Adquisición y análisis de imágenes tomadas desde una aeronave no tripulada para el manejo localizado de cultivos en Agricultura de Precisión

Fecha de defensa:

2013

Doctorando:

Mónica Pérez Saiz

Directores:

Francisco Agüera Vega

Fernando Carvajal Ramírez

Julián Sánchez-Hermosilla López

https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1065159

RESUMEN

 El Manejo Localizado del Cultivo (MLC) se refiere a un sistema agrícola de rápido desarrollo que promueve prácticas de manejo agrícola variables dentro de un campo de acuerdo a las condiciones específicas del lugar. Una información esencial para el MLC es la relacionada con la topografía del cultivo teniendo en cuenta que por un lado están los mismos factores que influyen en la eficiencia: la pendiente, inundado de ciertas áreas, etc., y por otro lado es necesaria la georeferenciación de las tareas a realizar para ser capaz de llevar a cabo el trabajo de los sensores y las máquinas en el lugar correcto. Es por esta razón por la que la primera tarea a realizar en MLC es el levantamiento topográfico del cultivo. Las técnicas utilizadas para dicha labor varían en función de la procedencia de los datos: la medición in situ de las coordenadas con instrumentos clásicos como la estación total o GPS (del inglés Global Positioning System), actualmente no son económicamente viables en MLC. La restitución fotogramétrica de las imágenes aumenta el rendimiento, pero no es factible en MLC debido al coste del software y el hardware necesario, así como el grado de especialización requerido. El uso de satélites de alta resolución e imágenes de aviones tripulados limitan a menudo su uso en MLC. En tales casos, el uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV, del inglés Unmanned Aerial Vehicles) puede ser una alternativa práctica a los satélites y los vuelos tripulados aéreos para imágenes de alta resolución. Esta tesis se divide en cinco capítulos diferentes. En el primer capítulo se presenta una revisión general del tema. El segundo está relacionado con la calibración geométrica de la cámara digital no métrica utilizada para la producción de las ortoimágenes y Modelos Digitales de Elevaciones (MDE) de diferentes zonas de estudio. Para este trabajo se probaron diferentes metodologías y la precisión de los resultados muestra que la cámara digital de bajo coste y el software fotogramétrico comercial empleado para la calibración de la cámara se pueden utilizar para la fotogrametría UAV con resultados precisos. En el tercer capítulo se presenta una metodología para producción de ortoimágenes y MDE con fotogrametría UAV y la evaluación de la exactitud de los productos. En este capítulo se obtuvieron ortoimágenes y MDEs utilizando imágenes tomadas con una cámara digital compacta no métrica montada en un UAV. Se utilizó un software fotogramétrico comercial de bajo coste para el procesamiento de las imágenes y se evaluaron las precisiones de los productos obtenidos calculando el Error Medio Cuadrático (EMC). Los resultados muestran que la metodología y el equipo utilizado en este trabajo son adecuados para obtener productos fotogramétricos de precisión y a bajo coste. El siguiente capítulo prueba la capacidad de las imágenes multiespectrales y multitemporales (bandas infrarrojas, rojo, azul), adquiridos a partir del UAV durante el crecimiento de un cultivo de girasol en diferentes momentos del día y con diferentes resoluciones, para estimar el indice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI, del inglés Normalized Difference Vegetation Index) y estudiar su relación con varios índices relacionados con el rendimiento de los cultivos, con el objetivo de generar información útil para aplicar las técnicas de Agricultura de Precisión (AP). Los resultados muestran que el UAV utilizado en este trabajo ha demostrado ser una buena plataforma para la utilización de un sensor que permite el cálculo de NDVI de un cultivo de girasol en su desarrollo. Además, las imágenes pueden ser tomadas en los momentos críticos a lo largo del crecimiento del cultivo, sin límites debido a las condiciones climáticas y la disponibilidad del dispositivo. En el último capítulo se presentan las conclusiones generales de la tesis.

