Agricultura de precisión y sostenibilidad

LA NUEVA TECNOLOGÍA DE GANADERÍA DE PRECISIÓN CONTRIBUYE AL BIENESTAR ANIMAL

La cría de ganado de precisión es una tecnología inteligente que permite que los animales individuales sean monitoreados más de cerca en granjas que continúan aumentando el tamaño de sus operaciones. La creciente población mundial implica que la demanda de carne y huevos aumentará en más del 65% en los próximos 40 años. Para asegurar el suministro de alimentos para más de nueve mil millones de personas en todo el mundo, el número de cerdos y pollos y la escala de las granjas donde se crían deben aumentar. Un desarrollo paralelo es la disminución del número de agricultores. Esto significa que cada agricultor tiene que cuidar de un número creciente de animales, mientras que hay una demanda creciente de la sociedad de que se respete el derecho de los animales a la atención individual.

La nueva tecnología de ganadería de precisión contribuye al bienestar animal
Centrarse en el animal
Esto crea desafíos y nos obliga a investigar nuevas tecnologías para monitorear a los animales de manera continua y automática. La ganadería de precisión lo hace posible. Necesitamos enfocarnos en los animales individualmente, para que sus señales puedan ser detectadas e interpretadas. Necesitamos poder responder preguntas como:

¿Están experimentando buenos niveles de bienestar?
¿Están saludables?
¿Están mostrando un comportamiento normal?
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iFarming
iFarming (también conocido como agricultura inteligente) es el sistema de Fancom para alojamiento de animales que mantiene su granja y ganado en las mejores condiciones. iFarming se caracteriza por el monitoreo automático y continuo de todos los factores ambientales en la casa, combinado con mediciones en y alrededor del animal. ¡El resultado es una producción sostenible y rentable! La nueva tecnología de agricultura de ganado de precisión (PLF) también se aplica dentro del alcance de iFarming.

Medir el bienestar animal
Al automatizar clima y procesos de alimentaciónha sido una práctica habitual durante años aplicar tecnología avanzada diseñada para mejorar el proceso. Por eso es extraño que cuando evaluamos realmente el bienestar animal, sigamos confiando en métodos subjetivos e incidentales como inspecciones periódicas en el galpón o incluso evaluaciones posteriores en el matadero. Pero para una valoración precisa del bienestar animal, es crucial medir sobre y alrededor del animal, así como tener en cuenta los factores ambientales. Los problemas de la piel, la condición corporal y el comportamiento anormal proporcionan una gran cantidad de datos sobre el bienestar de un animal. En comparación con las inspecciones periódicas, el registro automático también tiene muchas ventajas. En primer lugar, el registro automático puede tener lugar de forma continua y en tiempo real. Además, esta forma de registro es más objetiva. Las inspecciones físicas periódicas requieren mucho tiempo y, dado que pueden interrumpir la rutina diaria en la casa, brindan una imagen menos confiable. Esto puede llevar a que se malinterprete la situación real.

La tecnología de cría de ganado de precisión vigila a los animales las 24 horas del día, los 7 días de la semana
Precision Livestock Farming (PLF) es un nombre colectivo para un conjunto de tecnologías que usamos en y alrededor de los animales en la casa para monitorear continuamente su condición corporal. Un factor clave es que PLF permite que los animales sean monitoreados como un grupo minuto a minuto, 24/7. Este seguimiento sistemático permite reconocer determinados patrones. Si esos patrones difieren de los patrones esperados, se puede desarrollar un sistema de alerta temprana basado en estas señales.

Para comprender mejor la ganadería de precisión y las ventajas que conlleva, vea la entrevista con el profesor Berckmans.

Tecnología de medición
Se utilizan diversas tecnologías de sensores para realizar mediciones sobre y alrededor del animal. Esto incluye chips colocados en animales y cámaras y micrófonos que registran datos de forma remota. Un buen ejemplo es elmonitor de peso eYeGrowque utiliza tecnología de cámara. eYeGrow puede monitorear el desarrollo de un grupo de finalistas día a día. Pero los sistemas existentes ya instalados en la casa también generan información valiosa sobre los animales. Por ejemplo, su sistema de alimentación proporciona datos sobre el consumo de alimento y agua y un sistema de pesaje de animales proporciona una indicación de la actividad animal. El software indica que los animales son:

Moverse menos.
No comer ni beber.
Tener una tasa de crecimiento que se está desacelerando.
Evidentemente, algo anda mal, ya que todas estas señales suelen ser un primer signo de enfermedad. Es mucho más probable que un sistema de monitoreo continuo detecte estas señales, a menudo antes de que el agricultor las note. Esto permite una intervención más rápida y más específica. Estas son algunas otras tecnologías relacionadas con la ganadería de precisión:

Sistema automático de pesaje de aves
Conteo de huevos
Monitoreo del agua en alojamientos de animales.
eYeGrow
¿Qué significa la ganadería de precisión para los agricultores?
La ganadería de precisión nunca podrá reemplazar el papel del agricultor. Sin embargo, PLF hace posible que los agricultores asignen su valioso tiempo de manera más eficiente. Con las aplicaciones PLF, los agricultores pueden dirigir su atención a los animales individuales que necesitan su ayuda. En su inspección diaria de las casas, pueden concentrarse en los lugares que necesitan atención o donde los problemas son una amenaza potencial. Esto está destinado a cambiar la vida de los agricultores y sus animales. Los agricultores pueden actuar tan pronto como un animal experimente algún problema. Además, pueden dedicar más tiempo a prevenir problemas, para que los animales puedan ser criados, o puedan producir, de una forma sana y respetuosa con los animales.

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Impactos de las tecnologías agrícolas de precisión en Irán un análisis de la percepción de los expertos y sus determinantes

Destacar

Propusimos un modelo para investigar los factores que influyen en los impactos de la agricultura de precisión.


Estimamos los impactos de la agricultura de precisión desde el punto de vista de los expertos.


Las actitudes de los expertos indican su visión positiva hacia este tipo de impactos.


La actitud de comportamiento tiene el mayor efecto sobre los impactos.

Resumen
Hoy en día se requieren de inmediato desarrollos de métodos agrícolas que sean productiva, económica, ambiental y socialmente sostenibles. El concepto de agricultura de precisión se está convirtiendo en una idea atractiva para la gestión de los recursos naturales y la realización de un desarrollo agrícola sostenible moderno. El propósito de este estudio fue investigar los factores que influyen en los impactos de la agricultura de precisión desde el punto de vista de los expertos de la provincia de Boushehr. El método de investigación fue una encuesta transversal y se utilizó un muestreo aleatorio de múltiples etapas para recopilar datos de 115 expertos en la provincia de Boushehr. Según los resultados, los expertos encontraron la conservación de las aguas subterráneas y superficiales, el desarrollo de áreas rurales, el aumento de la productividad y el aumento de los ingresos como los impactos más importantes de las tecnologías agrícolas de precisión. Las actitudes de los expertos indican su visión positiva hacia este tipo de impactos. Además, la actitud conductual tiene el mayor efecto sobre los impactos.

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Palabras clave
Agricultura sostenibleAgricultura de precisiónEvaluación de impactoBoushehrIran
1 . Introducción
En los últimos años, la agricultura se ha convertido en una industria en respuesta a la provisión de alimentos y la seguridad alimentaria y la relación humana con el medio ambiente ha cambiado debido a los logros en diferentes tecnologías [16] . En este sentido, los sistemas agrícolas enfatizan en la utilización de insumos producidos por combustibles fósiles como fertilizantes químicos , pesticidas, herbicidas y maquinaria agrícola con alto consumo de combustible. Aunque la aplicación de estas tecnologías ha aumentado el rendimiento y la eficiencia de la mano de obra, ha destruido muchos recursos naturales de los que depende la continuidad de los sistemas agrícolas. Por lo tanto, esta destrucción afectará primero a los agricultores y luego a la sociedad [4].. Los productos agrícolas producidos a través de la agricultura moderna basados ​​en métodos de revolución verde traen consigo muchos problemas para la salud humana y destruyen los recursos naturales debido a la aplicación de patrones de producción inadecuados, insostenibilidad de los sistemas de producción, pérdida de recursos básicos y, en consecuencia, amenazan las instalaciones de producción, de ahí que este tema proceso de producción imposible. Por lo tanto, se requiere inmediatamente el desarrollo de métodos agrícolas que sean productiva, económica y socialmente sostenibles [19] .

Con la introducción de la informatización agrícola, la agricultura tradicional se ha reformado mediante TIC avanzadas, lo que finalmente ha contribuido a mejoras significativas en la productividad y sostenibilidad agrícolas [28] . El concepto de agricultura de precisión, basado en la tecnología de la información, se está convirtiendo en una idea atractiva para gestionar los recursos naturales y lograr un desarrollo agrícola sostenible moderno [13] .

1.1 . Agricultura de precisión
La agricultura de precisión es un sistema integrado de manejo de cultivos que combina tecnologías de la información con industrias agrícolas racionales e intenta proporcionar cantidades y tipos de insumos basados ​​en las necesidades reales de cultivo en pequeñas fincas ubicadas dentro de una gran finca [11] . Además, la agricultura de precisión se considera un sistema de gestión agrícola sobre la base de la tecnología de la información para determinar, analizar y gestionar cambios dentro de una granja para la rentabilidad, sostenibilidad y conservación óptima de las granjas [7] . Este sistema se centra en la gestión de producción específica del sitio. La agricultura de precisión presenta un nuevo concepto en el uso sostenible de los recursos agrícolas y se define como un concepto de gestión que combina las tecnologías de la información y las comunicaciones para gestionar los cambios temporales y espaciales en la explotación [6] . El objetivo básico de la AP es optimizar el rendimiento con un aporte mínimo y una contaminación ambiental reducida [14] .

La agricultura de precisión con el propósito de la gestión de insumos proporcionará métodos de producción distinguidos para los productores agrícolas y, como cualquier otra tecnología, puede permitir a los agricultores recopilar datos con el propósito de identificar variables efectivas sobre el rendimiento potencial de la granja. Además, los agricultores pueden tomar decisiones sobre los insumos y utilizarlos en tasas variables [17] .

1.2 . Impactos de la agricultura de precisión
Se han reportado varias investigaciones que evalúan los impactos de las tecnologías de agricultura de precisión. Este enfoque no solo puede reducir los costos, sino que también puede aumentar los rendimientos. Además, la aplicación precisa de productos químicos y fertilizantes solo cuando sea necesario reduce el potencial de contaminación de las aguas subterráneas y superficiales [10] . La agricultura de precisión no solo contribuirá al ahorro de costes, sino que también tendrá considerables beneficios medioambientales [7].. Una mayor eficiencia a través de sistemas precisos de guía de maquinaria por sí sola puede generar retornos cuantificables para los agricultores. Los sistemas de dirección automática precisos podrían ahorrar a los agricultores entre un 5% y un 15% en costos de insumos (combustible, pesticidas y fertilizantes) al reducir el lapeado excesivo o insuficiente y aumentando la puntualidad de las operaciones, como facilitar la fumigación de pesticidas por la noche. El aumento del rendimiento, la mejora de la producción económica y la compensación de costes se tienen en cuenta como las ventajas de aplicar tecnologías de agricultura de precisión [2] . Dobermann y col. [5] cree que, junto con los beneficios económicos, deben tenerse en cuenta los beneficios ambientales como la disminución de las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación causada por fertilizantes y plaguicidas [8]. Al reducir la aplicación excesiva y la aplicación insuficiente de insumos como nutrientes y plaguicidas, esta estrategia tiene el potencial de mejorar la rentabilidad para el productor y también de reducir la amenaza de contaminación del agua subterránea o superficial por productos químicos agrícolas [22] .

Según Zhang et al. [27] la gente esperaba los impactos del uso de la agricultura de precisión en la rentabilidad para los productores y los beneficios ecológicos y ambientales. La adopción de la agricultura de precisión afectará las oportunidades de empleo (prestación de servicios de consultoría, servicios de apoyo, herramientas especializadas, etc.) y las estructuras agrícolas, especialmente la distribución del tamaño de las granjas en las zonas rurales y el uso de fertilizantes químicos, plaguicidas y otros insumos agrícolas de manera eficiente disminuirá los problemas ambientales [21] . Según Swinton y Lowenberg-DeBoer [23], la agricultura de precisión ha generado una rentabilidad del 57%. Otro estudio demostró que las tecnologías de agricultura de precisión dieron como resultado la rentabilidad de las granjaspor aumento de rendimiento y reducción de costos de insumos. Mientras tanto, la mejora de la administración financiera provoca una mejora de la administración de riesgos y una mejora de la capacidad de gestión de las granjas [26] . Impulsar la productividad, rentabilidad y sostenibilidad, mejorar la calidad del producto, gestionar eficientemente el producto, preservar el suelo, los recursos hídricos y energéticos, conservar las aguas subterráneas y superficiales, optimizar la eficiencia productiva, minimizar los impactos y riesgos ambientales lo que se hace con el propósito de la sostenibilidad ambiental y económica otros impactos estipulados de estas tecnologías [18] .

Diferentes científicos han presentado varios modelos para examinar actitudes y comportamientos. Las teorías que se utilizan en este artículo se comentan a continuación.

1.3 . Teoría de la acción Razonada
Esta teoría se basa en la psicología y define la relación entre actitudes y comportamiento. Según esta teoría, la adopción de la innovación se vería afectada por factores individuales y sociales. El factor individual se define como una creencia positiva o negativa hacia la formación de la conducta o se considera como la misma actitud hacia la formación de la conducta, y el factor social son las normas subjetivas o el impacto de la presión social en la persona, ya sea que resulte en la formación de la conducta o no [ 9] .

1.4 . Teoría del comportamiento planificado
En psicología, la teoría de la conducta planificada se introduce como un vínculo entre actitud y conducta. Esta teoría se presenta con base en la teoría de la acción razonada. Según la teoría de TPB, los comportamientos de los individuos estarán determinados por sus intenciones afectadas por la actitud, la norma subjetiva y el control conductual percibido [18] .

1.5 . Modelo de aceptación de Tecnología
El modelo de aceptación de tecnología (TAM) fue propuesto por Davis como un instrumento para predecir la probabilidad de que se adopte una nueva tecnología dentro de un grupo u organización [17] . Basado en la teoría de la acción razonada, el TAM se basa en la hipótesis de que la aceptación y el uso de la tecnología se pueden explicar en términos de las creencias, actitudes e intenciones internas del usuario. Como resultado, debería ser posible predecir el uso futuro de la tecnología aplicando el TAM en el momento en que se introduce una tecnología. El TAM original midió el impacto de cuatro variables internas sobre el uso real de la tecnología. Las variables internas en el TAM original fueron: facilidad de uso percibida (PEU), utilidad percibida (PU), actitud hacia el uso (A) e intención conductual de uso (BI) [25] .

