Lo que un productor de papa debe saber sobre la teledetección

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Has estudiado tu cultivo de papa sin tocarlo físicamente?

Felicitaciones. Eres usuario de la teledetección.

Si aun no lo eres, tranquilo, es un buen momento para hacerlo.

Y si tuviste una mala experiencia con sus resultados, dale una segunda oportunidad. Hoy las compañías de teledetección permiten sacar el mayor provecho a sus productos y servicios.

Anteriormente las compañías tenían su propio formato de datos, lo que dificultaba la comunicación entre los dispositivos en la finca y las herramientas de manejo de información. Muchos productores entonces no supieron qué hacer con la información y nunca pudieron usarla en sus fincas.

Las cosas han mejorado, en parte gracias a la Open Agriculture Data Alliance (OADA), grupo formado por investigadores de la Universidad de Purdue y algunas compañías agrícolas. El OADA trabaja desde el 2014 para unificar formatos y mejorar el intercambio de información entre dispositivos y herramientas.

Los inversores por lo pronto siguen confiando en las compañías de tecnología agrícola. Según AgFunder, los emprendimientos en agricultura y tecnología de alimentos recibieron un récord de $10.1 billones de dólares en inversiones en 2017, un 29 por ciento más que en 2016.

Pero qué es exactamente la teledetección?

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Qué es la teledetección?

Aitazaz Farooque, profesor de la Universidad de la Isla del Príncipe Eduardo (Canadá), define a la teledetección como una evaluación no destructiva del estado de un cultivo.

Usando un sensor y una plataforma, dice el profesor Farooque, podemos conseguir información de un cultivo (y en algunos casos del suelo), y analizarla y compararla con datos de referencia para tomar decisiones sobre su manejo.

El sensor puede ser una cámara normal, térmica o hiperespectral, montada sobre una plataforma, llámese dron, avión, satélite o equipo agrícola

(más adelante describo los sensores y las plataformas).

Cómo funciona la teledetección?

Toda objeto emite, absorbe, transmite o refleja radiación.

La radiación es una forma de energía que viaja por el espacio a través de ondas de diferente longitud. Todas ellas forman el llamado espectro electromagnético. Pero sólo dos regiones son de interés para la teledetección: la luz visible y los infrarrojos (infrarrojo cercano, medio y lejano).

(este video de la NASA explica claramente el concepto del espectro electromagnético)

Las plantas capturan la luz visible para activar la fotosíntesis. Las ondas de infrarrojo cercano (NIR) no llevan la suficiente energía para activarla, pero sí aportan calor, por lo que las plantas han evolucionado para reflejar la luz NIR. Este mecanismo se descompone a medida que la hoja muere. Los sensores infrarrojos cercanos aprovechan esta característica para monitorear la diferencia entre la reflectancia NIR y la reflectancia visible, un cálculo conocido como Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada o NDVI (por sus siglas en inglés). Una señal fuerte de NDVI significa alta densidad de plantas y una señal débil de NDVI indica áreas problemas en el terreno (ver imagen).

Agribotix
La radiación infrarroja cercana en combinación con el NDVI son la principal aplicación de la teledetección en la agricultura

Tom McKinnon, CEO de Agribotix, explica los usos del NDVI de la siguiente manera:

Las imágenes NDVI son útiles para varios propósitos agrícolas. Un NDVI puede distinguir las zonas donde un cultivo crece bien de aquellas donde crece con dificultad. Con esta información, el productor puede aplicar la cantidad correcta de fertilizante. Por otro lado, debido a la forma en que la planta reacciona frente a situaciones de estrés, una imagen NDVI revela la presencia de malezas, plagas y daños ocasionados por el agua. Estos datos le permiten al productor identificar y cuantificar los problemas y solucionarlos posteriormente.

Qué información ofrece la teledetección?

Como productor de papa, la teledetección puede mostrarte:

  • el porcentaje de cobertura del follaje (o cantidad de suelo visible)
  • la concentración de nitrógeno (N) (o qué tan verdes están las plantas)

No puede predecir el rendimiento de un cultivo ni entregarte un estimativo de su biomasa (entre otras cosas porque los sensores no “ven” los tubérculos bajo la tierra).