Low cost surveying using an unmanned aerial vehicle

Mónica Pérez Saiz, Francisco Agüera Vega, Fernando Carvajal Ramírez

2013

UAV-g 2013. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences – ISPRS Archives 40: 311-315

http://www.scopus.com/inward/record.url?eid=2-s2.0-84896036384&partnerID=MN8TOARS

ABSTRACT

Traditional manned airborne surveys are usually expensive and the resolution of the acquired images is often limited. The main advantage of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) system acting as a photogrammetric sensor platform over more traditional manned airborne system is the high flexibility that allows image acquisition from unconventional viewpoints, the low cost in comparison with classical aerial photogrammetry and the high resolution images obtained. Nowadays there is a necessity for surveying small areas and in these cases, it is not economical the use of normal large format aerial or metric cameras to acquire aerial photos, therefore, the use of UAV platforms can be very suitable. Also the large availability of digital cameras has strongly enhanced the capabilities of UAVs. The use of digital non metric cameras together with the UAV could be used for multiple applications such as aerial surveys, GIS, wildfire mapping, stability of landslides, crop monitoring, etc. The aim of this work was to develop a low cost and accurate methodology in the production of orthophotos and Digital Elevation Models (DEM). The study was conducted in the province of Almeria, south of Spain. The photogrammetric flight had an altitude of 50 m over ground, covering an area of 5.000 m2 approximately. The UAV used in this work was the md4-200, which is an electronic battery powered quadrocopter UAV developed by Microdrones GmbH, Germany. It had on-board a Pextax Optio A40 digital non metric camera with 12 Megapixels. It features a 3x optical zoom lens with a focal range covering angles of view equivalent to those of 37-111 mm lens in 35 mm format. The quadrocopter can be programmed to follow a route defined by several waypoints and actions and it has the ability for vertical take off and landing. Proper flight geometry during image acquisition is essential in order to minimize the number of photographs, avoid areas without a good coverage and make the overlaps homogeneous. The flight planning was done using the MdCockpit software, with the module waypoint editor. Flight route file was downloaded into the quadrocopter autonomous chip via cable. A total of twelve vertical images with a longitudinal and transversal overlapping of 60 % and 50 % respectively were taken. The digital camera was previously geometrically calibrated. Field control points covering the whole studied area were defined over the area of interest and their coordinates were measured by a GPS. Natural targets were used as field control points. The close range photogrammetric software Photomodeler Scanner v.7 was used in this work to calibrate the camera and to carry out the photogrammetric process. The software Golden Surfer was used to produce the DEM. The planimetric and the altimetric root mean square error (RMSE) were calculated in order to check the accuracy of the products. The RMSEx was 6 cm, the RMSEy was 4 cm and the RMSEy was 7 cm. Our preliminary results demonstrate the feasibility and accuracy of orthophotos and DEMs obtained from images captured from a quadrocopter using low cost photogrammetric software. A future work can be the comparison of the products obtained following the route used in this study where the images are taken vertically with the products obtained with an orbital route where the number of images will be diminished and the photos will be taken oblique.

Modelo para la determinación del volumen de aplicación de fitosanitarios en cultivos de tomate en invernadero

Fecha de defensa:

2013

Doctorando:

Francisco César Páez Cano

Directores:

Julián Sánchez-Hermosilla López

Fernando Carvajal Ramírez

Francisco Agüera Vega

https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1045077

RESUMEN

La aplicación de productos fitosanitarios para el control de plagas y enfermedades en invernadero, se realiza habitualmente mediante el empleo de equipos poco tecnificados, como son las pistolas pulverizadoras manuales. Se trata de equipos de bajo coste, fácil mantenimiento y adecuados para controlar problemas fitosanitarios puntuales y localizados. Sin embargo, presentan una serie de inconvenientes como son: falta de uniformidad, elevadas pérdidas en el suelo, alto riesgo de exposición del operador y dificultad para regular la presión y los volúmenes de aplicación.

Además, en las etiquetas de los envases de productos fitosanitarios, aparece la concentración o el volumen de caldo a aplicar por unidad de superficie en función del tipo de cultivo. En invernadero, los cultivos tienen un crecimiento rápido, por lo que, una tasa de aplicación basada en una cantidad fija de producto por unidad de superficie puede dar como resultado grandes pérdidas y/o sobredosis de producto en los primeros estadíos de crecimiento, o tasas insuficientes cuando el cultivo esté completamente desarrollado. Por tanto, para resolver estos problemas, el volumen de aplicación debe estar adaptado a la masa vegetal presente en el invernadero cuando se realice el tratamiento.