Shyu y Huang [20] realizaron un estudio basado en el modelo de aceptación de la tecnología y sus resultados revelaron que la utilidad percibida y las variables de disfrute percibido afectaban la actitud de uso. Además, la actitud de uso y la utilidad percibida influyeron en la intención de uso. Nan y col. [15] examinó el modelo desarrollado de aceptación de tecnología de la información basado en el modelo TAM. Los resultados mostraron que la variable de intención conductual a corto plazo se vio afectada por impactos directos de compatibilidad, actitud de uso y utilidad percibida. La relación causal entre la intención conductual a corto plazo, la compatibilidad, la actitud de uso y la intención conductual a largo plazo fue positiva. Además, la facilidad de uso percibida y la utilidad percibida tuvieron un efecto positivo en la actitud de uso. Chen y col. [3]presentó un modelo para investigar la intención hacia las tecnologías modernas mediante la combinación de modelos TAM y TPB. Según los resultados, rasgos de innovación como la utilidad percibida y la facilidad de uso percibida provocaron el desarrollo de una actitud positiva hacia el uso de tecnologías y actitudes modernas, las normas subjetivas y el control conductual percibido afectaron la intención de uso.

Numerosos estudios realizados sobre comportamientos ambientales han demostrado que el conocimiento es un predictor importante del comportamiento, ya que esta variable puede influir en todo el proceso de toma de decisiones de forma que una persona pueda tomar una decisión equivocada a través de información y conocimiento incorrectos [12] . Según Tress [24], existía una relación entre la dificultad de transición percibida hacia actividades sostenibles y la actitud hacia estas actividades. La forma en que las personas encuentran difícil la transición hacia actividades sostenibles mostrará una actitud más negativa. Según la literatura, Irán debería seguir más seriamente las tecnologías de agricultura de precisión confiando en sus capacidades potenciales [18]. En consecuencia, este fin no se puede lograr sin la cooperación de quienes están a cargo de la agricultura. Debido al papel clave de los expertos agrícolas en afectar la adopción de la innovación por parte de los agricultores, el propósito de este estudio fue investigar los factores que influyen en los impactos de la agricultura de precisión desde el punto de vista de los expertos de la provincia de Boushehr. De acuerdo con las revisiones de la literatura, se presenta el siguiente marco para investigar los factores que afectan los impactos ( Fig. 1 ).

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Figura 1 . Marco teórico.

2 . Método de investigación
Se utilizó una encuesta transversal para recopilar datos mediante un cuestionario. La lista de índices para medir la variable dependiente se proporcionó a través de tres pasos. En el primer paso, se recopiló información relacionada con los impactos de la agricultura de precisión a partir de documentos y recursos de otros países. En el segundo paso, se realizó un estudio pre-piloto en agricultores pioneros domiciliados en las regiones de Marvdasht para confirmar los impactos. En el último paso se entrevistó a algunos expertos de la organización Jihad-e-Keshavarzi en la provincia de Fars.

Los datos para probar el modelo se recopilaron entre expertos agrícolas en la provincia sur de Irán en 2016. Esta provincia tiene la capacidad adecuada para expandir las actividades agrícolas cualitativa y cuantitativamente y es una de las pioneras en la introducción y difusión de nuevas tecnologías. Boushehr incluye 9 ciudades y tiene un clima cálido, y su precipitación media anual es de entre 200 y 250 mm. En 2007, su total de campos de cultivo era de unas 236.053 ha. 5142 ha de estos campos se asignan al cultivo de agua y las 184,811 ha restantes se asignan al cultivo de secano . La mayoría de los campos de cultivo se dedican al trigo en 167.351 ha y al tomate en 14.519 ha. La agricultura en los huertos de la provincia de Bousher se realiza en 40.661 ha, de los cuales los dátiles son la mayor parte con 37 265/2 ha. La población estadística en esta investigación incluye a todos los expertos de Jihad-e-Keshavarzi que trabajan en la provincia de Bousher. Se utilizó un muestreo aleatorio de múltiples etapas para recopilar datos. El número de muestras se estimó con base en la población estudiada y la fórmula de Cochran y se entrevistó a 115 expertos de la provincia de Boushehr y se recopilaron los datos requeridos mediante cuestionarios. La validez del cuestionario fue probada por expertos del Departamento de Extensión y Educación Agrícola de la Universidad de Shiraz. El cuestionario fue probado de forma piloto con 30 expertos agrícolas seleccionados al azar de la muestra. Sobre la base de los comentarios de la prueba piloto, se perfeccionó el cuestionario y se elaboró ​​un cuestionario final revisado. Los coeficientes alfa de Cronbach para las variables se han presentado enCuadro 1 . La tabla 2 muestra la definición de variables.

Cuadro 1 . Coeficientes alfa de Cronbach para variables de investigación.

Variables Coeficiente alfa de Cronbach
Actitud conductual 0,75
Facilidad de uso percibida 0,74
Utilidad percibida 0,77
Actitud de confianza 0,80
Innovación individual 0,77
Conocimiento de agricultura de precisión 0,97
Dificultad de transición percibida 0,85
Impactos de las tecnologías agrícolas de precisión 0,94
Cuadro 2 . Definición de variables.

Variables Definición
Utilidad percibida La utilidad percibida se define como la medida en que una persona cree que el uso del sistema mejorará su desempeño laboral (Venkatesh y Davis, 2000). La variable se midió utilizando elementos relacionados con el aumento de la productividad, la reducción de los costos de producción, un mejor control de las actividades agrícolas, etc. Las preguntas estaban en forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de muy de acuerdo a muy en desacuerdo
Facilidad de uso percibida Según Davis (1989), la facilidad de uso percibida se define como la medida en que una persona cree que el uso del sistema estará libre de esfuerzo físico y mental (Lu et al., 2005). Esta variable se estimó utilizando ítems relacionados con la facilidad de aprendizaje, el esfuerzo mental requerido para utilizar estas tecnologías, la eficacia del uso de las opiniones de los expertos en la aplicación de estas tecnologías, etc. Las preguntas estaban en forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de muy de acuerdo a muy discrepar
Actitud conductual Taylor y Todd (1995) definieron una escala de actitud que midió si a las personas les gusta o no les gusta usar la tecnología y cómo se sienten al usarla. Definimos operativamente la actitud para utilizarla como el sentimiento positivo o negativo del posible experto sobre la adopción de tecnologías agrícolas de precisión. Esta variable se estimó con el uso deseable o no deseable de estas tecnologías, el uso razonable o irrazonable de las tecnologías y la actitud positiva y negativa hacia las tecnologías agrícolas de precisión. Las preguntas tenían la forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de muy de acuerdo a muy en desacuerdo
Actitud de confianza Esta variable mide la confianza de un productor para aprender y utilizar tecnologías agrícolas de precisión. A través de la escala de Loyd y Gressard (1984) se plantearon una serie de preguntas en relación a tener certeza para aprender tecnologías agrícolas de precisión en clases y talleres educativos y también a tener autoconfianza en el uso de estas tecnologías, etc. Las preguntas fueron en forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de muy de acuerdo a muy en desacuerdo
Innovación individual La innovación individual se define como «la voluntad de un individuo de probar cualquier tecnología nueva». Se estimó a través de ítems propuestos por Agarwal y Prasad (1998). Las preguntas tenían la forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de muy de acuerdo a muy en desacuerdo
Conocimiento de agricultura de precisión La familiaridad individual con las características y tecnologías de la agricultura de precisión revela el conocimiento individual en relación con este sistema agrícola. Para medir esta variable se plantearon una serie de preguntas en el campo de las tecnologías agrícolas de precisión y las preguntas fueron en forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de cero a muy alto
Dificultad de transición percibida La dificultad de transición percibida hacia la agricultura de precisión se considera como un índice para medir la percepción e idea individual sobre la dificultad de transición de la agricultura convencional hacia la adopción y aplicación de la agricultura de precisión. Se midió mediante preguntas sobre la posibilidad de la implementación de la agricultura de precisión con atención a las condiciones agrícolas y la situación económica y educativa en Irán. Las preguntas tenían la forma de escalas de cinco puntos etiquetadas de muy de acuerdo a muy en desacuerdo.
Impactos de la agricultura de precisión Los impactos de la agricultura de precisión incluyen actitudes y creencias individuales sobre los posibles impactos de este tipo de tecnologías. En cuanto a los impactos de las tecnologías de agricultura de precisión en los campos técnico, social, económico y ambiental, se formularon treinta y siete preguntas. Se utilizaron escalas de seis puntos que iban de ninguno a muy alto para evaluar los impactos.
Los datos de los cuestionarios se codificaron y analizaron mediante el software LISREL. El modelado de ecuaciones estructurales (SEM), un análisis multivariado , es un método apropiado para analizar variables latentes, como construcciones desarrolladas a partir de elementos de encuestas. SEM es similar a la regresión múltiple pero se utiliza para analizar y calcular la varianza explicada en variables latentes endógenas y exógenas. La relación entre constructos (o variables latentes) está representada por los coeficientes de trayectorias [1] . Además de la estadística descriptiva y las técnicas inferenciales, se utilizaron frecuencias, porcentaje, puntuación media, desviación estándar, coeficientes de correlación y modelado de ecuaciones estructurales para analizar los datos.

3 . Resultados y discusión
3.1 . Impactos de las tecnologías agrícolas de precisión
3.1.1 . Impactos ambientales
En la Tabla 3 se ilustra la frecuencia y la media de cada impacto de las tecnologías de agricultura de precisión. Debido a la media de impactos ambientales de las tecnologías de agricultura de precisión, los expertos han encontrado la conservación de aguas subterráneas y superficiales con una media de 4.02 como el impacto ambiental más importante de este plan. De esta forma, el 69,6% de los expertos ha evaluado el alto impacto del uso de tecnologías de agricultura de precisión en la conservación de aguas subterráneas y superficiales y solo el 0,9% cree que el impacto es muy bajo. Los resultados de Sudduth et al. [22] estudio está de acuerdo con este hallazgo. Tabla 3muestra que el manejo de malezas y la conservación de fuentes de energía con una media de 3.93 se colocan en el segundo rango después de la conservación de aguas subterráneas y superficiales. Así, el 72,2% y el 60% de los expertos definieron un alto impacto de las tecnologías de agricultura de precisión en el manejo de malezas y la conservación de las fuentes de energía y el 1,7% y el 2,6% de la muestra definieron un impacto bajo. Ninguno de los expertos consideró que las tecnologías de agricultura de precisión no tuvieran impacto en el manejo de malezas y la conservación de fuentes de energía. Además, el 73,9% de los expertos informaron que el uso de tecnologías de agricultura de precisión dio como resultado el manejo de plagas y solo el 2,6% de la muestra cree que el uso de tecnologías de agricultura de precisión tuvo un impacto muy bajo en el manejo de plagas. Cabe mencionar que el manejo de plagas tiene una media igual a 3.87. Según los resultados, la gestión de enfermedades de las plantasy la elaboración de productos saludables tienen, respectivamente, medias de 3,86 y 3,82. Los resultados de Jochinke et al. [8] confirman este hallazgo. Según la Tabla 3 , el 54,8% de los expertos evaluó un impacto promedio del uso de tecnología de agricultura de precisión en las emisiones de gases verdes. Este impacto ambiental tiene el valor mínimo con media de 3.06 y los expertos lo han tenido en cuenta menos que otros impactos ambientales como impacto de las tecnologías de agricultura de precisión.

Cuadro 3 . Impactos ambientales de la agricultura de precisión.

Variable Impacto positivo Sin impacto Desviación Estándar Media de rango Prioridad
Muy alto Alto Promedio Bajo Muy bajo
Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento
Manejo de plagas 12 10,4 85 73,9 13 11,3 2 1,7 3 2.6 0,71 3,87 3
Manejo de enfermedades de plantas 11 9,6 85 73,9 13 11,3 4 3,5 2 1,7 0,69 3,86 4
Manejo de malezas dieciséis 13,9 83 72,2 10 8.7 4 3,5 2 1,7 0,72 3,93 2
Conservación de fuentes de energía 25 21,7 69 60,0 12 10,4 6 5.2 3 2.6 0,87 3,93 2
Conservación de aguas subterráneas y superficiales 22 19,1 80 69,6 8 7.0 4 3,5 1 0,9 0,69 4.02 1
Contaminación de aguas subterráneas y superficiales 15 13,0 69 60,0 17 14,8 7 6.1 4 3,5 3 2.6 1.06 3,65 9
La contaminación del suelo 17 14,8 27 23,5 54 47,0 10 8.7 4 3,5 3 2.6 1,10 3,29 10
La erosión del suelo 18 15,7 67 58,3 11 9,6 14 12,2 3 2.6 2 1,7 1.07 3,66 8
Compactación del suelo 12 10,4 77 67,0 11 9,6 9 7.8 3 2.6 3 2.6 1.03 3,66 8
Consumo de plaguicidas 17 14,8 69 60,0 17 14,8 7 6.1 4 3,5 1 0,9 0,96 3,73 6
Consumo de fertilizantes 18 15,7 68 59,1 15 13,0 9 7.8 3 2.6 2 1,7 1.02 3,72 7
Emisiones de gases de efecto invernadero 9 7.8 23 20,0 63 54,8 11 9,6 5 4.3 4 3,5 1.04 3,06 12
La biodiversidad 8 7.0 39 33,9 50 43,5 11 9,6 4 3,5 3 2.6 1.02 3,23 11
Producir productos saludables 20 17,4 73 63,5 12 10,4 4 3,5 4 3,5 2 1,7 0,99 3,82 5
3.1.2 . Impactos sociales
Según la Tabla 4, los expertos han introducido socialmente el desarrollo de áreas rurales con una media de 3.93 como el impacto más importante del uso de tecnologías de agricultura de precisión. Los resultados de este factor revelaron que el 70,4% de los expertos evaluaron un alto impacto de la tecnología de agricultura de precisión en el desarrollo de las zonas rurales y solo el 1,7% de la muestra informó que el impacto fue muy bajo. De acuerdo con la tabla antes mencionada, la disminución de la brecha de clase social con una media de 2,41 fue el valor más bajo como el impacto del uso de tecnologías de agricultura de precisión. Mientras tanto, en promedio, los expertos evaluaron la inmigración como un impacto social de las tecnologías de agricultura de precisión. Este índice tiene una media igual a 2,47.

Cuadro 4 . Impactos sociales de la agricultura de precisión.

