jueves, 29 de septiembre de 2016

SISTEMAS LIDAR Y SU USO EN LA RECONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS ARBÓREAS

¿ES PUNTERO EL SECTOR AGRÍCOLA EN ALGUNA TÉCNICA O TECNOLOGÍA?
Escáner terrestre del GI AgróTICa y AP de la U. Lleida
Evidentemente. Por ejemplo, se pondría a la agricultura puntera en el uso de tecnologías genéticas, también en la biología y por supuesto en maquinaria. Pero no es menos cierto que en otras tecnologías los agricultores “hemos ido a remolque”, y aquí se pueden citar como ejemplo aquellas tecnologías en las que se combinan la electrónica y la computación.
Son conclusiones bastante lógicas cuando se observan desde el prisma del interés económico/estratégico que hay en otros sectores, y también, no se olvide, que la actividad agraria tiene el hándicap que se “desenvuelve” en ambientes más “agresivos” y eso enmascara el uso de tecnología “fina” porque es más fácil desarrollar una carretilla autónoma para circular por una fábrica que un vehículo equivalente por un campo abierto.
Lo que ocurre es que cuando una tecnología está “madura” como es en la actualidad el uso de la electrónica, entonces ya se puede adaptar a este entorno más agresivo y con un coste asumible.

LOS SISTEMAS LiDAR
¿Qué es el LiDAR?: LiDAR es un principio potente para la detección de objetos y medida de distancias. La palabra LiDAR proviene de Light Detection And Ranging (detección y medida mediante luz)
¿Cómo funciona?: El sistema básicamente está compuesto por un láser compuesto por transmisor y receptor que se usa para medir distancias “a gran escala”. Con ello se consigue una toma de datos digitales sobre el contorno del terreno, masas arbóreas, etc.
Lo que hace el sistema es emitir pulsos de luz que se reflejan en el terreno y en aquellos objetos del terreno. Cuando la parte receptora recibe los reflejos de los pulsos los transforma en impulsos eléctricos y los interpreta en base al tiempo que tarda el reflejo del pulso en ser recibido. Si al sistema se le implementa con información posicional que proporcional un GNSS ya se tiene un modelo digital del terreno y sus accidentes en 3D.
Una vez que se conoce la tecnología se le pueden obtener multitud de aplicaciones. Veamos algunas de las más habituales.
Aplicación agrícola: Se puede usar LiDAR en la agricultura con diversos fines como es la obtención de modelos digitales de elevación de masas vegetales (árboles, frutales, viñedos) y así estimar la superficie foliar y otros parámetros geométricos. Y es que la tecnología LiDAR se indica especialmente para masas forestales arbóreas por su capacidad, a la postre ventaja, de poder medir simultáneamente la cota del terreno y la de las copas de los árboles y así por diferencia obtener la altura de la vegetación y tener visión tridimensional de la masa vegetal. Ello se consigue con sensores LiDAR capaces de captar múltiples retornos de un mismo pulso emitido. En este tipo de aplicación se suelen usar los sistemas LiDAR con escaneo láser desde un avión que es el que realiza el "barrido" topográfico. El avión cuenta, por supuesto, con sistema GNSS (GPS o similar)
Una derivación sería el uso de técnicas LiDAR en la agricultura de precisión (AP) levantando “mapas” precisos del medio con información georreferenciada y sistemas de información geográficos (SIG) sentando las bases de un posible manejo de un mismo campo por zonas (Site-Specific Management)
Escáner móvil (www.geosistemassrl.com)