A esa conclusión llegan Ann Smith y Brian Bohman, investigadores del Ministerio de Agricultura y Agroalimentos de Canadá y la Universidad de Minnesota, respectivamente, durante su participación en el seminario web Remote Sensing for Potato production, realizado el 16 de mayo de 2018.

Si esperabas más de la teledetección, no te desanimes. Gracias a esta tecnología vas a recibir información única de uno de los insumos más importantes en la producción de papa.

El N es un elemento fundamental para el crecimiento y el desarrollo de las plantas. Es el principal componente de la clorofila en las hojas. Y como bien lo sabes, los niveles de clorofila afectan el área foliar, el peso de la hoja, el tamaño de la planta y la tasa de transpiración.

Una cantidad reducida de N puede ocasionar una deficiencia del elemento, la cual afecta la calidad de la planta y su productividad.

Pero demasiado N tampoco es bueno porque causa una toxicidad en las plantas, lo que produce un retraso en el crecimiento y, por tanto, una planta de baja calidad. Además, la sobrefertilización es fuente de costos adicionales y un riesgo ambiental.

La teledetección te puede dar más información pero (1) aún está en experimentación o (2) se obtiene únicamente en centros de investigación. Es lo que se desprende de la Conferencia sobre teledetección realizada en la Universidad de Wisconsin-Madison, el 14 de noviembre de 2017.

Qué plataformas y sensores utiliza la teledetección?

(La siguiente información está basada en la presentación de Craig Polling de la conferencia sobre teledetección mencionada anteriormente)

Puedes usar las siguientes plataformas para conocer la cobertura del follaje y la concentración de N de tu cultivo:

  • Dispositivos de mano
  • Vehículos en tierra
  • Dirigibles no tripulados
  • Vehículos aéreos no tripulados de rotor múltiple (Drones)
  • Vehículos aéreos no tripulados pequeños de ala fija (Drones)
  • Vuelos tripulados
  • Satélites

El que uses una u otra plataforma y sensor depende de:

  • los rasgos físicos que vayas a medir
  • la frecuencia de las mediciones
  • la resolución espacial y las bandas espectrales
  • la precisión deseada
  • el nivel de confianza
  • el costo del sistema

A continuación vas a encontrar un video explicativo de cada plataforma, los sensores que utiliza, la información que ofrece y algunas observaciones.

Los siguientes videos y textos son para que conozcas la tecnología; NO estoy recomendando ninguna compañía!

Dispositivos de mano

Sensores

Índice SPAD (Soil Plant Analysis Development), CropScan, CropCircle, GreenSeeker (video), Apogee MC-100, Handheld Spectrometers, LAI-2200, ACCUPAR LP-80, etc.

Producto

Información de una sola planta u hoja

Observaciones

  • Fácil de usar
  • Laborioso pues una sola persona es la que realiza la medición
  • Los muestreos son pequeños
  • Indica valores de NDVI
  • La toma de información es propensa a errores humanos
  • Opera de día y noche; con niebla o cielos nublados

Vehículos en tierra

Sensores

CropCircle, GreenSeeker (video), Yara N-Sensor, Force-A Multiplex, etc.

Producto

Información promedio de varias plantas.

Observaciones

  • Fácil de usar
  • Las medidas deben tomarse continuamente
  • Requiere que sostengas el sensor dentro del cultivo o junto a él
  • No es ideal para mediciones frecuentes
  • El mapeo es de baja resolución
  • Opera de día y noche; con niebla o cielos nublados

Dirigibles no tripulados

Sensores

Los mismos de los vehículos aéreos no tripulados de rotor múltiple y vehículos aéreos no tripulados pequeños de ala fija.