Variable Impacto positivo Sin impacto Desviación Estándar Media de rango Prioridad
Muy alto Alto Promedio Bajo Muy bajo
Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento
Oportunidades de trabajo 13 11,3 73 63,5 20 17,4 3 2.6 3 2.6 2 1,7 1.06 3,68 4
1 a 0,9 a
Fuerza de trabajo 10 8.7 33 28,7 56 48,7 5 4.3 3 2.6 1,81 2,95 6
1 a 0,9 a 1 a 0,9 a 2 a 1,7 a 4 a 3,5 a
Bienestar dieciséis 13,9 71 61,7 17 14,8 7 6.1 3 2.6 1 0,9 0,92 3,75 3
Inmigración 8 7.0 25 21,7 55 47,8 9 7.8 5 4.3 1 0,9 2,29 2,47 7
2 a 1,7 a 6 a 5,2 a 2 a 1,7 a 1 a 0,9 a 1 a 0,9 a
Brecha de clase social 7 6.1 25 21,7 57 49,6 8 7.0 4 3,5 2 1,7 2,38 2,41 8
2 a 1,7 a 8 a 7,0 a 2 a 1,7 a
Estilo de vida 13 11,3 30 26,1 53 46,1 9 7.8 5 4.3 4 3,5 1,35 3,14 5
1 a 0,9 a
Satisfacción con la calidad de vida 17 14,8 73 63,5 14 12,2 7 6.1 2 1,7 2 1,7 0,95 3,78 2
Desarrollo de áreas rurales 17 14,8 81 70,4 11 9,6 4 3,5 2 1,7 0,73 3,93 1
una
Muestra a los expertos que creen que los impactos de las tecnologías de agricultura de precisión en estos índices son negativos.

3.1.3 . Impactos técnicos
De acuerdo con la Tabla 5, los expertos encontraron un aumento de la productividad con una media de 3.94 como el impacto técnico más importante de las tecnologías de agricultura de precisión. El 71,3% de los expertos evaluó un alto impacto de las tecnologías de agricultura de precisión en el aumento de la productividad y el 14,8% de ellos evaluó un impacto muy alto. Ninguno de los expertos consideró que las tecnologías de agricultura de precisión no tuvieran impacto en la productividad. Este resultado es compatible con el estudio de Jochinke et al. [8] . La calidad de los productos y la mejora de la condición de la granja con una media de 3.90 se colocan en el segundo rango después del aumento de la productividad. Por lo tanto, el 67% y el 74,8% de los expertos explicaron que el impacto del uso de tecnologías de agricultura de precisión en la calidad de los productos y la mejora de las condiciones agrícolas es alto. Basado en la Tabla 5La expansión de tierras agrícolas y el tiempo de operaciones agrícolas con una media de 3,74 y 3,76 se colocaron en el rango más bajo. Pero debe tenerse en cuenta que las medias de ambos factores son más de 3 y la mayoría de la muestra ha evaluado el impacto promedio y alto de las tecnologías de agricultura de precisión en la expansión de tierras agrícolas y el tiempo de operaciones agrícolas.

Cuadro 5 . Impactos técnicos de la agricultura de precisión.

Variable Impacto positivo Sin impacto Desviación Estándar Media de rango Prioridad
Muy alto Alto Promedio Bajo Muy bajo
Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento
Productividad 17 14,8 82 71,3 11 9,6 3 2.6 2 1,7 0,71 3,94 1
Calidad de los productos 18 15,7 77 67,0 14 12,2 4 3,5 1 0,9 1 0,9 0,79 3,90 2
Expansión de tierras agrícolas 12 10,4 79 68,7 13 11,3 6 5.2 4 3,5 1 0,9 0,90 3,74 8
Sostenibilidad de productos 11 9,6 83 72,2 13 11,3 4 3,5 4 3,5 0,79 3,80 5
Gestión del consumo de insumos 15 13,0 77 67,0 14 12,2 6 5.2 3 2.6 0,81 3,82 3
Tiempo de operaciones agrícolas 11 9,6 81 70,4 12 10,4 8 7.0 2 1,7 1 0,9 0,85 3,76 7
Mejora de la condición de la granja 12 10,4 86 74,8 12 10,4 4 3,5 1 0,9 0,64 3,90 2
Depreciación de maquinaria 17 14,8 71 61,7 17 14,8 7 6.1 2 1,7 1 0,9 0,89 3,79 6
Crear una base de datos con información sobre el estado del terreno. 14 12,2 79 67,7 15 13,0 1 0,9 6 5.2 0,85 3,81 4
3.1.4 . Impactos económicos
Tabla 6Demuestra que los expertos consideran económicamente el aumento de los ingresos con una media de 3,99 como el impacto más significativo, por lo que el 63,5% de la muestra consideró un alto impacto de las tecnologías de agricultura de precisión en el aumento de los ingresos y el 20% de ellos evaluó un impacto muy alto. Después de los ingresos, la mejora y la prosperidad del estado agrícola con una media de 3,98 se coloca en el segundo rango. Los resultados de mejora y prosperidad del estado agrícola mostraron que el 61,7% de los expertos evaluaron un alto impacto de las tecnologías de agricultura de precisión en la mejora y prosperidad del estado agrícola y el 21,7% de ellos evaluó un impacto muy alto. Según esta tabla, la disminución del riesgo con el rango 3.53 se coloca en el rango más bajo.

Cuadro 6 . Impactos económicos de la agricultura de precisión.

Variable Impacto positivo Sin impacto Desviación Estándar Media de rango Prioridad
Muy alto Alto Promedio Bajo Muy bajo
Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento Frecuencia Por ciento
Rentabilidad 25 21/7 67 58,3 18 15,7 2 1,7 2 1,7 1 0,9 0,86 3,93 4
Riesgo 13 11,3 67 58,3 17 14,8 9 7.8 5 4.3 4 3,5 1,14 3,53 6
Reducir el costo de los insumos 14 12,2 73 63,5 19 16,5 5 4.3 4 3,5 0,85 3,76 5
rendimiento 20 17,4 75 65,2 15 13,0 4 3,5 1 0,9 0,72 3,94 3
Ingresos 23 20,0 73 63,5 15 13,0 3 2.6 1 0,9 0,71 3,99 1
Mejora y prosperidad del estado agrícola 25 21,7 71 61,7 12 10,4 6 5.2 1 0,9 0,78 3,98 2
La media de la actitud de los expertos hacia los impactos de la agricultura de precisión indica que los expertos ven las tecnologías de la agricultura de precisión de manera positiva. Según la Tabla 7, la media de la actitud de los expertos en todos los campos es más de 3.

Cuadro 7 . La media de los impactos de las tecnologías de agricultura de precisión desde el punto de vista de los expertos.

Variable Desviación Estándar Media
El impacto de la agricultura de precisión 0,56 3,66
Impactos ambientales 0,67 3,97
Impactos sociales 0,81 3,26
Impactos técnicos 0,61 3,83
Impactos económicos 0,67 3,86
3.2 . Correlación entre variables
La Tabla 8 proporciona coeficientes de correlación entre variables. Los coeficientes de correlación entre la actitud de comportamiento con la utilidad percibida, la innovación individual y los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión se calcularon 0.52, 0.42 y 0.56 respectivamente. Los coeficientes fueron significativos al nivel de significancia 0.01.

Cuadro 8 . La matriz de coeficientes de correlación entre variables.

Variables Actitud conductual Facilidad de uso percibida Utilidad percibida Actitud de confianza Innovación individual Conocimiento de agricultura de precisión Dificultad de transición percibida Impactos de las tecnologías agrícolas de precisión
Actitud conductual 1
Facilidad de uso percibida 0,06 1
Utilidad percibida 0,52 ** 0,30 ** 1
Actitud de confianza 0,35 ** 0,56 ** 0,64 ** 1
Innovación individual 0,42 ** 0,36 ** 0,42 ** 0,54 ** 1
Conocimiento de agricultura de precisión 0,16 0,22 * 0,10 0,31 ** 0,27 ** 1
Dificultad de transición percibida −0,17 −0,02 −0,10 −0,06 −0,08 −0,14 1
Impactos de las tecnologías agrícolas de precisión 0,56 ** 0,19 * 0,48 ** 0,36 ** 0,38 ** 0,30 ** −0,10 1
*
Significativo en p < 0,05. ** Significativo en p < 0,01. Los coeficientes revelaron que hubo una relación significativa y positiva entre la facilidad de uso percibida y la actitud de confianza (0.56, P = 0.01), la innovación individual (0.36, P = 0.01) y el conocimiento de la agricultura de precisión (0.22, P = 0.05). El análisis de correlación de la utilidad percibida con otras variables indicó que tiene una relación positiva con la actitud de confianza (r = 0.64, P = 0.01), la innovación individual (r = 0.42, P = 0.01) y los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (r = 0,48, P = 0,01). Los resultados del análisis de correlación de Pearson mostraron una relación positiva entre la actitud de confianza y la innovación individual (r = 0.54, 0.01), el conocimiento de la agricultura de precisión (r = 0.31, P = 0.01) y los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (r = 0.36 , P = 0,01). Los coeficientes de correlación revelaron una relación positiva entre la innovación individual y el conocimiento de la agricultura de precisión (r = 0.27, P = 0.01) y los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (r = 0.38, P = 0.01). Mientras tanto, hubo una relación positiva entre el conocimiento de la agricultura de precisión y los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (r = 0.30, P = 0.01). 3.2.1 . Evaluación del modelo de medición Uno de los criterios para la evaluación del modelo de medición es Chi-Cuadrado / Grado de libertad, que debe ser inferior a tres. Este valor es 1,15. El siguiente en evaluar el modelo es el valor p, que debe ser superior a 0,05, en la Tabla 9.se ve igual a 0.43. Calcular la bondad de ajuste, ajustar la bondad de ajuste, el índice de ajuste normalizado, el índice de ajuste no normalizado y el índice de ajuste comparativo son necesarios para el ajuste del modelo de tal manera que sus valores deben ser superiores a 0,90. Además, la raíz cuadrática residual media y el error cuadrático medio de aproximación deben ser menores que 0.05 y 0.10. Según los resultados, los índices fueron superiores a 0,9. El error cuadrático medio de aproximación para el modelo de medición y el residuo cuadrático medio de la raíz se calcularon 0,06 y 0,02 respectivamente. De hecho, estas variables presentan un modelo adecuado para definir la actitud hacia los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión. Cuadro 9 . Evaluación del modelo de medidas de ajuste general. Medida de bondad de ajuste Criterio recomendado Resultados obtenidos en esta investigación Chi-cuadrado / grado de libertad (X 2 / gl) ≤3 1,15 valor p ≥0.05 0.43 Índice de ajuste normalizado (NFI) ≥0,90 0,91 Índice de ajuste no normalizado (NNFI) ≥0,90 0,99 Índice de ajuste comparativo (CFI) ≥0,90 1,00 Índice de bondad de ajuste (GFI) ≥0,90 0,99 Ajustar el índice de bondad de ajuste (AGFI) ≥0,90 0,97 Residual cuadrático medio (RMSR) ≤0.05 0,02 Error cuadrático medio de aproximación (RMSEA) ≤0.1 0,06 Los resultados mostraron que ( Fig. 2 ) existe un efecto causal positivo y significativo entre la utilidad percibida y la actitud conductual (λ = 0,40, p < % 1). Los resultados de Shyu y Huang [20] , Nan et al. [15] , Chen et al. [3] confirman este hallazgo. La innovación individual es una variable externa que tiene un efecto directo sobre la actitud conductual (λ = 0.22, p < % 1). El análisis de los resultados indicó un efecto positivo de la facilidad de uso percibida sobre la actitud conductual (λ = 0,12, p < % 5). Este hallazgo es consistente con los resultados de Nan et al. [15] y Chen et al. [3]. Estas variables explicaron el 24% de los cambios de actitud de comportamiento (SMC = 0,24). Los hallazgos demuestran que la actitud conductual tiene el efecto más directo sobre los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión y la relación causal de esta variable fue 0,64 (β = 0,64, p < % 1). Después de la actitud conductual, la utilidad percibida tiene el efecto más significativo sobre los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (λ = 0.33, p < % 1). Según los resultados, la dificultad de transición percibida tiene un efecto negativo directo sobre los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (λ = 0,17, p < % 5). A partir de los resultados, la facilidad de uso percibida y las variables de innovación individual tuvieron efectos indirectos sobre los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión. Estas variables anticipan el 39% de los cambios de impactos de las tecnologías agrícolas de precisión (SMC = 0.39). Descargar: Descargar imagen de alta resolución (270KB)Descargar: Descargar imagen a tamaño completo Figura 2 . Modelado de ecuaciones estructurales y coeficientes de trayectoria entre variables. 4 . Conclusión y Recomendaciones Hoy en día, las tecnologías útiles junto con la estrategia de conservación del medio ambiente, así como los puntos de vista cambian de estrategias correctivas a estrategias preventivas en el uso de tales tecnologías, están en el centro de atención. Se hacen esfuerzos para enfatizar la aplicación de las ciencias modernas en la agricultura que se relacionan con el impulso de la producción y la productividad y la conservación del medio ambiente. La tecnología de la información en la agricultura llamada tecnologías agrícolas de precisión se considera una de las tecnologías modernas. Este tipo de sistema agrícola es un manejo de precisión agrícola basado en datos y conocimientos de insumos y considera el uso de insumos en términos de las necesidades de las granjas y el manejo específico del sitio. La agricultura de precisión se refiere a un enfoque sistemático para rehacer todo el sistema de agricultura para desarrollar una agricultura sostenible, de bajos insumos y de alto rendimiento. Los métodos de agricultura de precisión pueden mejorar la sostenibilidad económica y ambiental de la producción. Según los resultados de este trabajo, la aplicación de sistemas de agricultura de precisión se considera como un medio para lograr una agricultura sostenible, un paso hacia el cual es inevitable para todos los países, especialmente los desarrollados, como resultado de los problemas ambientales y la provisión de seguridad alimentaria para la creciente población. Porque otros sistemas agrícolas como el tradicional y el orgánico pueden no brindar seguridad alimentaria a la población en crecimiento. Los expertos agrícolas de Jihad-e-Keshavarzi son uno de los factores que introducen este tipo de tecnologías a los agricultores y la actitud positiva de los expertos hacia los impactos de las tecnologías agrícolas de precisión juega un papel importante en la aceleración de su difusión. Los expertos de la provincia de Boushehr encontraron la conservación de aguas subterráneas y superficiales, el manejo de malezas, la conservación de recursos energéticos y el manejo de plagas como los impactos ambientales más importantes de las tecnologías agrícolas de precisión. El impacto social más significativo de este sistema agrícola se refiere al desarrollo de las áreas rurales. Los impactos técnicos más importantes de las tecnologías agrícolas de precisión son el aumento de la productividad, el aumento de la calidad de los productos y la mejora de las condiciones agrícolas. Los expertos definieron los impactos económicos más importantes de estas tecnologías como el aumento de los ingresos, la mejora y la prosperidad del estado agrícola. Las actitudes de los expertos indican su visión positiva hacia este tipo de impactos. Por lo tanto, los planificadores gubernamentales en agricultura deben tener en cuenta la implementación de la agricultura de precisión en los planes de desarrollo agrícola. Además, deben tratar de considerar servicios de apoyo para tener acceso a tecnologías agrícolas de precisión, activando la extensión y capacitación, La actitud de comportamiento tiene el mayor efecto sobre la actitud hacia los impactos. Si bien el conocimiento y la conciencia se consideran una introducción para crear una actitud, los resultados de este estudio mostraron que el conocimiento de la agricultura de precisión no tuvo ningún efecto sobre la actitud del comportamiento. Una de sus razones puede deberse al desconocimiento de esta tecnología, por lo que es necesario incrementar el conocimiento y la información de los expertos en este campo. Por lo tanto, podrán aplicarlo en las granjas después de obtener la información requerida y alentar a los agricultores a adoptar tales tecnologías al proporcionar las condiciones e instalaciones necesarias. Se sugiere crear grupos de aprendizaje y proporcionar condiciones para la discusión grupal para facilitar el aprendizaje de la agricultura de precisión. La falta de investigaciones en este campo en Irán es otra razón de la falta de conocimiento de los expertos. Los investigadores deben aplicar los conocimientos teóricos de la agricultura de precisión en el país de Irán. También es esencial aprobar los créditos necesarios para la investigación y alentar a los investigadores a planificar y aplicar los planes pertinentes en agricultura de precisión. La utilidad percibida se considera la variable más significativa que afecta la actitud conductual y el segundo factor que influye en la actitud de las tecnologías de agricultura de precisión. Por lo tanto, la educación debería centrarse en justificar la utilidad percibida de esas tecnologías a los expertos, de modo que la enseñanza de la agricultura de precisión en las universidades debería considerarse más. Se sugiere planificar cursos de capacitación en servicio para expertos, formar una red de expertos, profesores y técnicos, desarrollar y realizar programas de pasantías para expertos. Por último, los funcionarios y los responsables políticos pertinentes pueden establecer una planificación estratégica basada en los resultados de este estudio para difundir este tipo de tecnologías.