Reconstrucción arbórea: Es la aplicación en la cual más nos hemos centrado y a la que dedicaremos el resto del post. La reconstrucción arbórea que nosotros hemos intentado explicar consiste en reconstruir las estructuras de un árbol que, además de sus aplicaciones agrológicas, podría ser útil en la gestión de bosques ya que disponer de un modelo preciso del arbolado nos indica, por ejemplo, la susceptibilidad al fuego que puede tener esa masa arbórea.
Topografía: Se ha revolucionado mucho la forma de hacer mapas a gran escala. Una de las técnicas modernas es mediante la generación de modelos digitales del terreno (MDT) que también se pueden obtener mediante la medición de distancias con sistemas basados en LiDAR.
Tractor autónomo CASE IH con sistemas detección y percepción LiDAR, radar y cámaras de vídeo
Detección de velocidades: Se trata de un sistema que utilizan algunos vigilantes de tráfico para determinar la velocidad de los vehículos. Se diferencia del radar (RAdio Detection Ranging) en que en vez de usar ondas de radio se usan haces de luz láser (Light Detection Ranging) Es un sistema más rápido que con el radar y además el haz láser es más “estrecho” (menos divergente) y por lo tanto se dispersa menos que las ondas de radio del radar. Por lo que este tipo de “pistolas” se usa sobre todo en situaciones de tráfico denso ya que se permite enfocar a un coche en concreto. Pero es que además el uso de láser requiere equipos más económicos que el homólogo del radar amén de ser más barato de mantener. Aunque también tiene una limitación y es que tiene que estar estático (el radar puede ser usado en movimiento)
Equipo láser de escaneo
Otras aplicaciones: En realidad se le puede sacar mucho provecho en las actualizaciones del catastro tanto de rústica como urbano. Mediante topografía láser aerotransportada, vuelos LiDAR, se pueden detectar alturas de las construcciones, naves o casas de campo pues este tipo de imágenes y de modelos digitales resulta muy sencillo separar la vegetación, relieve, construcciones…; O bien muy útil en el planeamiento de rutas para nuevas redes eléctricas

EL OBJETIVO DEL POST: ESCÁNER LASER TERRESTRE
Uno de los ejemplos de la utilización de este tipo de tecnologías es el objetivo de este post, en el cual contaremos nuestra experiencia con el uso de escáners terrestres basados en sensores LiDAR que se montan bien sobre tractor o bien sobre otro tipo de vehículo de campo. El objetivo es aumentar el conocimiento del medio agrícola. Por ejemplo uno de los proyectos llevados a cabo por el Grupo de Investigación en AgróTICa y Agricultura de Precisión  de la Universitat de Lleida  y del Centro Agrotecnio con los que hemos colaborado Valeriano Méndez (algunos lectores asiduos ya lo conocéis por su aportación a la app para móvil  que gratuitamente se puede descargar desde este mismo blog) y yo mismo.
El grupo AgróTICa y Agricultura de Precisión ha contado para financiar parte de estos trabajos con la aportación del Plan Estatal de I+D+I del Ministerio de Economía y Competitividad a través del proyecto AgVANCE (AGL2013-48297-C2-2-R)
¿En qué consiste?
Imagine el lector que lo que deseamos es tener una medición precisa de una plantación de frutales, olivos o de vides. Para ello se necesitará poder reconstruir la geometría de cada árbol. La forma de hacerlo que se propone aquí es mediante escaneo de los árboles.
El proceso se implementa con un escáner montado sobre un vehículo terrestre, escáner que incorpora un sensor LiDAR que lanza un rayo láser. El láser rebota sobre el objeto (suelo, tronco, rama, hoja, fruto, etc.) y vuelve rebotado. Los fotones de los pulsos reflejados son transformados en impulsos eléctricos e interpretados por un registrador de datos de alta velocidad. Lo que se mide es el tiempo que tarda la luz en ir y volver y así calcular la distancia a la que se encuentra el objeto. Además del sensor LiDAR, el sistema incluye un receptor GNSS (GPS en combinación con GLONASS) para saber con precisión centimétrica la posición del sensor, origen de coordenadas del rayo láser. Dado que el rayo se emite en todas las direcciones de un plano vertical y dado que el tractor va desplazando el sistema a lo largo de las calles, posteriormente el ordenador que procesará los datos confeccionará un archivo de puntos 3D medidos con coordenadas absolutas (x, y, z)
Escaneo aéreo LiDAR (Lidar Belize)
Uno de los problemas es que efectivamente la marcha del tractor no es uniforme y eso significa que habrá una serie de desviaciones que ocasionan un arrastre de errores. Para eliminar este tipo de errores se recurre a colocar unos puntos singulares o “banderolas” de referencia, o por ejemplo incorporando un estabilizador dinámico del sensor para que siempre esté horizontal o bien incorporando un sensor inercial para medir inclinaciones e incluirlas en el proceso posterior de los datos.
Lo que se consigue
Tras el escaneo se obtiene una nube de puntos tridimensional. Esta nube se envía al ordenador y allí con equipos no necesariamente muy potentes pero si muy constantes (el proceso es costoso en tiempo) se analizan las nubes de puntos.
Es necesario eliminar datos “erróneos” producidos por “ruidos” electromagnéticos, siempre presentes en el uso de sensores electrónicos. Lo normal para su eliminación es usar técnicas estadísticas. También se elimina aquello que no interesa, por ejemplo el suelo.
Con los datos restantes, y siguiendo una cadena de pasos, ya se puede reconstruir árboles completos (parte leñosa y foliar) aunque es cierto que hay muchos más estudios en referencia a la reconstrucción de árboles sin hoja. El método es el mismo, pero efectivamente al tener hojas el sistema no diferencia bien la estructura entre ramas y hojas. La experiencia nuestra es sobre árboles sin hoja.