En este trabajo de tesis se han desarrollado 9 modelos, para un cultivo de tomate de invernadero, que permiten estimar la superficie foliar (LAI) a partir de parámetros geométricos fácilmente medibles en la masa vegetal. El modelo basado en el PRV (Plant Row Volume) es el que ha dado mejores resultados. Para el cálculo del volumen de aplicación, se ha adaptado al índice PRV el modelo de dosificación basado en la Deposición Media, que ha sido validado desde un punto de vista técnico y biológico. El uso de este modelo ha permitido una reducción de más del 30% de la cantidad de fitosanitario aplicado, sin pérdida de rendimiento. El PRV permite el uso de estrategias de aplicación adaptadas al cultivo, con un gran ahorro en las cantidades de producto químico utilizado, en comparación con el sistema convencional de dosificación.

Además se ha desarrollado una aplicación informática, denominada GreenRate, cuyo objetivo es facilitar el uso del modelo de dosificación basado en la Deposición Media adaptado al PRV, permitiendo así el cálculo del volumen de aplicación y de los parámetros operacionales necesarios durante el tratamiento. También se han elaborado una serie de tablas y gráficos que facilitan el uso del modelo de estimación del volumen de aplicación

Arqueología Industrial: Estudio de la Torre del Humo de la Fábrica de San Andrés (Adra, Almería). Documentación geométrica, reconstrucción virtual e integración urbanística

Fecha de defensa:

2013

Doctorando:

Eva María Quintana Delgado

Directores:

Fernando Carvajal Ramírez

Francisco Agüera Vega

Julián Sánchez-Hermosilla López

https://www.educacion.gob.es/teseo/mostrarRef.do?ref=1042947

RESUMEN

Actualmente, Almería se abre camino dando la espalda a un recurso económico que constituyó el principal soporte material de la provincia durante más de un siglo; la minería (Pérez de Perceval, 1989; Sánchez, 1992). De aquella época, sólo quedan las ruinas de las minas, fábricas, embarcaderos… que, en distintas zonas de la provincia, son mudo testimonio de un pasado no lejano.
Este legado del siglo XIX está muy presente en Adra, con los restos de la Fábrica de San Andrés, una de las principales fundiciones de plomo de la época gracias a su localización y avances tecnológicos (López, 2008; Sánchez, 2006).

La base en la que se sustenta la elaboración y ejecución de la presente tesis, es el estudio integral de esta Fundición, que se estructurará en tres partes: la primera consistirá en conocer el funcionamiento de la Fábrica en su época de esplendor y analizar los acontecimientos que así lo permitieron, en una segunda parte se analizará el presente de la Fábrica para conocer su uso actual, su integración en la ciudad, etc. y por último se procederá a realizar una actuación de futuro consecuente con los resultados obtenidos.
Para contextualizar históricamente la Fábrica de San Andrés, en primer lugar, se analizará su relación con la Sierra de Gádor ya que gracias a ella Almería vivió este proceso industrial, de cuya importancia se ha escrito gran cantidad de información (Cara, 2002; Muñoz. y Sánchez, 1991; Nadal, 1975; Pérez de Perceval y Sánchez, 2001; Pérez de Perceval, 1984). Además la fábrica abderitana es comparada con otras para atestiguar su importancia en la época y explicar detalladamente su funcionamiento y componentes. Dentro de esta sección se realiza un estudio gráfico de todos sus componentes.
También hay que caracterizar el estado actual de la fundición y los elementos de ésta que han llegado a nuestros días. Estos elementos son, las Torres de los Perdigones, la Fabriquilla del Vinagre, la Torre del Humo y la cámara de condensación, pero no todos en igualdad de condiciones, debido a que las dos primeras se convierte en objetivos de numerosas restauraciones y emblema de la ciudad, mientras que las otras dos se encuentran en un estado de tal deterioro que hace peligrar su existencia. Deben analizarse las causas del aparente abandono de algunos de sus componentes y hacerse una propuesta de restauración, en su caso.
Con todo esto se dará a estos elementos, y especialmente a la Torre del Humo, el reconocimiento que probablemente merezca, a través de la propuesta de rehabilitación e integración en la ciudad, ayudándonos con los medios gráficos actuales.