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Agricultura de precisión y sostenibilidad

En este momento en que el movimiento de personas, bienes y servicios se encuentra restringido, la extensión digital es más importante que nunca, aun para los agricultores, quienes han visto interrumpidas sus actividades comerciales normales. La tecnología digital ha demostrado una vez más asegurar una línea de continuidad durante esta crisis, está comprobado que los agricultores se encuentran recurriendo cada vez más a los servicios de video y fotometría para consultar sobre sus cultivos.

Para ahondar un poco más sobre el tema de la agricultura de precisión la cual realmente no es nueva, pues data de los años 80’s, es una estrategia de gestión agrícola que reúne, procesa y analiza datos temporales, espaciales e individuales para combinarlos con información que respalda las decisiones a tomar en cada cultivo, específicamente de acuerdo con la variabilidad estimada para mejorar la eficiencia del uso de los recursos, la productividad, la calidad, la sanidad, la rentabilidad y la sostenibilidad de la producción agrícola, según lo define la revista internacional de investigación, Springer.
Aunque fue recibido con escepticismo al principio, la agricultura de precisión está ganando cada vez más relevancia entre los agricultores y legisladores. Incluso los auditores de la Unión Europea avalan el alto valor de la información proporcionada por las herramientas digitales en la agricultura. Para darles una idea o ejemplo, existen productores alrededor del mundo que están tratando de maximizar las ganancias gastando dinero solo en áreas que requieren fertilizantes, identificando por fotos tomadas con drones o red guiada por GPS, el muestreo de cada zona del cultivo. El fertilizante que antes se habría extendido en áreas que no lo necesitan, se puede colocar en áreas específicamente que lo requieren, optimizando así su uso. El ahorro en agua y fertilizantes de estas tecnologías puede ser desde un 30 a un 50 %, según Craige Mackenzie, uno de los agricultores con mayor conocimiento tecnológico de Nueva Zelanda.
A continuación nombraré tres ejemplos de empresas que se encuentran posicionadas en la industria:
A nivel privado en Canadá existe la empresa Agrilyze quienes proveen desde el 2002 una solución de tecnología geoespacial, entre sus herramientas ofrecen la optimización del sector agrícola moderno, combatiendo así el problema de la imprevisibilidad, esta empresa inclusive promueve tecnología avanzada de reconocimiento de imágenes para identificar el tipo de especie invasora que afecta el cultivo. En Costa Rica, Indigo Drones ya lleva 5 años ofreciendo análisis de fotogrametría RGB y mapeo a productores agrícolas centroamericanos.
Agrilyze is a leading-edge, cloud-hosted, data-driven analytics platform for the Fraser Valley agriculture industry. Combining leading-edge technologies such…
DESCARGUE PDF PAD RESPUESTA AL COVID19
La Organización para el Desarrollo de la Agricultura de Precisión, PAD, por sus siglas en inglés, es una fundación sin fines de lucro que viene funcionando desde el año 2016 con equipos de técnicos que operan desde India, Kenya, Etiopia y Pakistán, dando asesoría global a más de 3.5 millones de agricultores y enfocada en la mejora de prácticas de agricultura sostenible para pequeños productores agrícolas en países en vías de desarrollo. Afirman que la falta de datos sistemáticos y confiables sobre las necesidades de estos productores, actúa como una limitación importante para los responsables de las políticas a la hora de organizar una respuesta efectiva y específica a la crisis que ha llegado en la producción de alimentos de origen vegetal en estos países tras la pandemia.
Para abordar este déficit de información, PAD está realizando una encuesta telefónica en varios países para comprender cómo la pandemia está afectando el comportamiento de la producción agrícola y la seguridad alimentaria. Además, recopilan datos de los agro-distribuidores en un subconjunto de países para monitorear el impacto del brote de COVID-19 en las cadenas de suministro agrícolas. Los datos y hallazgos se publicarán en su sitio web que se adjunta al final de este artículo.
Para concluir, se estima que el mercado de la oferta de software y agricultura inteligente, como también se le llama, aumente su tasa compuesta de un crecimiento anual de 9.8% desde el 2020 hasta el 2025, según la revista Business Wire. Esto debido a los importantes ahorros de costos asociados con una plataforma de software basada en la nube, como han comprobado agricultores, productores y ganaderos en Europa, Asia y Sudamérica, quienes han adoptado desde hace varios años un software de análisis predictivo, basado en inteligencia artificial para gestionar la seguridad de los datos, el control de la sanidad de los cultivos, el mapeo del trabajo agrícola y la gestión del inventario.

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Agricultura de precisión y sostenibilidad

Datos y métricas que abonan la agricultura de precisión

Su experiencia en el mundo de la agricultura y de la gestión de la industria ha llevado a cuatro ingenieros a crear D4SmartFarming, una startup madrileña que ayuda a los agricultores en la toma de decisiones precisas. Hace poco más de medio año que se dieron de alta como sociedad con el objetivo de «contribuir a un futuro más sostenible y a ayudar a los «stakeholders» del campo», explica José Manuel Fernández, socio fundador de la empresa. Este equipo de profesionales (agrónomos, técnicos e informáticos) apasionado por la agricultura inteligente y de precisión ha diseñado una plataforma web que permite identificar cualquier parcela y facilitar información acerca de la humedad y del crecimiento del cultivo. «Somos procesadores de datos y damos métricas», puntualiza Fernández, quien se ocupa de la parte técnica del proyecto.

Esta información la obtienen mediante imágenes hipertemporales ofrecidas vía satélite. «Utilizamos unos satélites que mandan sondas de luz y en función de la reflectancia con las plantas somos capaces de identificar su crecimiento. Lo mismo ocurre con la humedad», añade. Con una mínima aportación y sin necesidad de gastos en tecnología o desplazamientos, facilitan cultivos más productivos y con menos emisiones.

Empezaron enfocados en el mundo de la agricultura pero se han dado cuenta que la aplicación puede tener otros usos. «En la banca, para la tasación de las parcelas, en el mundo inmobiliario, para saber cuáles son las parcelas óptimas, y para los seguros que contrate el agricultor», afirma el socio fundador. En sus primeros ocho meses han facturado 60.000 euros y el objetivo para el próximo año es alcanzar los 350.000 euros. «Queremos incrementar el número de áreas, expandirnos y llegar a otros países», matiza. Sus usuarios pagan una cantidad por hectárea al año en función del valor del cultivo.

D4SmartFarming también puede aplicarse para la banca o el mundo inmobiliario
En un principio la startup empezó a operar en Extremadura, con el cultivo del tomate. Pero ya están trabajando en Toledo con maíz y cebada y su primera experiencia internacional ha sido en California. «Nos interesa mucho el mercado norteamericano porque las empresas gestionan muchas hectáreas», indica Fernández. Recientemente la startup madrileña ha sido reconocida en ese país entre más de mil empresas emergentes en unos premios convocados por el European American Enterprise Council. Este galardón en la categoría de AgroFood les brindará apoyo para entrar en este mercado.Además, tienen previsto dar el salto a otros países, entre ellos Italia y Turquía.

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Agricultura de precisión y sostenibilidad

Demostración del uso innovador de tecnologías de agricultura de precisión para optimizar la utilización de nutrientes del estiércol y reducir las preocupaciones ambientales

Precision Agriculture Technologies llegó para quedarse a medida que más cosechadoras, aplicadores y tractores están equipados con receptores GPS, sistemas de dirección y sistemas de registro de datos. Estas tecnologías ofrecen a los productores e investigadores un conjunto completamente nuevo de herramientas para realizar su trabajo. En este proyecto de investigación, hemos estado utilizando la tecnología para mejorar la gestión del estiércol y demostrar cómo utilizar la tecnología para implementar la investigación en la granja.

Hay una curva de aprendizaje pronunciada para esta tecnología, pero parece que podemos usar la tecnología para administrar de manera efectiva los nutrientes del estiércol con mayor precisión en las granjas porcinas y lecheras. Esto minimizará la aplicación excesiva o insuficiente de nutrientes y permitirá a los productores medir y registrar con precisión la aplicación de nutrientes. Después de registrar esta información, podemos desarrollar prescripciones de aplicación más precisas para mejorar la eficiencia del estiércol y otros nutrientes que se están aplicando. Esto también proporcionará un registro permanente de la aplicación de nutrientes que puede ser útil en situaciones en las que se cuestiona la responsabilidad por las acciones del productor. Los productores que han asistido a nuestros programas educativos se han mostrado muy interesados ​​en esta tecnología y están interesados ​​en implementarla en sus fincas.

También estamos estudiando si la colocación de estiércol en relación con la hilera de cultivo tiene un efecto significativo sobre el rendimiento y / o la utilización del estiércol. Los resultados del primer año no muestran una clara ventaja al inyectar estiércol de lechería o porcino debajo de la hilera en comparación con la inyección entre las hileras. Sin embargo, esparcir estiércol de cerdo en lugar de inyectarlo redujo significativamente los rendimientos, por lo que es importante inyectar estiércol de cerdo y / o trabajarlo en el suelo. Es probable que esto se deba a la pérdida de nitrógeno volátil en el estiércol porcino y, por lo tanto, a la escasez de nitrógeno para el cultivo. En nuestro segundo año de datos, vimos algún beneficio al colocar estiércol debajo de las hileras de maíz en lugar de colocar el estiércol entre las hileras. Esto puede deberse a que fue más fácil para las plantas de maíz acceder a los nutrientes cuando se colocaron más cerca de la hilera, durante los períodos de clima seco.

El equipo de agricultura de precisión definitivamente hace que la investigación en la granja sea más fácil de realizar y registrar las operaciones de campo. El trazado de parcelas y la reproducción de parcelas es mucho más fácil de lograr con la ayuda de sistemas de dirección. La recopilación y medición de datos también se mejora con la capacidad de medir y registrar información con monitores en tractores y cosechadoras. La adopción de estas tecnologías en granjas porcinas y lecheras permitirá a los productores refinar su manejo a través de una mejor medición y registro de la información. Esta gestión mejorada también debería dar como resultado y mejorar la rentabilidad de la granja.

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Drones agricolas pueden ayudar a disminuir la escorrentia beneficios de la agricultura de precisión

Drones para ayudar a agricultores con el control de malezas

El último lugar donde se podría esperar encontrar drones y vehículos de exploración sería haciendo observaciones y controles en un campo de maíz, sin embargo, pronto, estos podrían unirse a los tractores y arados en la lista de herramientas agrícolas obligatorias de un agricultor, gracias a su potencial para reducir el uso de pesticidas y aumentar la cantidad de cosechas que se pueden cultivar.

Es parte de una tendencia hacia la llamada agricultura de precisión, en la que los agricultores utilizan equipos para controlar sus cultivos y responder a problemas cuando y donde estos se produzcan, en lugar de aplicar soluciones generales a un campo entero.

El Problema
Los peligros del uso excesivo de pesticidas en el medio ambiente pueden remontarse al libro de 1962 ‘Silent Spring’ (Primavera Silenciosa) de Rachel Carson, al que le ha sido atribuido el mérito de iniciar el movimiento moderno de conservación.
La UE aplica, actualmente, restricciones a ciertos pesticidas que contienen neonicotinoides, que se han relacionado con la desaparición de poblaciones de abejas melíferas en toda Europa.
En 2014, un estudio de la UE destacó los beneficios de la agricultura de precisión. El uso de este método puede reducir la escorrentía de pesticidas y fertilizantes, que pueden dañar significativamente el medio ambiente local.

El Dr. José M. Peña del Instituto de Agricultura Sostenible de Córdoba, España, dirigió el proyecto TOAS financiado por la Unión Europea, en el que drones sobrevolaban los cultivos para crear mapas de zonas de infestación con malezas para los agricultores de modo que pudieran identificar qué áreas tratar.

‘En Europa, el 60 % de los pesticidas que aplicamos son herbicidas para controlar las malezas’, dijo el Dr. Peña. ‘(Con) la tecnología aplicada al cultivo, podemos reducir drásticamente el uso de estos productos químicos y eso es un beneficio para el medio ambiente y para el agricultor’.

El Dr. Peña y su equipo utilizaron drones y tecnología de análisis de imágenes, que detecta ligeras diferencias en el color del campo a fin de descubrir la vegetación y las malezas que compiten con los cultivos. Sin embargo, las malezas y los brotes de cultivos pueden parecer similares a principios de temporada, cuando los cultivos se hallan en su momento más vulnerable.

La solución implicó examinar los patrones de cultivo junto con las imágenes. ‘Nosotros sabemos que los cultivos siguen un patrón, y a la vegetación que se sale de este patrón se la clasifica como maleza’, dijo el Dr. Peña.