Grafo de Proximidad O PRIMERA FASE
Los pasos a seguir en la reconstrucción de árboles son:
  • Determinación de la conectividad entre puntos próximos
  • Obtención de rutas geodésicas desde el pie del árbol a todos los ápices o extremos de las ramas
  • Separación de los puntos de acuerdo a su distancia al pie en diferentes niveles
  • Reconstrucción de las ramas finales
La primera impresión al visualizar el escaneado que se ha hecho en campo es que ya se delinean las ramas y queda poco trabajo por hacer. Pero no es así. Al hacer un zoom se comprueba como se difumina la nube y aparecen puntos separados sin conexión: ¡La nube no es más que una lista de 10.000 o 100.000 puntos que no tienen relación entre sí! Lo que ocurre es que el cerebro con su criterio cognitivo es capaz de darle sentido.
Formatos de archivo: La mayoría de sistemas LiDAR trabajan con un formato de archivo binario denominado LAS desarrollado por la American Society for Photogrammetry & Remote Sensing (ASPRS); Se trata de un formato que permite el intercambio de ficheros que contienen información de una nube de puntos tridimensional.
Ejemplo de algoritmo de Dijkstra  para 6 vértices
A saco con “el saco”: Toca poner orden en el ‘saco’ de puntos. En primer lugar se establecen las vecindades entre puntos. Se relaciona cada punto con sus vecinos en función de la proximidad. Una opción para hacerlo es relacionar un punto con todos los que estén a una distancia “menor a”. Imagínese que por estar dentro de un mismo circulo, tres puntos A, B y C son vecinos, cuando en realidad A es vecino de B y B es vecino de C. Ocurre que B esta entre A y C. Bastaría con establecer la relación A-B y B-C para tener los 3 puntos perfectamente encadenados. El método se denomina triangularización de una nube de puntos y lo estableció el matemático ruso Boris Delaunay. Cuando se dispone de un “saco” tridimensional se llega a una malla de tetraedros (cuatro aristas que unen cuatro vértices) de la manera más equilátera posible.
Desgraciadamente el proceso es bastante tedioso y lento por lo que se emplea una solución de compromiso y que es conectar A con aquellos puntos más próximos en sectores de una esfera con centro A. Las conexiones establecidas entre los distintos puntos definen "el grafo de proximidad"
¿Grafo?: Se denomina así a una serie de puntos que tiene una estructura que los relaciona. El grafo de proximidad se puede definir con una matriz o tabla de N filas y N columnas. Si el punto i es vecino del punto j en la fila i, columna j (posición i,j de la matriz) se pone un 1 en caso contrario 0. Además en el caso que nos ocupa si i es vecino de j, j es vecino de i y también pondríamos un 1 en la posición j, i.

