en: • • • • •

Evitar la intervención humana en tareas repetitivas, fuente de errores y sesgos producto de la fatiga, condiciones de visión, tipo de terreno, etc. Asegurar un trabajo correcto independientemente de las cualidades del operario Mejorar la calidad de las tareas de siembra, pulverización y cosecha, respetando y asegurando el correcto espaciado entre surcos Mejorar la capacidad de trabajo nocturno y en campos o condiciones donde los sistemas de guiado tradicionales, por ejemplo marcadores, son de muy difícil visualización Incrementar la eficiencia productiva, permitiendo menores costos en las tareas, evitando un excesivo solapamiento de las pasadas del tractor o maquina, disminuyendo la sobre aplicación de agroquímicos, y garantizando la correcta implantación de los cultivos, como su posterior cosecha.

En ciertos casos, ambas categorías, Sensado y automatización, pueden venir en unidades o “equipos” separados, independientes el uno del otro. Existen soluciones integradoras de ambas funciones, tales como el Banderillero Satelital Inteligente Outback MAX, desarrollado específicamente para ser adaptable a pulverizadoras de alto rendimiento. Este sistema permite censar variables georreferenciada, como por ejemplo caudal por hectárea, flujo, presión y traducirlas a un mapa, como resultado del trabajo. De igual manera incorpora tareas automáticas, ya que controla y comanda sin intervención del operador, la apertura y cierre de las secciones de pulverización, la presión y caudal de trabajo y piloto automático.

Sistema de guiado, computadora de dosis, aplicación variable, corte automático de secciones y piloto automático OUTBACK MAX

Adaptación de los sistemas de guía automático en La Argentina El primer acercamiento del agro con sistemas de guía “electrónica” se gestó a través del mercado de la pulverización aérea. Este tipo de tareas requiere de un sistema de guía que no perturbe la atención del piloto, que sea ágil y de fácil interpretación, a la vez que seguro y confiable. Allí surgieron los primeros banderilleros satelitales. Geosistemas introdujo en la Argentina la marca Satloc, pionera mundial en el segmento aéreo. Con el tiempo estos sistemas de guía se fueron popularizando y captaron el interés de los usuarios de pulverización terrestre, mientras que salían al mercado soluciones adaptadas en su totalidad a ese segmento. Allí es cuando marcas como Outback avanzó en el despliegue de sistemas pensados y desarrollados específicamente para el productor o contratista que desea un guiado sencillo y confiable. Estos sistemas de guiado fueron bautizados como “Banderilleros Satelitales”, ya que sustituyen al banderillero humano como sistema de guía.

Este tipo de desarrollos se basan y operan sobre el sistema GPS, para referenciar líneas de guiado que serán el patrón sobre el cual se llevará a cabo la tarea del lote. En todos los casos el usuario define la línea o curva sobre la que desea trabajar, y el banderillero genera replicas de la misma, copiadas y desplazadas tantos metros como sea el ancho de labor alcanzado. Para aumentar la calidad de la referencia de las líneas, resulta indispensable trabajar con técnicas de corrección de señal, evitando los errores propios del sistema GPS. De ahí que los equipos Outback cuentan con el sistema de corrección Edif, que provee una corrección constante y segura, generada por el propio banderillero a través de la toma de muestras de señal. De esa manera se garantiza un trabajo sin interrupciones y con una precisión lógica para trabajos de pulverización y fertilización. Una vez definido ese patrón de guiado, el mismo banderillero servirá como guía para completar la tarea. Un sistema de barra de luces permite al operario conocer su posición con respecto cualquiera de las líneas de guiado; de esa manera el sistema indica las correcciones que resultan necesarias a cada momento, con un sistema predictivo de volante que resalta de manera clara y sin distracciones la acción a realizar.

Sistema de guía “tradicional”. Banderillero Outback con guía por barra de luces

El piloto Automático Si bien el Banderillero Satelital vino a satisfacer gran parte de la demanda de guiado del productor moderno, la intervención humana sigue resultando indispensable para la calidad del trabajo realizado; es el operario quien se encargará de interpretar las indicaciones y transformarlas en movimiento sobre la dirección del vehículo.