‘Así, de este modo, podemos integrar la información espectral (y) también la posición y la forma de las plantas en el software para detectar aquellas que son malezas’.

Luego, los agricultores pueden aplicar herbicidas a áreas específicas, monitorear la evolución de sus cultivos a través del tiempo, y crear un mapa en 3D fotorrealista de su campo tomando fotografías aéreas desde múltiples ángulos.
Investigadores programaron drones para identificar malezas que se salen de los patrones normales de cultivos. Imagen cortesía de TOAS

Maíz, aceitunas

Después de analizar en primer lugar los campos de maíz y los olivares, el equipo determinó, posteriormente, que la tecnología funcionó para otros cultivos como el del girasol, la almendra y la uva.

‘Esto demuestra que la tecnología y el proyecto pueden ir más allá de la idea original’, dijo el Dr. Peña. ‘Asimismo, obtuvimos una precisión muy alta – podemos detectar más del 95 % de las malezas en los campos. Una cosa importante es que podemos detectar las partes del campo de cultivo que están libres de infestación. Este lugar es la zona donde el agricultor no necesita aplicar herbicida’.

No obstante, detectar las malezas es sólo la mitad de la tarea, e investigadores en otros lugares están desarrollando vehículos terrestres no tripulados, o vehículos de exploración, que pueden completar la labor eliminando las malezas.

“Nosotros podemos reducir de manera radical el uso de estos productos químicos, y eso es un beneficio para el medio ambiente y para el agricultor”, señaló el Dr. José M. Peña, del Instituto de Agricultura Sostenible, España.

‘Lo que estamos haciendo es demostrar que, realmente se puede realizar de forma totalmente automática’, dijo el Prof. Roland Siegwart de ETH Zurich, Suiza, quien dirige un proyecto de robótica llamado FLOURISH, financiado por la Unión Europea, para desarrollar el prototipo de un sistema integrado de drones y vehículos de exploración.

Escaneando diferentes características de los cultivos, tales como la altura y la cubierta de copas, el dron puede comunicar al vehículo de exploración no tripulado en el terreno las áreas que necesitan atención. El vehículo de exploración, entonces, elimina las malezas, aplica pesticida a un área específica, o le señala al agricultor las áreas que pueden necesitar fertilizante extra.

El Prof. Siegwart dice que esto podría conducir a un uso mucho más eficaz de los pesticidas.

‘Yo podría hacer la estimación de que probablemente sea una fracción muy pequeña del porcentaje de todos los productos químicos que son rociados en el campo la que realmente tiene un impacto’, dijo él. ‘Si tenemos más información, en realidad, se puede, con suerte, alcanzar una eficacia mucho más alta. Con, probablemente, 100 veces menos sustancias químicas aplicadas al campo, se puede tener exactamente el mismo efecto’.

Un aumento en la investigación de la tecnología agrícola puede también tener el beneficio añadido de eliminar el estigma sobre la tecnología con drones en sí ya que ayuda a resolver problemas como el modo de producir suficiente alimento para una población en crecimiento.

‘Por lo general, decimos que alrededor del 20 al 30% de la cosecha total de alimentos del campo ya está perdida, debido a que hay algunos problemas en el campo. Si se puede reducir esto, realmente se puede ayudar a alimentar a la sociedad de todo el mundo’.

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Agricultura de precisión y sostenibilidad

Un sistema de monitoreo de información de bajo costo para aplicaciones de agricultura inteligente

Se propone una solución de bajo costo, bajo consumo de energía y baja velocidad de datos para cumplir con los requisitos de monitoreo de información para granjas agrícolas reales a gran escala. Una finca a pequeña escala se puede administrar fácilmente. Por el contrario, una granja grande requerirá equipos de automatización que contribuyan a la producción de cultivos. La medición de las propiedades del suelo basada en sensores juega un papel integral en el diseño de una granja agrícola totalmente automatizada y también proporciona resultados más satisfactorios que cualquier método manual. Las soluciones de monitoreo de información existentes son ineficientes en términos de mayor costo de implementación y rango de comunicación limitado para adaptar la necesidad de las granjas agrícolas a gran escala. Se propone un módulo de comunicación en serie de bajo consumo, largo alcance y bajo costo para enfrentar los desafíos de monitorear la información a largas distancias. En el sistema propuesto, Se implementa un mecanismo de comunicación basado en árboles para ampliar el rango de comunicación agregando nodos intermedios. Cada nodo sensor consta de un panel solar, una celda recargable, un microcontrolador, un sensor de humedad y una unidad de comunicación. Cada nodo puede funcionar como nodo sensor y nodo de enrutador para el tráfico de red. Los registros de datos minimizados desde el nodo central se envían diariamente a la nube para fines analíticos futuros. Después de realizar un experimento detallado a la vista, la distancia de comunicación midió 250 m entre dos puntos y aumentó a 750 m al agregar dos nodos intermedios. La corriente de trabajo mínima de cada nodo fue de 2 mA y la tasa de pérdida de paquetes fue de aproximadamente 2 a 5% en diferentes tamaños de paquetes de toda la red.

Palabras clave: monitoreo de información, sensor, agricultura inteligente, red de sensores inalámbricos
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1. Introducción
La agricultura inteligente representa la aplicación de tecnologías modernas de información y comunicación a la agricultura. Potencialmente, puede generar una producción agrícola productiva y sostenible basada en un enfoque preciso y eficiente en el uso de recursos. Los sensores en las granjas agrícolas permiten a los agricultores obtener datos detallados en tiempo real como variables, como la temperatura del suelo y ambiente, el agua de riego y la conductividad del suelo, y el suelo o el pH del agua de riego. Con el uso de tecnologías de comunicación, estos datos se pueden transmitir a pasarelas para desencadenar las acciones necesarias basadas en las propiedades del suelo y los registros de datos, que se pueden enviar a la nube para análisis futuros [ 1 , 2 ].

Para acceder a datos de campo con un cableado mínimo, fácil instalación y bajo esfuerzo de mantenimiento, diferentes aplicaciones que utilizan las características de detección distribuida de las redes de sensores inalámbricos (WSN), incluido el monitoreo del agua [ 3 , 4 , 5 ], bosque [ 6 , 7 ], industrial [ 8 , 9 ], agricultura [ 10 , 11 , 12 ], medioambiental [ 13 , 14 ] y ciudad inteligente y marco comunitario [ 15 , 16] Haber emergido. Estas tecnologías son plataformas adecuadas para implementar sistemas inalámbricos en la agricultura debido a las propiedades orientadas a la aplicación de las WSN. Una WSN es una colección de nodos que funcionan de forma cooperativa. Cada nodo incluye un microcontrolador, una fuente de alimentación y una unidad de comunicación, y puede alojar varios sensores. Los datos del sensor se transfieren a una puerta de enlace utilizando la unidad de comunicación a través de uno o varios saltos.

Las WSN están emergiendo como una gran ayuda para mejorar la calidad agrícola, la productividad y la optimización de recursos. En la actualidad, la investigación sustancial [ 17 , 18 , 19 , 20] se ha centrado en el desarrollo de sistemas WSN eficientes que proporcionarán una supervisión y una automatización detalladas de los procesos agrícolas. Los valores medidos de los nodos de sensores de suelo deben transferirse de manera confiable a una puerta de enlace a través de un medio de comunicación. Los WSN pueden recopilar datos de los nodos de sensores de campo con bajo costo, cableado mínimo, fácil instalación y mejor mantenimiento. Una red basada en WSN comprende nodos finales para obtener la medición de datos de campo (por ejemplo, temperatura y humedad), un módulo de comunicación para la transmisión de datos (por ejemplo, ZigBee) y un controlador central para administrar los datos de los sensores, activar los actuadores y almacenar datos [ 21 , 22 ].

Actualmente, las tecnologías de comunicación ZigBee, Bluetooth, Cellular y otras más utilizadas tienen sus pros y sus contras [ 23 , 24 ]. En un sistema, los parámetros ambientales de campo recopilados, por ejemplo, la humedad, la temperatura se utilizan para enviar a través del módulo ZigBee hacia el nodo receptor y un módulo GPRS se integra en el nodo receptor para la comunicación a larga distancia con el servidor que realizó el monitoreo de información centralizado, visualización de datos, almacenamiento de datos. y realiza análisis de datos en el invernadero [ 25 ]. En un sistema de detección de información de tráfico, Bluetooth se utiliza para transmitir los parámetros del vehículo, por ejemplo, posición y velocidad, etc. [ 26]. Se propone un sistema de supervisión de sensores basado en GPRS para garantizar la transmisión precisa de datos a larga distancia en un entorno distribuido [ 27 ]. Sin embargo, ZigBee y Bluetooth son tecnologías de radio de corto alcance y no son adecuadas para escenarios de transmisión de largo alcance. 2G, 3G, 4G y otras soluciones basadas en la comunicación celular pueden proporcionar una cobertura más amplia, pero consumen demasiada energía y aumentan los costes operativos [ 24 ].

Los objetivos centrales de la construcción del sistema de destino son la cobertura de distancia, la rentabilidad y la fiabilidad de la comunicación. En este trabajo, se utiliza un módulo de comunicación de bajo costo llamado HC12 para la transmisión de datos a larga distancia en la finca agrícola. El HC12 tiene un rango de comunicación de 200 a 1000 m en un escenario punto a punto. Sin embargo, en comparación con el sistema propuesto, la comunicación celular y las soluciones basadas en LPWAN [ 24 , 28] proporcionan un mejor alcance de comunicación a varios kilómetros a la vista. Sin embargo, existe una compensación entre la cobertura de la distancia y la ubicación de los nodos en cada zona. Por ejemplo, si la distancia de ubicación de los nodos aumenta en kilómetros en aras de un rango de comunicación más alto, es posible que un agricultor no pueda medir las zonas intermedias. Por el contrario, si la distancia de ubicación de los nodos disminuye, no es necesario implementar un sistema costoso. En nuestra aplicación, la cobertura de zona y la cobertura de distancia son igualmente importantes. Para tener en cuenta los requisitos de la aplicación, HC12 se ha considerado la solución más adecuada. Se ha diseñado un mecanismo de red para extender la comunicación agregando nodos intermedios. A nuestro leal saber y entender, el trabajo propuesto puede ajustarse mejor a los requisitos de la aplicación.

El resto de este documento está organizado de la siguiente manera: Las tecnologías de IoT existentes en el monitoreo de información se analizan en la Sección 2 . El componente clave y la tecnología propuesta se presentan en la Sección 3 . La metodología detallada del sistema propuesto se analiza en la Sección 4 . En la Sección 5 se presenta y comenta un conjunto de experimentos en tiempo real . Finalmente, las conclusiones, la limitación y el trabajo futuro se resumen en la Sección 6 .

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2. Revisión de la literatura
El papel de las WSN en la agricultura se ha vuelto prominente como parte de la iniciativa de agricultura de precisión (AP), y estas redes ayudan a constituir AP [ 1 , 17 ]. La adaptación de sistemas WSN en agricultura ha sido ampliamente explorada en la última década [ 22 , 29 ] desde diferentes perspectivas, por ejemplo, diseño de plataforma inalámbrica para un mejor rendimiento, estrategia de implementación óptima de nodos de sensores y sistemas de gestión de riego automatizados para ahorrar agua. En [ 30 ], los parámetros de la capa MAC IEEE 802.15.4 se ajustan correctamente para seguir la frecuencia de muestreo de los nodos de sensores de acuerdo con los requisitos de la agricultura de precisión. Se propone un patrón de despliegue de nodos de sensores de calidad para la agricultura de precisión [ 31]. El método utiliza varias métricas para cuantificar los patrones de implementación de sensores para proporcionar conectividad cualitativa en la granja. Desde la perspectiva de los costos, el problema del despliegue óptimo se logra manteniendo el nivel deseado de cobertura y conectividad con un número mínimo de nodos [ 32 ]. Además, la gestión del sistema de riego se analiza ampliamente para ahorrar agua [ 22 , 33 , 34 ]. Por ejemplo, el valor en tiempo real de las zonas de raíces de la planta se mide de manera distribuida y se usa un valor umbral en la puerta de enlace para lograr el ahorro de agua [ 21]. Recientemente, un sistema de apoyo a la toma de decisiones (DSS) integrado en la puerta de enlace de la red superó los métodos de última generación basados ​​en el umbral de parámetros [ 22 ].

De hecho, la mayor parte del esfuerzo se ha realizado en el diseño y las estrategias de implementación para WSN con la realización de la capacidad de detección y una mejor gestión en la agricultura de precisión. Considerando que, la transmisión confiable de datos en tiempo real adquirida por sensores en red a larga distancia ha sido menos investigada. Aunque, muchos investigadores han centrado la atención en el estudio y diseño de la transmisión de datos en el entorno WSN, los inconvenientes comunes son su cobertura de distancia limitada o su mayor costo de implementación. Por ejemplo, ZigBee siempre se ha considerado una solución óptima debido a su bajo consumo de energía y fuerte movilidad [ 35 , 36 , 37]; sin embargo, su alcance de transmisión de datos está limitado a 100 m entre dos puntos. El recuento de dispositivos ZigBee aumenta cuando se requiere cubrir más de 100 m; por lo tanto, el costo de implementación y la sobrecarga de la red también aumentarán. Para garantizar la cobertura de larga distancia, se utiliza una solución basada en GSM en la que cada nodo contiene un módulo GSM y envía directamente los datos de sus sensores a la nube, cambiando así la topología de la red de centralizada a distribuida [ 38 ]. Aunque se elimina la tensión de cobertura, el costo de implementación y la complejidad de la instalación son extremadamente altos. Recientemente, se ha propuesto una solución de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) basada en LoRa para resolver el problema de monitoreo de información en un área extensa [ 28]. Un módulo de comunicación LoRa proporciona una transmisión de datos confiable a una distancia de más de 1 km en un entorno relativamente complejo; sin embargo, el principal inconveniente de la solución LPWAN es que requiere una suscripción anual de un solo proveedor (Semtech) [ 39 ] y una puerta de enlace dedicada llamada NB-IoT / LoRaWAN [ 24 ], que puede resultar costosa.

Uno de los desafíos actuales es diseñar un sistema rentable para la transmisión de datos de campo a larga distancia, que es más deseable en esta aplicación, que rara vez se explora. Por lo tanto, el estudio actual propone e implementa una red de sensores inalámbricos de bajo costo, que se puede utilizar como modelo de referencia para la recolección de datos de sensores de campo en un área amplia. Sin embargo, algunos sistemas de monitoreo de información basados ​​en WSN ya están disponibles [ 22 , 28 , 34 , 38 ], pero el inconveniente común de estos sistemas es el costo de implementación extremadamente alto cuando aumenta el número de dispositivos.