Rutas geodésicas O SEGUNDA FASE
Es el momento de establecer otra relación entre los puntos de la nube. Se llaman caminos de mínima distancia que unen todos los puntos con el punto inicial o “rutas geodésicas” o incluso “grafo geodésico”. A cada punto se le relaciona con un predecesor que lleva por el camino mínimo al punto inicial. El punto inicial elegido es un vértice del pie del árbol.
La implementación de esta 2ª fase se puede hacer mediante diferentes algoritmos. Por ejemplo el del especialista en computación Edsger Djikstra que es un algoritmo fijo que permite unir cada punto con el más cercano.
Si observa el lector el gráfico verá 6 puntos {a, b, c, d, e, f}, que se conectan entre sí a través de unas aristas (azul) Por ejemplo el vértice b está conectado con los vértices {a, c, d} Estas aristas azules serían el grafo de conectividad. Observese también que hay unos números rojos. Indican la distancia entre vértices (por ejemplo la distancia entre b y d es 5)
El grafo geodésico contiene los caminos mínimos de cada vértice a uno inicial. Seguimos mirando nuestro ejemplo. Si se decide que el vértice inicial es a, desde el vértice d hay diferentes caminos que llevan al a: {d, b, a}, {d, c, a} por ejemplo, siendo el más corto {d, b, a} con 9 unidades.
El algoritmo funciona paso a paso según se desarrolla en la tabla. Conforme se avanza en la tabla se indica en cada punto tratado la distancia mínima al punto inicial y su vértice predecesor. Si el vértice no está tratado indicamos que la distancia es infinita.
  • Paso 1: Se inicia el algoritmo con un grafo geodésico vacio y en cada paso se va añadiendo un punto al grafo. Se elige el vértice inicial (a) que tiene distancia geodésica 0 (la distancia de un punto al propio punto es 0) Se calcula la distancia de a hasta los vértices con que esta conectado (b y c) En este paso sólo figura en rojo y como vértice incorporado al grafo geodésico el punto a, los puntos b y c aparecen provisionalmente con una distancia geodésica
  • Paso 2: Se elige, de los puntos provisionales (b y c), el que tenga la distancia geodésica menor (en este caso es el c) y se incorpora al grafo geodésico (en rojo en la tabla) Se calcula la distancia geodésica provisional de los puntos conectados a c. Así sucesivamente cada paso consta de dos tareas: primero se elige, de los puntos provisionales (en negro en la tabla), el de distancia menor para pasar al grafo geodésico (el que ponemos en rojo) y segundo se reajusta la distancia de aquellos puntos conectados con el que pasa a rojo.
Grafo de Grupos
Al representar en un ordenador los caminos geodésicos de un árbol escaneado y hacer un zoom suficiente se verá un haz de hebras que van desde los ápices de las ramas secundarias, hasta el tronco y al pie pasando por las ramas primarias. Pero una hebra no tiene por qué corresponder con una rama. Lo normal es que haces de hebras en paralelo se formaran a lo largo de las distintas ramas del árbol.
La manera de obtener las ramas de las ‘hebras’ geodésicas es utilizando un paso intermedio, que se denomina grafo de grupos. Se trocean los caminos en función de su distancia al pie del árbol. Imaginemos que el camino más largo detectado en la nube es de 4 m y decidimos dividir los puntos en grupos de 40. Separamos los caminos geodésicos de acuerdo a su distancia al pie en tramos de 4.000 mm/40 = 100 mm. Así los puntos a 100 mm del pie pertenecen al grupo 1, los puntos de 100 mm a 200 mm al grupo 2, etc. Vamos formando los tramos de ramas con vértices del mismo grupo. Todos los vértices del grafo geodésico que pertenecen al grupo 1 formarán parte del pie del tronco. Lógicamente en las ramas finales tendremos, por poner un ejemplo vértices, del grupo 30 que son de distintas ramas en las que se ha ido desarrollando el árbol. Para separar unos de otros ponemos el criterio que los vértices estén conectado en el grafo de vecindad. Las hebras de un mismo grupo conectadas por vecindad serán tramos de una rama. A su vez el grafo geodésico permite determinar la relación jerárquica entre tramos de rama. Cuál es la rama predecesora o que ramas descienden de una misma.
Reconstrucción árbol (www.grap.udl.cat)