Observaciones

  • Existen pocos productos comerciales para la agricultura
  • Alta capacidad de carga (muchos sensores a la vez)
  • Algunos sensores y productos de datos necesitan movimiento o múltiples puntos de vista
  • Pobre desempeño cuando hay vientos

Vehículos aéreos no tripulados de rotor múltiple (Drones)

Vehículos

3DR, DJI, Parrot, etc

Sensores

Sensores multiespectrales: Sentek GEMS (video), RedEdge, Sequoia, Tetracam, Sentera, SlantRange, cámaras RGB (Rojo, Verde y Azul) estándar y modificadas, FLIR, etc.

Sensores hiperespectrales: Headwall Micro-Hyperspec, Resonon Pika, Specim, Imec, Neo Hyspex, Rikola, Bodkin, Bayspec, Pixelteq, Cubert, etc.

Producto

Ortomosaicos, modelos digitales de elevación (DEM), imágenes de NDVI, fotos térmicas, etc.

Observaciones

  • Fáciles de manipular
  • Mapeo de alta resolución a bajo costo
  • Apropiado para el monitoreo frecuente de áreas medianas
  • Analizan los trazados según el sensor y la configuración
  • Despegan y aterrizan verticalmente
  • Planifican los vuelos sin tener en cuenta el viento

Vehículos aéreos no tripulados pequeños de ala fija (Drones)

Vehículos

Hawkeye Systems, AgEagle, SenseFly, PrecisionHawk, HoneyComb, Sentera, Trimble, Parrot (video), etc.

Sensores y productos

Los mismos de los vehículos aéreos no tripulados de rotor múltiple.

Observaciones

  • Mayor resistencia a los accidentes
  • Productos de baja resolución
  • Más costosos
  • Dificultad para mantenerlos el alcance de la vista del operador (requisito de la Federal Aviation Administration, FAA)
  • Apropiados para el monitoreo de áreas grandes
  • Despegan y aterrizan manualmente
  • La planificación de vuelo depende de las características del viento

Vuelos tripulados

  • Aviones pequeños equipados con cámaras RGB / NIR de alta resolución o RGB modificadas para NDVI
  • Por lo general se ofrecen a los clientes como un servicio
  • Pueden cubrir áreas grandes
  • Algo costosos
  • No son la plataforma adecuada para un monitoreo frecuente

Satélites

Satélites de cobertura continua

  • Hay varios satélites
  • Ofrecen una imagen cada 24 horas de cada punto de la tierra
  • Las imágenes son de baja resolución y calidad pues son tomadas con cámaras RGB o RGB + NIR

Satélites de tareas

  • Hay pocos satélites
  • Pueden consultarse frecuentemente pero tienen limitada cobertura
  • Debe orientarse para que representen un área determinada ($)
  • Tienen sensores multiespectrales (de hasta 28 bandas)
  • Presentan un VNIR (Visible e Infrarrojo cercano) de alta resolución: 30 cm de distancia de muestreo del suelo (GSD).
Planet Labs

Cuáles son los beneficios de la teledetección?

Algunos de ellos son:

  • Facilita el monitoreo general del cultivo (Qué está sucediendo ahora mismo)
  • Disminuye la posibilidad de una sobrefertilización nitrogenada
  • Agiliza la toma de decisiones
  • Reduce el impacto ambiental
  • Mejora la gestión de riego
  • Optimiza el uso de insumos
  • Aumenta el rendimiento del cultivo
  • Atenúa las pérdidas en producción y calidad
Lee las ventajas y desventajas de la teledetección, formuladas por GrindGIS

Drones o satélites: Cuál es más útil para los productores?

Ann Smith y Brian Bohman coinciden en que los satélites tienen una menor demanda que los drones por su dificultad para obtener información en días nublados y no ofrecer la suficiente resolución para ver detalles a nivel de cultivos (ver seminario web).

Pero dicen que la información de los drones es más costosa y, aunque la situación está cambiando, los productores han tenido problemas para interpretarla y aplicarla en sus fincas.

Según los investigadores, la compañía Planet estaría inclinando la balanza. Una de las quejas de las imágenes satelitales es que no son lo suficientemente frecuentes para que los productores puedan solucionar los problemas de manera oportuna. Las imágenes diarias que ofrece la compañía estarían cambiando las reglas del juego en el espacio digital agrícola.