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3. Granja de modelos basada en IoT
Nuestra solución propuesta es específica de la aplicación y consta de sensores de humedad, microcontroladores, módulos de comunicación por radiofrecuencia, paneles solares, una puerta de enlace basada en Linux, un módulo de conectividad a Internet y almacenamiento en la nube. El diagrama del diseño del sistema propuesto se muestra enFigura 1. La solución está diseñada con el objetivo final de garantizar una cobertura de alta distancia con un costo de implementación mínimo.

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Figura 1
Diagrama de bloques de una granja agrícola basada en IoT.

3.1. Descripción general de HC12
HC12 [ 40 ] es un módulo de transmisión inalámbrica semidúplex de nueva generación, que tiene un rango de frecuencia de 433,4 a 473,0 MHz. El módulo tiene varios canales integrados y puede utilizar 100 canales con un paso de 400 KHz. La potencia de transmisión máxima del módulo es de 100 mW (20 dBm), la sensibilidad de recepción es de −112 dBm a una velocidad de 9600 baudios en el aire y la distancia de comunicación es de 200 a 1000 m en espacio abierto. El rango de comunicación más lejano se puede lograr cuando un módulo se configura a una velocidad de datos baja. Se pueden configurar tres modos de trabajo, llamados FU1, FU2 y FU3, para adaptarse a diferentes requisitos de aplicación. FU1 y FU2 son modos de ahorro de energía, mientras que FU3 es el modo de máxima potencia.

3.2. Descripción general de Orange-Pi
Orange PI es una computadora de placa única de código abierto que puede funcionar con una alimentación de 5 V. Tiene 512 MB de SDRAM y 2 MB de flash de interfaz periférica serie (SPI) incorporada y puede admitir un máximo de 32 GB de tarjeta TF. Orange PI tiene hasta 26 pines de entrada / salida (E / S) de propósito general, que se pueden usar para varios propósitos, dos ranuras USB 2.0, una SPI, una I2C, tres transmisores receptores asíncronos universales (UART) y un hardware real -reloj / calendario. El microcontrolador es adecuado para esta aplicación remota y puede ejecutar los sistemas operativos (SO) Android 4.4, Ubuntu, Debian y Raspbian.

3.3. Descripción general del módulo 2G (SIM900)
El módulo 2G es un módulo basado en GSM que puede ofrecer un rendimiento de 850/900/1800/1900 MHz para voz y datos. El módulo se comunica con la placa principal mediante comandos AT a través de una interfaz serie UART. El rango de voltaje de funcionamiento es de 4,5 a 5,5 V. En este estudio, este módulo se utiliza para recopilar datos meteorológicos de Internet y establecer una conexión con la nube mediante el protocolo GSM / GPRS. En comparación con 3G o 4G, el módulo 2G es más adecuado para aplicaciones agrícolas porque la mayoría de las granjas agrícolas están ubicadas en el campo, donde 3G o 4G aún no están establecidos. Aunque la tasa de datos es considerablemente más lenta que la última tecnología, la velocidad no es un factor importante en nuestro contexto porque la cantidad de datos recopilados es extremadamente pequeña.

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4. Diseño e implementación del sistema
Nuestro sistema incluye principalmente nodos (instalados en el campo), el nodo central (puerta de enlace) y almacenamiento en la nube, como se presenta en Figura 1. Los datos de campo se miden usando el sensor adjunto del nodo sensor y se transmiten a la puerta de enlace usando un módulo de comunicación HC12 en uno o varios saltos. El nodo central recibe datos de campo de los nodos de sensores, obtiene datos meteorológicos de Open Weather API y envía registros minimizados a la nube utilizando el módulo 2G (GSM / GPRS).

4.1. Diseño de hardware
El diseño de los nodos y la puerta de enlace se ha diseñado observando un escenario de aplicación, por ejemplo, recopilación de datos óptima, bajo consumo de energía y transmisión confiable.

4.1.1. Diseño de hardware del nodo sensor
El trabajo básico de un nodo es recibir una solicitud oportuna de la puerta de enlace a través de una unidad de comunicación, recopilar los parámetros del suelo del campo y enviar los valores resultantes a la puerta de enlace en el paquete de respuesta. Cada nodo comprende un microcontrolador, un sensor de humedad del suelo, una unidad de comunicación HC12 y una unidad de energía solar. Un diagrama de bloques de un nodo se muestra enFigura 2.

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Figura 2
Diseño de hardware del nodo sensor.

La unidad de microcontrolador (MCU) es ATmega328p (Arduino Nano 3.0). La tensión de entrada recomendada para el microcontrolador es de 7 a 12 V y la tensión de funcionamiento (nivel lógico) es de 5 V. La MCU tiene 14 E / S digitales y 8 pines de entrada analógica. Cada pin tiene una corriente continua de 40 mA. La suma de todas las corrientes que entran o salen de los pines de entrada / salida (todos los pines analógicos y digitales combinados) del microcontrolador ATMEGA328P en sí no puede exceder los 200 mA. En nuestro escenario, el nodo sensor ha utilizado 4 pines GPIO (3 digitales y 1 analógico) que está por debajo del límite máximo de ATMEGA328P. La memoria flash de la placa es de 16 KB y SRAM de 2 KB. El sensor de humedad del suelo está conectado a pines analógicos y digitales en la placa del microcontrolador. El microcontrolador controla la potencia del sensor utilizando el pin digital para mantenerlo bajo durante los tiempos de inactividad.

El hardware HC12 consta de una MCU incorporada, una interfaz de comunicación en serie TTL, una fuente de alimentación, un control de modo y una antena. La MCU incorporada se comunica con un dispositivo externo mediante el puerto serie. El HC12 se puede alimentar con un voltaje de 3,2 a 5,5 CC. La transmisión de datos tiene tres modos, a saber, FU1, FU2 y FU3, que se pueden configurar mediante comandos AT de acuerdo con los requisitos de la aplicación.

En este estudio, solo usamos el modo FU3, que tiene un consumo de energía promedio de 16 mA (en estado inactivo) y el consumo de corriente máximo se mide entre 50 y 55 mA (en estado de transmisión). Dos módulos emparejados deben tener el mismo modo de transmisión, velocidad de transmisión serial y canal de comunicación inalámbrica. Además, el módulo es semidúplex y los datos no se pueden enviar y recibir simultáneamente entre dos módulos.

La unidad de potencia consta de un panel solar de 10 W, una placa de protección de batería y una celda de almacenamiento de 3,7. La placa de protección se utiliza para regular la salida de voltaje de un panel solar y para evitar que la celda de carga se sobrecargue. El voltaje de salida de 4 V va directamente al microcontrolador, sensor de suelo y unidad de comunicación. La celda de almacenamiento se carga durante el día, lo que mantiene vivo el nodo del sensor en un clima parcialmente nublado, incluso de noche. La vida operativa del nodo se estimó midiendo el consumo de corriente real. Para el experimento de medición actual, programamos el nodo del sensor para medir continuamente el estado de la humedad del suelo y transmitir los valores resultantes a la puerta de enlace, de forma continua. Mientras se ejecuta el dispositivo en modo de funcionamiento completo, el consumo de corriente medido del nodo sensor fue de 80 a 85 mA. El consumo de corriente del módulo individual, por ejemplo, el microcontrolador, el sensor y el transceptor, se midió como 20 mA, 5 mA y 55 mA, respectivamente. Para la medición de la vida útil, el nodo del sensor se encendió mediante una celda de 3,7 V completamente cargada con una capacidad de 1800 mAh. Como el consumo de corriente del dispositivo fue de 80 a 85 mA, la batería duró casi 20 h en el experimento. El diagrama físico del nodo sensor se muestra enfigura 3.

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figura 3
Diagrama físico del nodo sensor.

4.1.2. Diseño de hardware de Gateway
La puerta de enlace se dedica a recopilar datos de campo de todos los nodos y datos meteorológicos de Internet y a enviar registros de datos minimizados al almacenamiento en la nube. Un dispositivo basado en Armbian, llamado Orange Pi, se utiliza con fines operativos. El dispositivo se instala en una ubicación central en una granja donde hay electricidad disponible, eliminando así la necesidad de un panel solar y una placa de protección. El diseño de hardware del nodo primario comprende una fuente de alimentación de 5 V CC, un dispositivo Orange Pi, un módulo 2G (GSM / GPRS) y una unidad de comunicación HC12. Los módulos HC12 y GPS están conectados a la placa Orange Pi en interfaces seriales. El diagrama de bloques del nodo central se muestra enFigura 4, mientras que el diagrama físico se muestra en Figura 5.

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Figura 4
Diseño de hardware del nodo de puerta de enlace.

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Figura 5
Diagrama físico del nodo de puerta de enlace.

4.2. Diseño de software
El diseño de software del sistema propuesto incluye un mecanismo de comunicación de red basado en árbol integrado en los nodos y un programa de puerta de enlace. Una sola unidad de comunicación no puede satisfacer los requisitos de una granja a gran escala debido a su alcance limitado. Por lo tanto, la lógica completa de la red se implementa en el lado del software de los nodos y la puerta de enlace.

4.2.1. Diseño de software del nodo sensor
El diseño de software de los nodos incluye una función de configuración, un bucle principal, una función de recopilación de datos y lógica de red. La compilación y desarrollo del programa completo se realiza utilizando lenguaje C ++ con software Arduino. En la parte de configuración, establecemos pines de entrada para el sensor, una velocidad en baudios en serie y comandos relacionados con HC12, que incluyen el modo de transmisión, la velocidad en baudios y el canal de transmisión inalámbrico. Un pin SET está disponible en la unidad de comunicación, que debe establecerse a tierra en el momento de la configuración.

La configuración se puede ejecutar en cada reinicio. En el programa principal, un bucle siempre está esperando paquetes entrantes. Si un paquete entrante está destinado a ese nodo, entonces el pin del sensor se activa para recopilar datos de campo y enviar el valor resultante en el paquete de respuesta a la puerta de enlace. El diagrama de flujo completo de los nodos se muestra enFigura 6, en el que se utiliza un nodo para reenviar el paquete si la dirección de destino no coincide con su dirección. En este estudio, solo usamos el sensor de humedad, que recopila datos tres veces y luego toma el promedio para obtener resultados precisos.

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Figura 6
Diagrama de flujo del nodo sensor.

4.2.2. Diseño de software de Gateway
El diseño del software de la puerta de enlace se desarrolla en función del diseño del hardware, que incluye principalmente la configuración, la recopilación de datos y el almacenamiento de datos. La compilación y desarrollo del programa completo se realiza utilizando el lenguaje Python en la imagen del sistema operativo Raspbian. El diagrama de flujo de la puerta de enlace se muestra enFigura 7.

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Figura 7
Diagrama de flujo del nodo de puerta de enlace.

La configuración del nodo central incluye comandos AT para la unidad de comunicación y el módulo GSM y credenciales de inicio de sesión para el almacenamiento en la nube. Después de la configuración inicial, el proceso de recopilación de datos comienza a ejecutarse diariamente por la mañana para recopilar datos de campo y meteorológicos. Este proceso también utiliza un mecanismo de reintento para superar la pérdida de paquetes debido a problemas de conectividad entre los nodos. En cada solicitud de nodo, la respuesta se almacena localmente con una ID de nodo o la ID de nodo se agrega a la lista muerta después del tiempo de espera. Después de completar los datos de todos los nodos y la API de Open Weather, la puerta de enlace inicia el proceso de retransmisión para los nodos fuera de línea utilizando sus nodos vecinos. Finalmente, para ahorrar ancho de banda, la puerta de enlace inicia el proceso de minimización de datos en los datos almacenados localmente, para enviar los registros minimizados a la nube.

4.3. Red de arquitectura
El mecanismo de red está diseñado en base a una topología de árbol. El rango del módulo de comunicación es limitado; por lo tanto, la cobertura de distancia se amplía agregando nodos intermedios. Se utiliza un enfoque simple basado en capas donde cada nodo intermedio crea una capa. El recuento de capas aumenta con el recuento de nodos intermedios. El nodo de la capa inferior depende de la vida útil del nodo de la capa superior, donde la falla de un nodo puede hacer que toda la subred deje de estar disponible. Cada nodo puede albergar de uno a nueve nodos conectados directamente y puede tener muchos nodos conectados indirectamente, como se muestra enFigura 8.

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Figura 8
Arquitectura de red basada en capas.

El nodo de la puerta de enlace se encuentra en la capa superior, lo que genera la solicitud de datos, mientras que todos los nodos sensores se encuentran en las capas inferiores. Cuando el paquete se origina en la capa 0 (puerta de enlace) hacia los nodos objetivo, cada nodo comprueba si el paquete está destinado a él y luego procesa el paquete; de lo contrario, reenvía el paquete a sus nodos secundarios. Para superar el reenvío de paquetes innecesario y la sobrecarga de red, la longitud de la dirección se define en cada capa del árbol (por ejemplo, la capa 1 tiene una dirección de un solo dígito, la capa 2 tiene dos dígitos y la capa 3 tiene tres dígitos de la dirección). La longitud de la dirección de destino en cada nodo se usa para calcular en dígitos antes del reenvío de paquetes. Por ejemplo, se genera un paquete con la dirección de destino 112 y el nodo 1 reenviará el paquete a todos los nodos de su subárbol. Cuando el paquete se recibe en la segunda capa, el nodo 11 reenvía el paquete a sus nodos sensores, mientras que los otros nodos descartan el paquete inmediatamente. La lógica de red para el proceso y el movimiento de paquetes se implementa en el nodo sensor.

Las redes de sensores inalámbricas (WSN) consisten en nodos de sensores autónomos distribuidos espacialmente para monitorear de manera cooperativa ciertos eventos y fenómenos en un área interesante. En comparación con la red cableada, los nodos de la WSN son muy propensos a fallar debido a sus limitados recursos disponibles [ 41 ]. La falla también afecta a la subred si la topología subyacente está basada en árboles. Tal falla no solo causa la pérdida de cobertura del área monitoreada sino que también desarticula algunos nodos con la estación base. Por lo tanto, es crucial restaurar la conectividad de estos WSN dañados.

El problema de restauración de la conectividad se puede resolver colocando el nodo de retransmisión (RN) [ 42 , 43 ]. En nuestro sistema, cada nodo está diseñado para actuar como un nodo sensor y un nodo de retransmisión también. Con la realización de la restauración de la conectividad, clasificamos los nodos vecinos en rutas primarias y secundarias, para redirigir el tráfico en caso de falla. Todos los nodos se consideran vecinos que se colocan dentro de un radio y pueden comunicarse directamente. Cada nodo tiene cuatro vecinos en su radio: en forma de columna, que sigue la ruta primaria verticalmente y en fila, que sigue la ruta secundaria horizontalmente. En caso de cualquier falla en el nodo de la ruta principal, la puerta de enlace redirige el tráfico a la ruta secundaria como se muestra enFigura 9. El nodo se marca como muerto si no responde en el intervalo de tiempo.