Por ello, y conociendo todas las ventajas que impone la automatización en las practicas agrícolas, se fueron desarrollando sistemas de guía automática, conocidos como “Pilotos Automáticos”. Los mismos a través de las indicaciones del banderillero, y sumado a un Sensado de los movimientos del vehículo, producen correcciones suaves y precisas sobre la dirección a fin de garantizar un guiado consistente con el patrón fijado. Esto se traduce en líneas más rectas, y en distancia entre pasadas más acorde a las tareas. Ya en el año 1999, en un esfuerzo conjunto con el fabricante de pulverizadoras PLA se desarrollo en Argentina el primer prototipo de sistema de guía automática del mundo, o como hoy se lo conoce, piloto automático.

A partir de ese momento los sistemas han ido evolucionando para conseguir correcciones más finas y una exactitud sobre el terreno que excede los estándares de la labor manual.

Existen dos variables que sirven para identificar y diferenciar las diferentes configuraciones de piloto automático existentes • Capacidad de censado de movimientos • Capacidad de actuación sobre la dirección Existen diferentes sistemas de giróscopos, acelerómetros, sensores de ángulo de rueda, que permiten reconocer los movimientos reales del vehículo sobre el terreno. Esto sumado a la información proveniente de la antena GPS, permite al sistema de guiado tomar decisiones sobre las correcciones a efectuar. Las directivas de corrección se transfieren al sistema de dirección original del vehículo a fin de ajustar el rumbo según sea necesario para mantener la línea asignada al trabajo.

Los sistemas Edrive TC y Edrive X de Outback incorporan sensores que permiten modelar los movimientos y la situación real del vehículo a controlar, lo que conlleva decisiones de guiado más consistentes. Ambos sistemas trabajan con electroválvulas hidráulicas, o sea que controlan la dirección valiéndose del sistema de equipamiento original del vehículo. De esa manera se consiguen correcciones libres de juegos mecánicos producidos por el volante, a la vez que garantizan un andar suave y sin sobresaltos a través de la línea de guiado El sistema Edrive X incorpora además la posibilidad de trabajo en marcha reversa, así como la exclusiva función de giro automático en cabecera, librando al operario de esa tarea. Con la aplicación de estas características se consigue un guiado de “manos libres” dentro del lote de trabajo.

Piloto automático Outback Edrive TC

Piloto automático Edrive X, con giro automático en cabecera

Sistemas de corrección RTK En la medida que los pilotos automáticos incrementan su capacidad para seguir una línea, el sistema de guía necesita líneas “mejor dibujadas”. Por ello es lógico pensar que de la mano de sistemas más exactos para la gestión de la dirección, surge la necesidad de mayores precisiones en el sistema GPS. Ello se consigue aplicando técnicas para depurar la señal recibida de los satélites, de manera de obtener de ella toda la información disponible, alcanzando precisiones cercanas a los 2 cm. Con este fin se utiliza el método de corrección RTK, que no es otra cosa más que la traducción de “movimiento en tiempo real”

Este método consta de una base fija, montada sobre un trípode movible o una torre. La misma recibe la señal GPS, utilizando técnicas propias de cada sistema, corrige los errores que recaen sobre la información obtenida. El fundamento de ser fija es que de esa manera puede fijar una coordenada “cierta” y comparar todas las subsecuentes para identificar los desvíos.

El resultado de esta técnica es una corrección que es enviada vía un enlace de radio al receptor o Rover, a una tasa de transmisión que garantiza una comunicación plena.

Base correctora RTK Outback A321. Puede utilizarse comó base movible, sin límite de transporte por todo el país, o como Estación Fija con radios de más de 25 km de alcance.

Tanto la base como el Rover se encuentran en la misma área, por lo tanto es lógico suponer que afrontan las mismas desviaciones y errores. La base al permanecer estacionaria en el tiempo, corrige la señal GPS utilizando técnicas que en movimiento no serian posibles. Una vez generada, la información de la corrección es enviada al Rover para incluirlas en el cálculo de la línea generada por el banderillero.