Construcción de ramas finales
Los grupos obtenidos en el proceso anterior se depuran y se construye la geometría de las ramas. Un proceso común de depuración es optimizar los centros de gravedad de todos los grupos. Se comprueba todos los grupos entre si permutando los vértices de forma que el cambiar un punto de un grupo a otro no aumente las distancias al centro de gravedad. Es un proceso que busca la mejor compactación posible.
A continuación se suele modelar la rama con un cilindro, lo que obliga a determinar la dirección del eje. Esto requiere un método matemático que es similar al que emplea Excel a la hora de calcular la línea de tendencia de un grupo de puntos (x,y). Se construye una matriz M, donde en cada fila se pone (x-Gx, y-Gy, z-Gz), siendo G el centro de gravedad del grupo, la línea de tendencia es el autovector del mayor autovalor de la matriz Mt.M

Una vuelta de tuerca
Reconstrucción melocotonero
El proceso de generación de grupos admite métodos más sofisticados. Dado que los puntos están en una malla interconectada puede haber casos en que no esté tan claro en qué grupo debe ir un punto intermedio. Parece intuitivo que deba ir al grupo que está más cercano. El método explicado arriba que minimiza la distancia a los centros de gravedad es sólo uno de los criterios aplicables. Pero no siempre la distancia es un buen criterio, a veces el criterio que debemos adoptar es con que grupo está mejor conectado el punto. Por entenderlo supongamos una población que está en el límite entre dos grandes capitales. ¿A qué capital acudirán frecuentemente los habitantes, a la más cercana en distancia, o la que tenga más o mejores carreteras de comunicación?
Ponderar qué punto está mejor interconectado requiere un alambicado proceso matemático que si acepta el lector se puede explicar de forma muy resumida diciendo que se trata de construir una matriz de conectividad (D) análoga a la usada grafo de proximidad, pero que en lugar de 0 y 1 almacena la inversa de la distancia de cada punto i,j (1/d(i,j)) Y otra matriz W diagonal en la cual el valor de cada elemento (i,i) es la suma de todos los elementos existentes en la columna “i” de la matriz D.

Reconstrucción perales en espaldera
Con ambas matrices se construye otra matriz L = W – D, que se denomina Laplaciana (en honor al matemático Pierre Laplace) Los datos a la “coctelera matemática” y, con mucho tiempo, se calculan los autovectores y autovalores que ayudará a ponderar la conectividad entre los puntos de la malla. El truco de la matriz Laplaciana permite obtener una métrica, una forma de medir los puntos que acerca entre si puntos más interconectados.
Este método es aún más costoso que los anteriores por lo que estamos evaluando si sus beneficios compensan a los elevados incrementos en coste de procesamiento de ordenador.
En el mundo frutícola, disponer de información objetiva y fácil de obtener sobre la estructura y la forma de los árboles es de vital importancia para operaciones como la poda y el aclareo así como para el riego y la fertilización. La generalización de este u otros sistemas y procesos sin duda ayudará a los fruticultores a tomar mejores decisiones en un futuro no muy lejano.

viernes, 23 de septiembre de 2016

COSECHADORAS: ¿HAY ALGO DE NUEVO? (Parte II)

(Foto Flickr Philippe03)
Con la 1ª parte del artículo expuse que la idea del mismo era repasar los avances que había habido en la "máquina mágica" de recolección, la cosechadora, en los últimos 50 años. Es decir, comparar cosechadoras con cosechadoras y no retrotraerse aún más en el tiempo, cuando la recolección se hacía en serie: segadoras gabilladoras, trilladoras, aventadoras...
En la 1ª parte se repasó la cosechadora "por fuera" (cabinas y luces) y también el bloque de siega.
Veamos que hay de nuevo en el sistema de trilla, limpieza y automatismos.