Un término medio son las plataformas que combinan varios tipos de datos. Un ejemplo es watchITgrow. Usando imágenes satelitales y de drones, datos meteorológicos y del suelo, y modelos de predicción del rendimiento, watchITgrow ayuda a productores de papa en Bélgica a mejorar sus explotaciones.

Al final, concluyen los investigadores, la plataforma que seleccionen los productores será aquella que brinde la mejor información al menor costo.

La siguiente infografía resume las ventajas y desventajas de drones y satélites.

Hemav

Existen estudios sobre el costo-beneficio de usar la teledetección en agricultura?

Ann Smith afirmó al final del seminario web que sí existen estudios pero por basarse en diferentes metodologías, no se puede afirmar si la inversión en teledetección es o no rentable.

National Geographic se apoya en un estudio reciente del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos para sostener que “las ganancias se estiman en dólares por acre, por lo que las fincas grandes pueden obtener más de la tecnología y suelen asignar un mayor presupuesto a la agricultura de precisión”.

El estudio se realizó sobre agricultura de precisión, no sobre teledetección. Pero al estar esta última incluida en la agricultura de precisión, la información es válida para este artículo.

Mira el video promocional de dicho estudio.

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Palabras finales

Las imágenes satelitales y aéreas están en camino de ser ampliamente adoptadas por los agricultores.

Lo dice Ivanov Igor, cofundador de Gamaya, compañía que ofrece soluciones basadas en imágenes hiperespectrales e inteligencia artificial. El testimonio se fundamenta en un estudio de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

Otra investigación realizada por Goldman Sachs y citada por el mismo autor, concluye que “las soluciones tecnológicas que hoy se ofrecen y se ofrecerán en el futuro, aumentan el valor de la tierra al permitir producir significativamente más cultivos por acre”.

Son datos importantes si se tiene en cuenta la predicción de la ONU que en 2050 tendremos 2.300 millones de bocas más que alimentar.

Como productor tienes a tu disposición una variedad de soluciones tecnológicas que te permiten “conocer” tu cultivo.

Y lo puedes hacer a tu ritmo y de acuerdo a tu presupuesto.

Para Bernie Zebarth, investigador del Ministerio de Agricultura y Agroalimentos de Canadá, hay tres niveles en que puedes aplicar la teledetección:

  1. El nivel más simple es cuando usas imágenes de tu cultivo: estas te pueden mostrar que hay algo extraño pero tienes que ir al terreno y verificarlo.
  2. El segundo nivel o intermedio es cuando calibras la información y la usas para calcular, por ejemplo, el índice NDVI. Un NDVI más claro o más oscuro te indica el estado del nitrógeno (N) del cultivo.
  3. El tercer nivel o avanzado es cuando usas imágenes hiperespectrales.
GISGeography te explica de manera sencilla la diferencia entre sensores multiespectrales e hiperespectrales

Pero aún hay cuellos de botella que deben solucionarse.

Por ejemplo, todavía hay compañías que ofrecen lo que creen que quieren los productores y no lo que realmente necesitan.

Para Lisa Prassack, Presidente de PrassackAdvisors, el acceso a las imágenes nunca fue tan fácil y con más opciones. Ella destaca el interés de los productores por usarlas y sacarle el mayor beneficio. Pero de qué sirve, se pregunta, que un productor diga: “Tengo esta bonita imagen de mi terreno, pero cómo la convierto en una información que mejore la eficiencia y/o la rentabilidad de mi finca?”.

De no corregirse pronto estas limitaciones, podríamos terminar preguntándonos, como Ehud Olmert : ¿Cuál es la lógica de invertir dinero en la agricultura si esta no da resultado?

Eres usuario de la teledetección? Cuál ha sido tu experiencia utilizando esta tecnología? Me encantaría conocer tu opinión.

Sobre el autor

Jorge Luis Alonso G. es un escritor freelance de marketing de contenidos para empresas (B2B). Escribe white papers, artículos y entradas para blogs sobre teledetección (remote sensing), cadena de bloques (blockchain), cadena de frío (cold chain) y clasificación de alimentos (food sorting). Vive en Argentina.