El receptor o Rover, va montado sobre la máquina o tractor, recibe la corrección de la base y la incorpora como corrección a la señal GPS propia. Por este método se consiguen líneas más ajustadas y sin deriva a través del tiempo, lo que garantiza errores en las líneas centimétricos y una repetitividad que permite “hacer melgas” o efectuar diferentes tareas en diferentes tiempos sobre el mismo lote.

Esquema general del funcionamiento del sistema Outback RTK

Una misma base puede alimentar tantos Rover como haya en su área de cobertura, lo que facilita la incorporación de señal RTK en explotaciones fijas.

Pulverización Dirigida en barbechos - Sensores de clorofila WEEDit -

En los últimos años, y dada la masificación de la técnica de siembra directa, ha cobrado vital importancia el manejo de las poblaciones vegetales espontáneas (malezas) dentro del lote, especialmente en el periodo de barbecho, entre cultivos de la rotación. Los periodos de barbecho largos, y el consumo improductivo de factores del suelo que trae aparejado la presencia de malezas dentro del lote, hacen necesario contar con herramientas que permitan un control total de las mismas, a la vez que implican minimizar los costos de aplicación. A su vez, la aparición de malezas resistente y tolerantes, obliga a aplicaciones con principios activos cada vez más costos y agresivos con el medio ambiente y con el suelo, que empleados de manera indiscriminada en todo el lote produce costos innecesarios, y paralelamente genera potenciales riesgos a los cultivos subsiguientes, asi como un daño al medio ambiente. Por todas estas razones, existe en la Argentina y en el mundo, la inquietud por desarrollar soluciones aplicables por los productores y contratistas de todas las escalas, que permitan:

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minimizar y controlar el impacto medioambiental un manejo eficaz control de malezas resistentes reducir el uso de agroquímicos y costos de aplicación desalentar la aparición de nuevas malezas tolerantes

La tecnología de Pulverización Dirigida WEEDit nace en Holanda a través de su fabricante, la firma Rometron. Rometron, desde el año 1996 trabaja en el desarrollo de tecnologías para la detección y control de malezas para la industria, mantenimiento de calles urbanas y parquización. En el año 2009, de la mano del mercado agrícola australiano, comienza un proceso de perfeccionamiento de sus tecnologías enfocado hacia actividad agrícola a gran escala, desarrollando la solución de la aplicación dirigida de herbicidas para productores de granos en siembra directa. Es dicha experiencia de éxito, en un país de condiciones ambientales y agronómicas similares a Argentina, la que impulsa a Geosistemas a incorporar a su gama de productos el sistema WEEDit.

Principio de funcionamiento La función fundamental del sistema WEEDit es detectar la presencia de malezas en un lote de barbecho, identificando su posición y tamaño a fin de pulverizar de manera dirigida sobre las mismas.

Avance de la pulverizadora

Detecta la maleza

Pulveriza “solo la maleza”

Muere la maleza

Para ello el WEEDit sincroniza el funcionamiento de dos sistemas que trabajan de manera conjunta, a fin de garantizar la máxima eficiencia en el control de malezas: el sistema de Detección y el sistema de Pulverización

Sistema de Detección El sistema de detección es el encargado de escanear cada centímetro de terreno con el objeto de poder distinguir las malezas dentro de un barbecho, identificándolas y localizándolas en relación a la posición de cada sensor. La detección de las malezas se realiza a través de la diferenciación de la clorofila (presente en todas las plantas verdes) valiéndose de las propiedades de fluorescencia de la misma. Sensores Para detectar la maleza, el sistema cuenta con un conjunto de sensores. Cada sensor emite una señal lumínica con una composición espectral determinada y conocida, o sea una combinación compuesta de iguales cantidades de luz roja e infrarroja orientada hacia el terreno.

Hardware de una caja sensor. Cuenta con un sector de emisión de luces y 5 canales receptores independientes

Dicha señal lumínica es reflejada por los pigmentos que contienen clorofila, y devuelta al sensor con una composición espectral diferente conocida como NIR, o infrarroja cercana (menos luz roja y más luz infrarroja); bajo ese criterio se diferencian con respecto a aquellos elementos del barbecho que no contienen clorofila. De esta manera cada sensor amplifica y descompone la luz recibida, a fin de analizarla y compararla con la luz emitida por el mismo, con el objeto de determinar si en su banda de lectura correspondiente hay presencia de malezas, y en función de ello ordena al sistema de pulverización aplicar agroquímico sobre la misma.