BLOQUE DE TRILLA: EL CORAZÓN
Es el "corazón" porque aquí se produce la separación de paja y grano. Es el bloque que, con diferencia, más energía consume de la máquina.
La tendencia de las nuevas máquinas se encamina a aumentar la superficie de trilla. Básicamente existen 3 sistemas de trilla:
Sistema convencional: con cilindro y cóncavo perpendicular a la máquina. Un "pesado" cilindro de barras que gira sobre su eje a poca distancia de un cóncavo ("negativo", en parte de 100 a 130 º, del cilindro) Es el sistema más empleado por la mayoría de fabricantes y el más popular por número de ventas en Europa.
Lely-Mähdrescher (foto wikipedia)
Sistema de rotor axial: en este caso el cilindro y cóncavo se sitúan de forma longitudinal a la máquina. El sistema de limpieza por sacudidores se elimina o se reduce considerablemente. Puede haber 1 o 2 rotores axiales. Las máquinas axiales suelen tener mayores dimensiones que las convencionales y están muy introducidas en mercados como el norteamericano (tengo datos de que allí el 80 % son axiales) Hoy la mayoría de fabricantes disponen de modelos con rotor axial aunque quizá el modelo más representativo, en España, de la tecnología pueda ser la Axial Flow de Case IH
Axial Flow Case IH
En general, su diseño mecánico es más simple permitiendo reducir la longitud total para la misma capacidad que una convencional. Otras ventajas se asocian a que son menos ruidosas por tener también menos vibraciones.
Sus defensores les atribuyen alto rendimiento debido a que el proceso de trilla y separación se realiza en la mitad de tiempo que en una convencional. El conjunto del cilindro está formado por el cóncavo de diseño escalonado para trillar y separar y el rotor con barras raspadoras para friccionar la cosecha contra la parrilla.
Utilizar 1 o 2 rotores longitudinales va en características de diseño aunque ya son más habituales las máquinas con 2 rotores porque sus defensores aseguran que se reducen mucho las vibraciones debido al equilibrio que se obtiene por dotar a sendos rotores de sentido inverso de giro.
Sistema híbrido: Mezclan los dos anteriores. El cilindro y el cóncavo se coloca en posición transversal pero se sustituyen, bloque de limpieza, los sacudidores por unos rotores similares a la máquina de rotor axial. Claas es un buen representante del sistema con su APS Hybrid System.
APS Hybrid System de Claas (Vídeo)
El sistema más utilizado es el convencional. La idea original de cilindro y cóncavo se mantiene desde los primeros diseños pero efectivamente el “corazón” de la máquina ha cambiado mucho y hoy se tiende a incrementar la superficie de trilla aumentando el número de cilindros auxiliares o variar los diseños de dichos cilindros como la opción de jaula o de dedos trilladores.
Se han establecido trampas de piedras; y sistemas de variación de velocidad del cilindro según estado de la mies (cantidad y grado de humedad); Se han diseñado cilindros de gran diámetro y gran masa para buscar una buena inercia a la par que se ha conseguido mejores y duraderos equilibrados; Se han incorporado cilindros de dientes o dedos que se recomiendan para algunos cultivos como el arroz y otros de barras más indicados para el cereal de invierno.
Desarrollo para Massey Ferguson de Henry Parnel
En cuanto al cóncavo también se ha mejorado su geometría para hacer más eficiente la trilla. Uno de las mejoras consiste en adaptar su geometría para optimizar el nº de cilindros auxiliares. También se ha mejorado mucho en el tema de la regulación automática conjunta con el cilindro con el fin de adaptarse al cultivo y romper la mínima cantidad de grano posible.

BLOQUE DE LIMPIEZA
Se opta por sacudidores en los sistemas convencional y mixto o bien por el rotor limpiador en las de flujo axial.
Los sacudidores son una estupenda opción en el proceso de separación: son efectivos y absorben, relativamente, poca potencia.
En general se ha ido incrementando el número de rampas o escalones (desde las 4 en los años 80 hasta los 6, 8 y hasta 11 que se pueden encontrar hoy)
Los ventiladores se han hecho más efectivos y por lo tanto absorben menos potencia. El ventilador más popular sigue siendo el de paletas axiales pero se ha ido sustituyendo la chapa y la madera de balsa que se utilizaban hace unos años por material polimérico. Para reducir la potencia absorbida por los ventiladores se busca utilizar el efecto Venturi que lo que hace es optimizar la corriente de aire pues genera una baja presión que lo que consigue es introducir aire adicional en el sistema, es decir aumenta el volumen de aire.
En cuanto a otros elementos propios de este bloque como el ahuecador o las cribas no hay mucho más que aportar.
Con los sistemas axiales todo es nuevo puesto que hace 50 años el diseño no existía. En este diseño los separadores rotativos realizan tanto la función de trilla como la separación del grano restante. El movimiento del tamo es de delante a atrás donde se coloca un batidor para recuperar los granos y expulsar la paja.
Descarga: En cuanto a la etapa posterior, descarga, si que se ha variado mucho sobre todo la velocidad de descarga de las máquinas y se ha incluido cada vez más los picadores de paja para sobre todo aquellos agricultores que optan por la siembra directa. Los picapajas se han perfeccionado y hoy no dejan trozos mayores a 8-10 cm siendo además los esparcidores efectivos dejando la paja en toda la anchura de corte.

