Si chiama precision agriculture, precision farming o AgTech. Una panoramica delle tecnologie IoT abilitanti
L’agricoltura di precisione (detta anche Precision Agriculture o Precision Farming) è considerata un componente chiave della terza ondata delle rivoluzioni agricole moderne. Il concetto alla base è quello di raccogliere quanti più dati possibili dai mezzi agricoli e dai campi, in modo da arrivare ad avere sistemi automatici di supporto decisionale (DSS, Decision Support System) alla gestione della produzione agricola.
Lo scopo è quello di abilitare interventi agronomici mirati (di precisione appunto) per riuscire a migliorare la produzione, minimizzare i danni ambientali ed elevare gli standard qualitativi dei prodotti agricoli.
La precision agriculture è divenuta possibile soprattutto grazie all’avvento di tecnologie come la navigazione satellitare (GNSS, Global Navigation Satellite System, che comprende ad oggi la rete satellitare americana GPS, la rete russa GLONASS e la rete europea Galileo, mentre è in sviluppo la rete globale cinese Beidou-2), algoritmi di machine learning per l’elaborazione di grandi quantità di dati, guida assistita e droni.
L’agricoltura di precisione si basa su tre principali fasi:
– acquisizione e registrazione dei dati ad una appropriata scala e frequenza
– interpretazione ed analisi dei dati
– implementazione di una risposta gestionale ad una appropriata scala e tempo (es: irrorazione mirata, guida assistita degli automezzi agricoli)
Purtroppo, da sola la navigazione satellitare come il GPS non è sufficiente per gli scopi della precision agriculture, in quanto i segnali satellitari, nonostante una precisione teorica di 2 mm, soffrono di una serie di problemi che li rendono inadeguati da soli:
– Errori degli orologi interni dei satelliti
– Errori orbitali
– Distorsioni atmosferiche
– Rumore e riflessioni
La soluzione è quella di utilizzare quello che viene chiamato GNSS augmentation (vedi sotto), ovvero un metodo che consenta di aumentare l’accuratezza dei sistemi di localizzazione satellitare, inviando al ricevitore del mezzo (oramai quasi tutti i moderni ricevitori GPS sono in grado di ricevere stream di correzione) dei segnali di correzione ricavati grazie a fonti esterne, che consentano di compensare gli errori suddetti.
Sistemi ad alta precisione consentono anche di gestire la guida automatizzata dei veicoli, in modo da ottenere file perfettamente parallele (il veicolo viene pilotato in automatico).
Fonti di Correzione
Vi sono differenti tipi di fonti di correzione utilizzabili per generare i segnali di correzione necessari.
Satellite Based Augmentation System (SBAS)
Questo tipo di sistemi consiste tipicamente in una rete di stazioni fisse terrestri, le cui posizioni sono state accuratamente determinate.
Le stazioni hanno il compito di rilevare misurazioni dai satelliti GNSS visibili, calcolare le correzioni necessarie e inviarle ad appositi satelliti geostazionari che poi li inviano in broadcast ai ricevitori.
Le correzioni vengono calcolate in questo modo:
– La stazione misura la propria distanza dal satellite calcolando il ritardo tra la trasmissione del satellite e la ricezione a terra, calcolo effettuato allineando il PRN (Pseudo Random Noise) contenuto nel segnale emesso dal satellite col segnale PRN generato internamente.
– La stazione calcola la correzione da effettuare tramite la differenza tra la posizione del satellite “misurata” (tramite il calcolo di cui sopra) e quella conosciuta.
– La stazione invia la correzione al ricevitore. Resta sottinteso che per avere una correzione accurata il ricevitore deve avere una distanza dalla stazione la più bassa possibile, in modo da avere una differenza di condizioni (distorsioni atmosferiche, satelliti visibili, rumore…) trascurabile.
I servizi SBAS principali sono WAAS (USA), EGNOS (Europa), SDCM (Russia), MSAS e QZSS (Giappone), GAGAN (India).
EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service)
È il sistema SBAS europeo, mantenuto dalla European Space Agency (ESA), composto da 40 stazioni terrestri e 2 satelliti geostazionari, con un’accuratezza di circa 3 mt.
L’accesso è gratuito.
Come funziona EGNOS
Omnistar
SBAS brevettato da Trimble, con precisione dichiarata di 10 cm.
RangePoint RTX
Tecnologia brevettata da Trimble, combina la copertura di EGNOS con quella di GLONASS, con una precisione dichiarata di 15 cm.
CenterPoint RTX
Tecnologia brevettata da Trimble, combina la copertura di Omnistar con quella di GLONASS, con una precisione dichiarata di meno di 4 cm.
GNSS Differenziale
RTK (Real Time Kinematics) Radio
Il principio di RTK è simile a SBAS, con due importanti differenze:
– La presenza di una stazione locale (tipicamente delle dimensioni di una piccola antenna), posizionata molto vicino ai ricevitori (pochi chilometri), in modo da essere affetti dalla stessa distorsione. Lo stream di correzione viene inviato al ricevitore vicino.
– L’antenna effettua misurazioni simili a SBAS, ma utilizzando le due portanti L1 e L2, molto più precise del PRN.
RTK è molto più costoso di Omnistar (una stazione costa diverse migliaia di euro), ma è la soluzione più precisa e consente la sterzata automatizzata dei veicoli. Essa inizia a divenire conveniente con un certo numero di trattori.
RTK VRS
La versione VRS (Virtual Reference Station) di RTK sostituisce la stazione locale con una rete di stazioni regionali gestite dal provider, collegate a un server centrale che effettua i calcoli e invia poi lo stream al ricevitore via internet o via satellite geostazionario.
La differenza sostanziale con sistemi tipo EGNOS è l’utilizzo delle frequenze portanti L1 e L2 invece che del PRN per le misurazioni.
VRS è un servizio commercializzato tipicamente ad abbonamento, con la stessa precisione di RTK radio ma senza la necessità di avere una base station installata.
RTX xFill
Sistema basato sulla tecnologia RTX, consente a tutti i sistemi RTK di avere una copertura temporanea di backup via satellite quando si presentano problemi di connettività, o di ostruzioni tra il ricevitore e l’antenna.
Guida assistita
I sistemi di correzione satellitare e di compensazione del terreno (vedi sotto) hanno reso disponibili tecnologie come la guida assistita, che controlla il volante consentendo di mantenere una linea perfettamente retta, e di guida totalmente automatica.
L’installazione di sensori inoltre consente di gestire il controllo automatico della semina e concimazione, della raccolta, nonché di gestione dell’acqua e pianificazione delle risorse.
Droni
Interessante è anche l’applicazione sempre più diffusa dei droni come supporto alla Precision Agriculture.
Un esempio è la mappatura delle condizioni del campo e la successiva generazione di script da caricare sul sistema di guida automatica del trattore. Inoltre è possibile effettuare interventi mirati direttamente dal drone stesso
Mentre la maggioranza dei piccoli produttori si focalizza sulla costruzione di veicoli agricoli, la tendenza dei colossi del settore è quella di allearsi con fornitori di servizi esterni di correzione per fornire una piattaforma unica.
New Holland ad esempio ha stretto forti legami di partnership con Trimble, costruendo veicoli e ricevitori in grado di interfacciarsi con tutte le tecnologie di correzione brevettati da questi (vedi fonti di correzione sopra).
Inoltre è ora possibile integrare la piattaforma PLM Connect coi servizi seguenti:
MapShots: applicazioni analytics per la gestione dei dati delle colture.
Encirca: fornisce stime e suggerimenti di gestione basati su modelli agronomi consolidati.