Sistema detección por luz roja y NIR Cada sensor puede efectuar 40.000 comparaciones por segundo, por lo que la capacidad de resolución y respuesta es inmediata.

Diagrama de sensores y picos, replicable hasta 36 metros de ancho

El rango de lectura de cada uno de los 5 sensores incorporados a cada una de las cajas, se entrelaza con los demás, de manera que permita una mayor cobertura en altura para facilitar el dimensionamiento tridimensional de la maleza a tratar, contribuyendo además a que la maleza pueda ser detectada en entornos donde el barbecho pueda ocultarla.

Características salientes • • • • • • • •

Ancho de trabajo máximo 36 metros (36 cajas sensores) Banda de lectura en cada sensor 20cm Hasta 40.000 lecturas por segundo Una caja de sensores por cada metro de ancho de labor, con 5 sensores incorporados Velocidad máxima de detección hasta 25kmh Sin calibración de fondo o terreno Trabajo nocturno o diurno Lectura malezas del tamaño aproximado de una moneda de 25 ctvs.

Sistema de Pulverización Cada franja de lectura, de 20 cm, relacionada a cada sensor, puede aplicar el agroquímico de manera independiente. Para ello utiliza un sistema PWM o modulación por ancho de pulso, que le permite realizar la apertura de la pulverización en 1/1000 segundo.

Pico PWM con control independiente

Los sistemas de pulverización, se desarrollan normalmente para trabajar por secciones de apertura, que a su vez incluyen una cantidad determinada de picos aplicadores. En un sistema selectivo, al ser cada pico independiente del resto, se debe adaptar el circuito para mantener una presión constante aun en casos extremos como serian la apertura total de la barra o solo de un pico, según las condiciones del suelo lo requieren. Para ello se incorpora un elemento de regulación de presión neumático, conocido como válvula de Ramsey. La válvula es alimentada por un pequeño compresor de aire. Al ajustarse sobre la válvula la presión deseada (según el tipo de gota y caudal que se quiere obtener), actuará empujando el líquido (si la presión debe subir) o como válvula de alivio (si la presión debe bajar), asegurando mantener siempre el valor ideal de la misma en cualquier condición. La importancia de este valor se pone de manifiesto al analizar la cantidad de impactos de agroquímico que debe obtenerse en cada maleza, más aun en el caso de que sistema de pulverización esté activado solo al pasar encima del elemento detectado.

Válvula de Ramsey y compresor montado sobre una pulverizadora Características salientes • • • • • •

Apertura instantánea de cada sección Picos independientes a 20 cm Picos abanico plano de acero inoxidable Tipo de gota regulable a través de la presión Presión constante con asistencia neumática Mínima deriva

Sistema de sensor y pico montados sobre el botalón de una pulverizadora

Sincronización

La única manera de garantizar que el producto sea efectivamente aplicado sobre la maleza, sin desplazamientos o errores, es a través de una perfecta sincronización entre el sistema de detección y el de pulverización. Para conseguir dicho objetivo, resulta fundamental controlar el desfasaje de tiempo que existe entre el paso de los sensores y de los picos de pulverización sobre cada maleza. Si bien el sistema, a través de lecturas instantáneas y de la apertura de los picos un 1/1000 de segundo, garantiza que una maquina que avanza a 25 kmh, puede pasar del estado cerrado a pulverizar en cualquiera de sus picos independientemente (o todos ellos simultáneamente si fuera el caso) en el equivalente a recorrer 8 milímetros de terreno, es indispensable controlar dos factores fundamentales para obtener una perfecta sincronización entre sensor y pico 1. Distancia entre ambos 2. Velocidad de avance La distancia entre ambos, es un dato de configuración por lo cual una vez medido de manera precisa e ingresado a través de la programación de la consola, no puede variar. La velocidad de avance es variable, según la situación de pulverización, accidentes del terreno, criterio del usuario. Resulta fundamental conocer dicho valor con precisión, para que el sistema pueda calcular la demora en el paso de los picos sobre la maleza que detecto el sensor correspondiente. Para ello el sistema Weedit cuenta con un sistema de doble sensor velocidad de rueda, que incorpora la medición de velocidad en la rueda derecha e izquierda de manera simultánea.