AUTOMATIZACIÓN
Sin duda donde más diferencias encontrará el cliente de una cosechadora de 1985 si acaba de comprar una de 2015. Treinta años de desarrollo y además donde el sector de la electrónica aplicada más empujón ha sufrido son muchos.
Hoy la automatización de manejo es un estándar. Tareas como la regulación programable para cada cultivo, con la posibilidad añadida de mantener en memoria todos los parámetros de regulación de trilla (velocidad y separación) son habituales.
  •    Agricultura de Precisión (AP): Las máquinas nuevas con especificación alta incorporan sistemas como los monitores de rendimiento y la conexión GPS para obtener los plazos de rendimientos de cosechas por m2 de superficie recolectada. Ningún fabricante se ha quedado fuera de esta posibilidad y todos la ofrecen en sus máquinas más especificadas: GREEN STAR (John Deere); FIELD STAR (AGCO), AFS (Case), LAND MANAGER (New Holland), CERBIS INFORMATION SISTEM (Claas)
  •    Sensores de rendimiento: conjuntando el sistema de documentación con los sensores de rendimiento se pueden crear mapas de rendimiento
  •     “Cableado inteligente”: Los sistemas de comunicación Can Bus son capaces de enviar y recibir información de sensores y actuadores a la vez que se reduce el uso del cable convencional de cobre
  •     Guiado y autoguiado: Comunicación GPS que permite seguir y poder controlar a las máquinas en tiempo real desde una oficina y la capacidad de proporcionar ayuda al guiado o incluso autoguiado al operador de la máquina
  •    Sistemas de documentación y telematría: Sistemas de documentación para registrar la información de la máquina (área trillada, consumo, tiempo de trabajo…)
LA CALIDAD DE LA RECOLECCIÓN
Sacudidores
Sin duda donde más se notará el uso de una máquina de última generación en comparación con una de hace 30-50 años es en la calidad. A pesar de que las máquinas actuales pueden tener una calidad de recogida muy superior a sus predecesoras todavía el proceso depende mucho de profesionalidad del maquinista. Así que ojo con la regulación, un mal maquinista con una buena máquina puede hacer que esta quede eclipsada. 
Las máquinas actuales admiten mucha más regulación que las antiguas y cualquier máquina ya de calidad media incorpora regulación de altura de corte, velocidad de avance, velocidad del molinete, velocidad de rotación del cilindro, separación cilindro-cóncavo, velocidad de giro del ventilador, etc.
New Holland Hillside especial para laderas

OTROs CONCEPTOs como la cosechadora para laderas
Aquellas máquinas que deben trabajar en pendientes por encima del 7-10 % necesitan una serie de elementos que las haga útiles. Son cosechadoras que son capaces de autonivelarse para que siempre el cuerpo de la máquina se mantenga en horizontal mientras que la plataforma de corte está paralela a la superficie del terreno.
Se han conseguido diseños espectaculares y con las máquinas actuales resulta difícil encontrar parcelas en las que una cosechadora de laderas moderna no pueda trabajar con
un nivel de calidad casi idéntico al del trabajo en terreno llano.

Cosechadora Rostselmas (foto Johan Viirok)

jueves, 15 de septiembre de 2016

ANÁLISIS DE VENTAS DE TRACTORES Y COSECHADORAS EN ESPAÑA: 8 PRIMEROS MESES


Veamos como va la venta de tractores y cosechadoras en España durante los 8 primeros meses. Si hace unos meses analizamos el comienzo del año con el 1º trimestre ahora ya se pueden sacar conclusiones de cómo será el ejercicio 2016.

