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Medidas de la Estructura del Dosel a partir de UAS de Bajo Costo para el Monitoreo del Estado Nutricional de los Cultivos

Autores: Montgomery, Kellyn; Henry, Josh B.; Vann, Matthew C.; Whipker, Brian E.; Huseth, Anders S.; Mitasova, Helena

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2020

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Acceso abierto

Artículo científico
2020

Medidas de la Estructura del Dosel a partir de UAS de Bajo Costo para el Monitoreo del Estado Nutricional de los Cultivos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Información sobre cultivos
Teledetección
UAS
Análisis espectral
Estructura del dosel
Concentraciones de nutrientes

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Derivar información sobre cultivos a partir de datos obtenidos por sensores remotos es una estrategia importante para la agricultura de precisión. Los pequeños sistemas aéreos no tripulados (UAS) han surgido en los últimos años como una herramienta versátil de teledetección que puede proporcionar datos precisos y detallados para informar las respuestas de gestión a la variabilidad intra-campo de los cultivos (por ejemplo, estado de nutrientes y daños por plagas). Sin embargo, los sensores UAS con alta resolución espectral utilizados para calcular índices de vegetación informativos están prácticamente limitados por su alto costo y la dimensionalidad de los datos. Esta investigación amplía el análisis espectral para el monitoreo remoto de cultivos para investigar la relación entre la salud de los cultivos y la estructura del dosel en 3D utilizando UAS de bajo costo equipados con cámaras RGB de grado de consumo. Utilizamos tabaco curado al fuego como estudio de caso debido a su conocida sensibilidad a la variación de fertilidad y la sintomatología específica de nutrientes. Se aplicaron tratamientos de fertilizantes para inducir variabilidad en la salud de las plantas en un campo de 0.5 ha de tabaco curado al fuego. Las imágenes estéreo de múltiples vistas de tres encuestas UAS realizadas durante el desarrollo del cultivo se procesaron en ortoimágenes utilizadas para calcular un índice espectral de banda visible y nubes de puntos fotogramétricas utilizando Estructura a partir de Movimiento (SfM). Luego, se calcularon métricas estructurales de las plantas a partir de modelos de superficie del dosel de alta resolución (resolución de 0.05 m) interpolados a partir de las nubes de puntos fotogramétricas. Las encuestas UAS se complementaron con mediciones del estado de nutrientes obtenidas de tejidos vegetales. Las relaciones entre las concentraciones de nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K) y boro (B) foliares y las métricas derivadas de UAS se evaluaron utilizando regresión lineal múltiple. Los síntomas de deficiencias de N y K se capturaron y diferenciaron bien mediante las métricas estructurales. La relación más fuerte observada fue entre la forma del dosel y la concentración foliar de N (r ajustado 2 = 0.59, aumentando a r ajustado 2 = 0.81 cuando se combinó con el índice espectral). La concentración foliar de B se predijo consistentemente mejor mediante la estructura del dosel, con un máximo de r ajustado 2 = 0.41 observado en la última etapa de crecimiento encuestada. En general, combinar información sobre la estructura del dosel y la reflectancia espectral aumentó el ajuste del modelo para todos los nutrientes medidos en comparación con el espectral solo. Estos resultados sugieren que existe una relación importante entre la forma relativa del dosel y la salud de los cultivos que puede aprovecharse para mejorar la utilidad de los UAS de bajo costo para la agricultura de precisión.

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