Sensor de velocidad montado sobre la rueda de un pulverizador Esto le provee en una línea recta de trabajo, una doble información de giro, que garantiza una medición de velocidad precisa y sensible aun a pequeñas aceleraciones o desaceleraciones. En una curva de trabajo, las velocidades sobre distintas áreas del botalón son diferentes según el ángulo de giro. Es asi que permite diferenciar la velocidad sobre ambas ruedas a fin de regular tal desfasaje de manera independiente para los sensores y picos de cada sector del botalón.

Caja de alimentación Con el fin de abastecer a todos los sensores de la corriente necesaria para su funcionamiento, cuenta con una caja de alimentación que eleva el voltaje de 12 a 48V,

Caja de alimentación montada sobre un pulverizador

Operación y comando Toda la tarea de operación y comando, asi como la configuración se realiza a través de una consola. La misma permite controlar por parte del operario el correcto funcionamiento del sistema, recibiendo información de • • • • • • • •

Apertura de picos Velocidad de trabajo Presión de trabajo Caudal aplicado Porcentaje de ahorro Distancia recorrida Horas trabajadas Histograma de apertura de cada pico

Consola de mando montada sobre la cabina

De la misma manera, tiene a disposición del usuario 2 configuraciones principales que pueden ser reguladas según las condiciones de la aplicación • •

Sensibilidad de detección Sensibilidad de aplicación

Si bien el sistema se auto calibra a las condiciones actuales de la aplicación, ya sea de día o de noche, la sensibilidad de detección puede variarse a fin de determinar el tamaño mínimo de maleza que debe detectarse para que el sistema determine la apertura de pulverización. La sensibilidad de aplicación puede ajustarse, según las condiciones de deriva o márgenes de seguridad deseada para que la aplicación del agroquímico se anticipe la cantidad de centímetros que resulte necesario en cada caso.

Criterio primordial de seguridad Dadas las características de su funcionalidad, se puede afirmar que el sistema Weedit, trabaja sobre un criterio lógico binario, determina si HAY o NO HAY presencia de clorofila y aplica en consecuencia, sin puntos intermedios. De ello se deduce que existen dos posibles situaciones de error en la detección de malezas 1. Fumigar en un lugar donde no hay malezas 2. No Fumigar en un lugar donde hay malezas Está claro que si bien, la situación 1 no es deseable desde la perspectiva del ahorro de producto, la situación 2 es por lejos la más peligrosa y contraproducente en el manejo de malezas. Es por ello que todo el sistema está diseñado para, en caso de duda sobre la aplicación o no sobre el terreno, se decide por pulverizar. Aun en los casos donde se supere la velocidad máxima de trabajo, la pulverización permanecerá totalmente abierta para garantizar un tratamiento correcto.

Resultados obtenidos En 2012 se comenzó a adaptar esta tecnología a las necesidades agronómicas de nuestro pais, testeando sobre barbechos bajo un protocolo de pruebas a fin de determinar las funcionalidades y grado de adaptación del equipo al medio local. Para ello se monto sobre una pulverizadora de arrastre experimental, con un ancho de labor reducido. Las pruebas realizadas en Argentina, confirman los resultados obtenidos en Australia: Se han comprobado ahorros de herbicidas promedio del 60%, con lotes que arrojan ahorros superiores al 80%. En definitiva el grado de ahorro alcanzable se relaciona con la cantidad de malezas presentes en el lote, el momento y la cantidad de pasadas por campaña. El abanico de criterios y recetas agronómicas que se abre de la mano de esta tecnología permite garantizar sustentabilidad y protección medioambiental, permitiendo mejores practicas agronómicas en materia de tratamientos con agroquímicos para un control efectivo de malezas.