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Figura 9
Diagrama de retransmisión para nodos fuera de línea.

Se desarrolla una estructura de paquete personalizado de 10 bytes, como se muestra en tabla 1. En nuestra estructura de paquetes se utilizan tres tipos de ID de paquete (S, F y R). Cuando un paquete se origina en la puerta de enlace, el ID del paquete se establece en S (paquete de estado). Los ID de paquete F y R se utilizan con fines de reenvío y respuesta, respectivamente.

tabla 1
Paquete de red personalizado.

Tipo de campo Número de bytes
ID de paquete 2 bytes
Dirección MAC 2 bytes
Dirección de la fuente 2 bytes
Dirección de destino 2 bytes
Datos N bytes
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5. Resultados y discusión
Se realiza una prueba experimental en línea de visión en una finca de uva a gran escala, que cubre cerca de 700 m de este a oeste y 500 m de norte a sur. La prueba en tiempo real tiene como objetivo medir el rango de comunicación, el tiempo de retardo de la transmisión y la tasa de éxito del paquete en la red en un tamaño de paquete diferente. Los sensores de humedad del suelo se utilizan para medir el nivel de humedad en diferentes áreas de la finca para validar los resultados porque el valor de la humedad es familiar para los agricultores.

5.1. Prueba de distancia de comunicación punto a punto
El primer paso es medir el rango de comunicación entre dos nodos conectados directamente. El nodo central (puerta de enlace) se fija en la esquina este-norte, lo que genera la solicitud de datos para los nodos sensores de manera oportuna. La tasa de respuesta en la puerta de enlace se examina generando una solicitud de datos continua y moviendo lentamente el nodo 1. La distancia óptima medida es de aproximadamente 250 m, como se muestra enFigura 10. Para medir la pérdida de paquetes, se envían 1000 paquetes de baliza desde la puerta de enlace hacia el nodo 1, lo que da como resultado una tasa de pérdida de paquetes del 1,5% entre dos nodos conectados directamente.

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Figura 10
Mapa de distancias de comunicación punto a punto.

5.2. Prueba de distancia de comunicación de esperanza múltiple
El trabajo real de la red se examina mediante una prueba de distancia de comunicación de varios saltos, en la que cada nodo puede servir como un enrutador y una unidad de recopilación de datos. Teniendo en cuenta el resultado anterior, el nodo 1 se fijó inicialmente en la posición n. ° 1 desde donde respondía de manera confiable en la prueba punto a punto. Como nodo móvil, el nodo 11 se movió lentamente, la tasa de respuesta se midió continuamente y el nodo 11 se fijó en la posición 11 a una distancia de 250 m junto al nodo 1. Además, se implementaron dos nodos más (111 y 112) junto al nodo 11 para comprobar el trabajo de varios nodos en la misma capa. Los dos últimos nodos se desplegaron en direcciones opuestas a una distancia de 250 m del nodo 11 en las posiciones # 111 y # 112, como se muestra enFigura 11.

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Figura 11
Mapa de distancias de comunicación de múltiples esperanzas.

Como se muestra en la arquitectura de la red, la puerta de enlace, el nodo 1 y el nodo 11 se encuentran en la capa 0, la primera capa y la segunda capa, respectivamente; mientras que los nodos 111 y 119 están ubicados en la tercera capa. Después de realizar el experimento en el rango de comunicación de nuestra solución propuesta, los nodos se fijan en las mismas posiciones enFigura 11, desde donde están respondiendo de manera confiable. Para concluir la prueba de cobertura de distancia, la distancia punto a punto medida es de 250 m, que aumenta a casi 750 m al agregar dos nodos intermedios.

Se realizó una prueba a largo plazo en los postes fijos en un área abierta de la finca de uva. Cada nodo estaba alimentado por un panel solar monocristalino de 10 W y tenía un sensor de humedad conectado, que medía el estado del suelo en el área. La prueba se llevó a cabo durante 5 días desde el 16 de enero de 2020 hasta el 20 de enero de 2020. El tiempo de solicitud de datos se estableció de 10:00 a.m. a 1:00 p.m. Diariamente, el nodo de puerta de enlace (Nodo 0) obtiene datos meteorológicos (por ejemplo, temperatura y humedad del aire) de OpenWeatherAPI y genera solicitudes de humedad del suelo para los nodos 1, 11, 111 y 112. También se utilizó un mecanismo de reintento en el nodo de la puerta de enlace para mantener un registro diario del estado de humedad en diferentes áreas. Durante la recolección de datos el segundo y tercer día, se vertió agua en las zonas del nodo 111 y 112, respectivamente.

Como se muestra en Figura 12, los resultados indican que el nivel de humedad aumentó considerablemente después de verter el agua. Además, la temperatura y la humedad del aire tienen una fuerte correlación con la humedad del suelo, por lo que estos parámetros se han utilizado en las pruebas. Por ejemplo, el aumento de temperatura provocará una disminución en el porcentaje de humedad.

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Figura 12
Datos históricos de humedad del suelo y clima del nodo 111 y el nodo 112.

5.3. Prueba de rendimiento de la red
El alcance máximo de comunicación de un solo salto es de 250 m de radio. Las pruebas se realizaron con dos y tres saltos, teniendo cada salto una distancia de 250 m. Un enrutador que se colocó entre saltos funcionó como un repetidor. Reconstruyó el paquete y lo reenvió al destino, regenerando así la señal de radio. Se realizó una serie de pruebas en el corredor dentro de la línea de visión, con un tamaño de paquete diferente hasta un máximo de 256 bytes a una velocidad subyacente de 9,6 kbps. Nuestro sistema admite el enrutamiento del siguiente salto para mensajes controlados en el árbol y el enrutamiento de varios a uno a la puerta de enlace.

En esta fase del experimento, se realizó una prueba en tiempo real para verificar la latencia y la tasa de pérdida de paquetes en diferentes tamaños de paquetes. La prueba se realizó durante un tiempo soleado de 10:00 am a 5:00 pm La red constaba de cuatro nodos ubicados en tres capas diferentes. Para cada nodo, se enviaron cientos de paquetes continuamente en cada tamaño de paquete. Por lo tanto, se envió un total de 400 paquetes en cada tamaño de paquete desde la puerta de enlace a los nodos. Se midieron la pérdida de paquetes y el retardo de tiempo para cada nodo de la red. La tasa de pérdida de paquetes se incrementó ligeramente con el tamaño del paquete, pero los resultados por nodo enTabla 2muestran que la tasa de pérdida no depende completamente del tamaño del paquete y que pueden estar involucrados otros factores, como problemas de energía y ubicación de la antena. En la prueba de 16 bytes, la tasa de pérdida del nodo secundario fue menor que la de su principal cuando se implementó una estructura de árbol en la que la pérdida del paquete principal debería reflejar las de sus nodos secundarios. La razón de tal hallazgo es que las solicitudes de datos secuenciales se generan desde el nodo de la puerta de enlace, y la puerta de enlace espera la respuesta del paquete generador y aumenta la ID del nodo en caso de una respuesta de paquete o un tiempo de espera. Podría decirse que el nodo 11 se activó cuando se generó un paquete para el nodo 111. La pérdida total de paquetes en la red en diferentes tamaños de paquetes se presenta enTabla 3.

Tabla 2
Pérdida de paquetes por nodo en diferentes tamaños de paquetes.

Tamaño del paquete Nodo 1 Nodo 11 Nodo 111 Nodo 112
8 bytes 2 2 4 4
16 bytes 1 4 3 5
32 bytes 1 2 4 6
64 bytes 2 3 6 4
128 bytes 1 5 6 4
256 bytes 2 3 7 9
Tabla 3
Pérdida de paquetes de red en diferentes tamaños de paquetes.

Tamaño del paquete (bytes) Número de pérdida de paquetes
8 12
dieciséis 13
32 13
64 15
128 dieciséis
256 21
El retardo de tiempo de la red también se probó en un escenario de múltiples saltos en diferentes tamaños de paquetes. Dado que nuestro mecanismo de red se basa en una estructura de árbol,Figura 13 muestra que la latencia aumenta al agregar cada nodo intermedio.

Un archivo externo que contiene una imagen, ilustración, etc. El nombre del objeto es sensores-20-02367-g013.jpg
Figura 13
Latencia de red en diferentes tamaños de paquetes.

La latencia aceptable y la pérdida de paquetes dependen de la aplicación. Cuadro 4presenta las comparaciones de latencia, rango de comunicación y pérdida de paquetes entre ZigBee [ 44 ] y nuestro módulo propuesto HC12 en un tamaño de paquete dado. La pérdida de paquetes es casi la misma, pero el rango de comunicación es considerablemente mayor en nuestro sistema, que es el aspecto más importante de nuestra aplicación. Aunque su latencia de red es notablemente superior a la de ZigBee, nuestra aplicación sigue siendo aceptable porque los nodos solo informan una pequeña cantidad de datos una vez al día. El módulo propuesto supera al enfoque existente.

Cuadro 4
Comparaciones de rendimiento de red entre HC12 y ZigBee.

Módulo Tamaño del paquete Distancia RTT Paquete perdido
ZigBee 50 bytes 85 metros 18,6 ms 1,65%
HC12 64 bytes 250 metros 271 ms 2%
5.4. Comparaciones con tecnologías existentes
Con el rápido crecimiento de IoT en diferentes aplicaciones, se prefieren los dispositivos o protocolos con dicha característica porque pueden ajustarse bien a los requisitos de la aplicación. En el contexto agrícola, la distancia de cobertura y la rentabilidad son más importantes que la velocidad de datos. La medición de las propiedades del suelo, que se realiza principalmente en ciertos intervalos, por ejemplo, diaria o semanalmente, elimina la necesidad de una red de alta velocidad. De acuerdo con los requisitos de la aplicación, el dispositivo de comunicación en serie llamado HC12 [ 41 ] es la solución más adecuada debido a su menor costo de implementación y mejor rango de comunicación. Sin embargo, tiene una tasa de datos baja con una latencia alta, lo que es menos importante en nuestra aplicación.Cuadro 5 presenta la comparación detallada del módulo propuesto con otros enfoques existentes basados ​​en varios parámetros, como el consumo de energía, el rango de comunicación, el costo de implementación y la tasa de datos.

Cuadro 5
Comparaciones detalladas del módulo propuesto con tecnologías existentes.

Parámetros GSM ZigBee LoRa HC12
Velocidad de datos 9600-115,200 b / s 20.000–250.000 b / s 300–50 000 b / s 1200-115,200 b / s
Rango – 10-100 m 5 km (URBANO), 15 km (RURAL) 200–1000 m
Topología Repartido Estrella / Malla Estrella en estrella Estrella en estrella
Potencia de transmisión (máx.) 29–39 dBm 3-4 dBm 20 dBm 20 dBm
Costo del espectro Se requiere suscripción Gratis Gratis Gratis
Costo del dispositivo final 10-13 USD 20 a 23 USD 5 a 7 dólares estadounidenses 2,5–3 USD
Costo de puerta de enlace – 20-25 USD 100-150 USD 20-25 USD
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6. Conclusiones
Este trabajo propone un enfoque de monitoreo de información para recopilar datos de campo a largas distancias, que se puede utilizar en una granja agrícola completamente automatizada. En este sistema, un mecanismo de red para el módulo HC12 está diseñado para mejorar el rango de comunicación. Un experimento en una granja real muestra que el sistema funciona mejor en la medición del suelo en un área amplia. Los casos de prueba indican que el sistema funciona de forma estable y precisa. Como se indica en los resultados, la distancia punto a punto es de 250 m, que aumenta a 750 m cuando se agregan dos nodos intermedios. El enfoque propuesto reemplaza las obras existentes en términos de menor costo de implementación y mejor rango de comunicación. El rendimiento de la red es de alguna manera mejor que los enfoques existentes, excepto por la latencia, que no es un requisito para la aplicación de destino. Se realiza una prueba a largo plazo para verificar la recopilación en tiempo real de datos de campo, lo que da como resultado actualizaciones precisas del estado del campo. Por último, el enfoque propuesto se puede utilizar como modelo de referencia para cualquier tipo de sistema de monitoreo de información de área amplia.

El retardo de tiempo de transmisión puede considerarse un factor de limitación si el sistema se implementa en aplicaciones donde la velocidad de los datos es igualmente importante. Sin embargo, la cobertura de bajo costo y la distancia son más importantes que la velocidad de los datos en el contexto agrícola.

El sistema propuesto utiliza un solo canal inalámbrico para toda la comunicación de la red. La multicanalización se puede aplicar dividiendo la red en grupos. Cada clúster utilizará dos canales diferentes: uno para la puerta de enlace y otro para sus nodos secundarios. Al implementar la multicanalización, la puerta de enlace ya no esperará la respuesta de cada nodo; por tanto, el tiempo de retardo en la puerta de enlace se puede reducir considerablemente. La limitación del fallo del nodo sensor debido a un nodo padre estático también se puede eliminar mediante el uso de un escenario de malla en el que cada nodo tendrá un trayecto múltiple hacia su nodo padre. Por último, la escalabilidad del sistema en una red grande también se puede comprobar mediante un simulador.

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Agricultura de precisión y sostenibilidad

5 consejos para el éxito de la exploración de campo

¿Su exploración de campo se siente como un nuevo truco ridículo o le proporciona datos útiles de agricultura de precisión? Siga estos 5 consejos para tener éxito en la exploración de campo y mejorar la eficiencia de recopilación de datos de su granja.

Estos consejos son para principiantes en granjas, amantes de los drones y cínicos de la agricultura de precisión.

Mire antes del brote
Ya sea que sus campos sean susceptibles a los roedores como las ratas o que siempre estén brotando de malas hierbas molestas, debe buscar señales antes de que realmente se apoderen de ellas.

Esto significa verificar al principio de la temporada de crecimiento: ¿puede ver áreas de vegetación densa que tienen más probabilidades de ser malezas que cultivos? ¿Puedes ver los inicios de surcos de plagas? En el caso de las plagas, es posible que incluso pueda ver evidencia de ellas antes de plantar cualquier cultivo, especialmente si son roedores grandes.

Mira más allá del campo
Seguro, la tierra más allá de tus campos puede que no sea tu tierra, pero ¿se preocuparán los animales y los intrusos? ¡No! El truco consiste en apuntar la cámara en un movimiento lateral para obtener una buena vista de lo que está sucediendo en la tierra vecina sin volar su dron hacia su espacio aéreo. Busque problemas potenciales: tierra que pueda deslizarse sobre la suya en una inundación o los signos habituales de plagas y especies de malezas invasoras.

Estos datos valiosos pueden ayudarlo a prepararse o informar a sus vecinos con anticipación para tratar de evitar posibles problemas.

Inspeccione sus propias acciones
¿Está usando el mismo pesticida que ha estado usando durante la última década porque ocasionalmente ha visto una determinada especie de insecto? No solo los pesticidas se han vuelto mucho más efectivos en los últimos años, sino que sus campos también habrán cambiado y lo que era un problema importante en ese entonces no lo es ahora. ¡Explore los campos para verificar si su pesticida realmente está funcionando o si simplemente no es necesario!

Hacer esto le ahorrará dinero y hará que su granja sea mucho más eficiente. Explore unos días después de la pulverización para ver el efecto.

Utilice el equipo adecuado
¿Consiguió que el empleado técnico configurara el sistema informático para administrar el dron o realmente sabe cómo usarlo? El sistema de monitoreo de cultivos por satélite adecuado junto con su trabajo con drones puede descubrir el 90% de los problemas con sus campos. Consulte los sistemas Cropio o haga su propia investigación.

La clave es no ignorar la tecnología. Es el futuro y si desea que los productos agrícolas sigan siendo competitivos, debe estar actualizado. Suscríbase y marque nuestro blog para que esto sea un poco más fácil.

Utilice todos sus datos
Aunque nos encantan los drones agrícolas y estamos asombrados de lo que puede lograr con ellos, realmente necesita usar una combinación de muchos conjuntos de datos para tomar decisiones sobre qué hacer a continuación. Cosas como registros de años anteriores (datos que recopiló usted mismo y datos de estaciones meteorológicas, por ejemplo), análisis de contenido y humedad del suelo, datos sobre los cultivos que está considerando plantar, etc.

Todo esto debe sopesarse antes de tomar una decisión importante de regar más, rociar un nuevo pesticida, decidir la profundidad de la hilera y prácticamente cualquier otra decisión importante que pueda afectar su rendimiento.

La exploración de campo no tiene por qué ser difícil; ¡mantén los ojos abiertos! Comparta sus consejos con nosotros a continuación y póngase en contacto con Cropio para averiguar cómo el software podría ayudar a su granja.

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Agricultura de precisión y sostenibilidad

Consejos para mejorar las prácticas de agricultura de precisión

A medida que crece la población mundial, los agricultores necesitan producir más alimentos. Sin embargo, la superficie cultivable no se puede ampliar y mantener el ritmo. Esto aumenta la amenaza a la seguridad alimentaria que resultará fácilmente en inestabilidad regional o global. La agricultura tradicional se basa en gran medida en la gestión de todo el campo. Las decisiones que se toman con respecto a la cosecha, la siembra, el riego y la aplicación de fertilizantes y pesticidas se basan en datos históricos, predicciones manuales y condiciones regionales. Por otro lado, la agricultura de precisión combina el uso de un sistema de posicionamiento global, sensores, robots, herramientas de mapeo y software de análisis de big data para informar los procesos de toma de decisiones que son particulares para cada cultivo y cada sección de un campo sin costos laborales adicionales. . Las herramientas modernas como los sensores montados en robots o los estacionarios y los vehículos no tripulados equipados con cámaras envían datos e imágenes de forma inalámbrica en cada planta. La información como el tamaño del tallo, las plagas, la forma de las hojas y la humedad del suelo alrededor de una planta se transmite en tiempo real al agricultor de forma remota. A continuación, el agricultor buscará cualquier signo de estrés que estén sufriendo el cultivo o el ganado. Entonces podrán contrarrestar el estrés proporcionando agua, fertilizante, pesticida o cualquier nutriente que le falte a la planta sin necesariamente rociar todo el campo. Estas tecnologías también ayudan a los agricultores a planificar con anticipación la cosecha. A continuación, el agricultor buscará cualquier signo de estrés que estén sufriendo el cultivo o el ganado. Entonces podrán contrarrestar el estrés proporcionando agua, fertilizante, pesticida o cualquier nutriente que le falte a la planta sin necesariamente rociar todo el campo. Estas tecnologías también ayudan a los agricultores a planificar con anticipación la cosecha. A continuación, el agricultor buscará cualquier signo de estrés que estén sufriendo el cultivo o el ganado. Entonces podrán contrarrestar el estrés proporcionando agua, fertilizante, pesticida o cualquier nutriente que le falte a la planta sin necesariamente rociar todo el campo. Estas tecnologías también ayudan a los agricultores a planificar con anticipación la cosecha.

Como resultado, la agricultura de precisión es esencial en la gestión del tiempo, la reducción del desperdicio o uso de agua y químicos, y la producción de mayores rendimientos y cultivos más saludables. Todos estos benefician los ingresos del agricultor al tiempo que reducen la escasez mundial de alimentos y la contaminación del medio ambiente. Muchas empresas emergentes están desarrollando software, recopilación de datos y herramientas de análisis y sensores, entre otras tecnologías agrícolas, para impulsar dichos desarrollos. Por otro lado, los científicos están creando semillas y razas de plantas y animales que se esfuerzan bajo diferentes condiciones climáticas y tipos de suelo.

Consejos para mejorar su agricultura de precisión

Actualmente, los agricultores han comenzado a adoptar universalmente la agricultura de precisión por varias razones diferentes. Los costos de adquirir diferentes artículos están disminuyendo lentamente a medida que los fabricantes continúan surgiendo todos los días con mejoras y diferentes soluciones nuevas. No hace falta decir que una granja que utiliza tecnología inteligente es una granja más rentable que las demás. Sin embargo, saber por dónde empezar y la tecnología a implementar que se adapte a una granja específica puede ser una tarea difícil. Es por eso que hemos desarrollado una lista de algunas de las herramientas de precisión o tecnología en las que vale la pena invertir.

Zumbido
Cada granja debe tener al menos un dron. Sin embargo, las granjas más grandes a menudo pueden necesitar más de un dron. La regla general es que al menos cada granja debe tener un dron que ayude en las operaciones de la granja. Los drones son la tecnología de precisión más básica que ofrece al agricultor una vista aérea de sus granjas dándoles la oportunidad de identificar problemas y monitorear otra información general y piezas. Cuando estos UAV están equipados con el software y el agricultor recibe la capacitación adecuada, los drones ofrecen un alto nivel de sofisticación técnica a las prácticas de gestión agrícola. Consulta en nuestro sitio web más beneficios que ofrecen los drones en la gestión de granjas.

Uso de teléfono inteligente / tableta

Las empresas de tecnología agrícola están ideando formas innovadoras y nuevas de gestionar los datos agrícolas. Muchas aplicaciones móviles en diferentes sistemas operativos ofrecen soluciones en granjas en ejecución, incluso cuando no está conectado. Esto implica que el problema de la humedad o el ataque de plagas que identificó el dron se puede resolver con solo presionar un botón en su teléfono. Puede controlar el riego de su finca desde la comodidad de su sala de estar. Esta herramienta aumenta la precisión y la eficiencia.

Almacene sus datos en la nube

Los servicios en la nube permiten a los agricultores guardar todos los datos de gestión de su explotación sin tener que realizar pujas. Estos datos pueden ser referenciados en el futuro o incluso usarse para pronosticar los rendimientos y el clima. Cuando se integra con teléfonos inteligentes o tabletas, los agricultores obtienen acceso a macrodatos que incluso se pueden compartir con otros agricultores. Los agricultores pueden ver lo que otros han intentado y fallado, e intentar implementar las mejores prácticas. Además, los datos se pueden recopilar de manera pasiva sin que los agricultores los ingresen físicamente porque el software lo hace por ellos.

Uso de GPS

La mayoría de la tecnología y maquinaria agrícola ya viene equipada con elementos de GPS. Funciones como la dirección automática del tractor se realizan con la ayuda de GPS. Esto libera el tiempo utilizado por el agricultor en la granja y lo hace concentrarse en otras cosas y, en segundo lugar, reduce las lesiones causadas por las máquinas.

Fertilizante de dosis variable

Aquí, los agricultores pueden esencialmente probar el contenido de nutrientes disponible en diferentes áreas de los campos y depositar el fertilizante en los lugares que más lo necesitan en cantidades variables.

Siembra de tasa variable

Al igual que la fertilización de dosis variable, este proceso en particular permite a los agricultores concentrarse en sembrar áreas específicas que más necesitan sembrar. Esto deja otras partes de la granja que requieren menos semillas para maximizar los rendimientos con menos semillas sembradas.

Resumen

Hay tantas prácticas y tecnologías de precisión en las que los agricultores deben invertir y adoptar en su gestión agrícola diaria. Un agricultor que prioriza la tecnología tiene mayores posibilidades de aumentar la producción y minimizar los costos de insumos.

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La evolución del mapeo preciso de drones

Durante la última década, el proceso de creación de mapas y modelos 3D precisos a partir de fotos de drones ha recorrido un largo camino. Las capacidades de captura de drones y el software y los servicios de procesamiento de fotogrametría han mejorado en costo y eficiencia hasta un punto en el que los gemelos digitales 3D son un elemento básico para la topografía e inspección.

Hacer que estos modelos sean precisos y probar la precisión, lo fundamental de cualquier encuesta, también ha recorrido un largo camino.

En el proceso de captura de un dron típico, conocemos la ubicación del dron cuando cada foto se tomó con una precisión de 35 m con el GNSS integrado (GPS y otras constelaciones de posicionamiento global por satélite). ¡Aplátelos juntos en el software de fotogrametría y tenemos un modelo 3D! Sin embargo, este modelo está flotando en el espacio; puede parecer impresionante, pero no es necesariamente una buena representación de la Tierra real.

El software de fotogrametría hace todo lo posible para hacer coincidir los píxeles en las fotos superpuestas, haciendo suposiciones de la distancia focal de la cámara y las distorsiones de la lente, las orientaciones de la cámara, las posiciones de la cámara y si el píxel en una foto es el mismo punto que un píxel en otra foto. Son muchos los errores que ocurren a través de este proceso, que se gestionan para lograr estadísticamente el mejor resultado posible: el modelo 3D.

Este modelo puede considerarse efectivamente maleable, o flexible, y cuando podemos fijar algunos parámetros al mundo real, podemos tomar ese modelo y ajustarlo, estirarlo y doblarlo para que se ajuste a las restricciones que podemos encontrar en el mundo real. Luego, los topógrafos deben poder confirmar que sus medidas en el modelo equivalen a valores del mundo real.

La primera forma en que se hizo esto fue utilizar GCP (Ground Control Points): objetivos en el suelo, normalmente colocados por un topógrafo, con coordenadas conocidas en un sistema de coordenadas conocido. Esto requería mucho tiempo en el sitio, ya que requería viajar por todo el sitio con equipo de inspección o colocar y recopilar GCP «inteligentes». El tiempo de procesamiento también fue más largo para que el operador eligiera esos GCP y el procesamiento para repetir las posiciones de la cámara una y otra vez en función de los GCP y los puntos de enlace. Los errores en el sistema debido a las distorsiones de la lente y la coincidencia de superficies se introducirían entre los GCP.

Poner el control en la cámara cambia el flujo de trabajo. Al saber dónde estaba la cámara para cada foto, el proceso AT (triangulación aérea o emparejamiento) en fotogrametría es más confiable y mucho más rápido, ya que ya no estamos aplicando ingeniería inversa a las posiciones asumidas de la cámara. AT funciona mejor en superficies difíciles. Todo el proyecto está cubierto por una manta de cientos de puntos de control. Más preciso, más confiable, más eficiente.

RTK (cinemática en tiempo real) fue la primera forma de habilitar esto. Utilizado por topógrafos durante décadas, RTK calcula coordenadas precisas del dron en tiempo real, utilizando datos transmitidos desde una estación base (en una ubicación conocida) al dron. Precisión de 5 cm normalmente. Sin embargo, RTK a menudo demuestra ser poco confiable en un entorno de drones, con pérdida de ‘bloqueo’ debido a obstrucciones o inclinaciones de drones, a veces una inicialización incorrecta y el alcance limitado debido al enlace de radio de la estación base.

PPK (cinemática postprocesada) demostró ser una alternativa más robusta a RTK. En lugar de intentar calcular las coordenadas precisas en tiempo real, lo que normalmente no es necesario de todos modos, los datos GNSS se almacenan en el dron y en el receptor de la estación base. Después del vuelo, los datos se reúnen y procesan hacia adelante y hacia atrás para determinar los resultados más precisos y confiables para cada posición de la cámara.

Existe mucha discusión sobre si las coordenadas confiables de la cámara PPK eliminan la necesidad de GCP . Ellos pueden. El principal error que queda en el sistema es la lente de la cámara, su distancia focal real y las distorsiones. Si los parámetros de la cámara están calibrados, son conocidos y estables, entonces pueden pasar a la solución de fotogrametría para lograr excelentes resultados sin GCP. Sin embargo, como cualquier topógrafo sabría, no es ahí donde termina. Es esencial tener comprobaciones en tierra, ya sean objetivos o características conocidas, que pueda medir y comparar, para saber exactamente qué tan preciso es su modelo 3D.

Entonces, sigamos con la evolución. PPK es similar a RTK, ya que utiliza datos de fase de portadora GNSS de frecuencia dual de múltiples constelaciones de relojes en satélites, aplicando modelos ionosféricos para determinar la resolución de ambigüedad del ciclo y datos de rango relativo entre una base y un móvil. ¡Tecnología de alta resistencia! Esencialmente una forma compleja de medir con mucha precisión el vector desde la estación base hasta el dron, muchas veces por segundo. Por lo tanto, necesita una estación base (con una coordenada conocida) o datos de una estación de referencia de funcionamiento continuo (CORS). Con PPK puede ir mucho más lejos de su base que RTK, pero todavía es mejor por debajo de los 30 km (20 millas).

Lo que nos lleva a la siguiente ‘especie’ en nuestra evolución: Make It Accurate (MIA). MIA hará que los datos de su drone rover sean precisos, en cualquier parte del mundo, sin datos de la estación base. MIA se basa en la tecnología PPP (posicionamiento de punto preciso) que aplica correcciones precisas de reloj y órbita a datos GNSS de fase de portadora sin procesar. Sabiendo exactamente dónde estaba cada satélite y sus errores de reloj precisos, la posición independiente del dron se puede determinar con una precisión de 5 cm. Este resultado se mejora aún más en muchos países al fusionar datos de estaciones terrestres en la región, para obtener una precisión absoluta de 2-3 cm. Sin estación base ni entradas CORS, simplemente vuele su dron a cualquier lugar Múltiples sitios, áreas remotas, pasillos largos… en cualquier lugar. Es exacto.

Una vez más, no podemos enfatizar lo suficiente, no importa qué sistema use, tenga sus controles en su lugar, mida qué tan preciso es.

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