LOS 10000 “CORTOS”
En marzo hablaba de que la cifra rondaría las 10.000 udes. ahora con más datos pues también me mantengo en esas cantidades, quizá un poco a la baja pero más o menos. Con los cierres del mes de agosto la cifra total de tractores vendidos es de 6.678 unidades que auguran por lo tanto que el final del año esté rondando esa cifra "mágica" de las 10.000
Ventas 8 primeros meses por marcas
¿Y las marcas?: En cuanto a los marcas no hay ningún cambio digno de ser observado. John Deere es la marca más vendida con 1486 tractores (22,2%) seguido de New Holland con 1209 (18,1 %) De esta forma John Deere recupera el liderato que en el 1º Trimestre había perdido a favor de “los azules”. La 3ª marca sigue siendo Kubota, podium que repite igual que en 2015 e igual que en el 1º Trimestre del 2016. Sin embargo destaco que de las 586 udes. vendidas (8,8 % de penetración) en estos 8 primeros meses me sorprende que solo haya vendido 7 tractores del flamante M7. ¿No ha gustado el tractor? ¿Demasiado caro? ¿Poca confianza de los clientes potenciales hacia el nuevo sector de potencia de los “naranjas”? ¿Una red poco preparada para este producto?... Solamente se han vendido según los datos del ROMA (Magrama) 7 unidades (5 del M7 151 y 2 del M7 171)
Por grupos: Analizando las ventas por grupos entonces CNH se aupa a la 1ª posición con 1709 tractores (25,6 %); el 2º lugar es para John Deere con esas 1486 udes. (22,2 %) y el 3º lugar para AGCO, 816 udes, o el 12,2 % del mercado.

COSECHADORAS
Ventas 8 primeros meses por grupos
Con el ejercicio prácticamente acabado pues poco diferirán las cifras de diciembre a estas de agosto ya se puede ver como ha ido el mercado.
Año, por lo general, de grandes producciones de cereal de invierno que no se han traducido en mayor número de ventas de máquinas.
Efectivamente se trata de un mercado “maduro” y las oscilaciones son mínimas.
En total en los 8 primeros meses se vendieron 277 cosechadoras.
Ranking de marcas: El líder en ventas ha sido Claas con 91 máquinas, seguido de New Holland con 85 y de John Deere con 64. El resto queda bastante lejos: 16 unidades Deutz, 15 Case iH; y 3 cosechadoras Massey y otras 3 Fendt

miércoles, 7 de septiembre de 2016

COSECHADORAS DE CEREAL 1985-2015: ¿HAY ALGO DE NUEVO? Part. 1

John Deere 965
COSECHADORAS 1985-2015, LA EVOLUCIÓN
Lo habitual al leer un artículo en cualquier revista de divulgación sobre maquinaria agrícola es que el autor repase los diferentes bloques de trabajo que conforman una cosechadora.
En este post sin embargo quiero optar por hacer eso mismo pero enfocado a conocer los principales desarrollos tecnológicos que incorpora una cosechadora actual comparada con la generación anterior, digamos por ejemplo, 1980-85
Historia de cambios y perfeccionamiento: Efectivamente, existe una historia que ha ido evolucionando los diseños. Se han marcando etapas, avances técnicos, normativas de seguridad y de emisión de gases… y que a la postre han dado forma a la cosechadora actual.
Claas Lexion
Era 1938 cuando se presenta en Australia una primera cosechadora autopropulsada con motor de gasolina. Pero la pregunta que debemos hacernos es otra y es ¿si comparamos y ponemos a trabajar a dos cosechadoras, una “abuela” de 1980 y otra “novedosa” del 2015 habrá muchas diferencias? Está claro que hay dos puntos de vista. Por una parte está la visión del cliente, del cosechero-maquilero, el que maneja la máquina. En este punto de vista influye la comodidad, la capacidad de trabajo nocturno, las ayudas a la conducción, el autoguiado… Pero existe otro punto de vista, el del agricultor, el de la persona que contrata los servicios y que en definitiva “le importa un bledo” la comodidad de la máquina y lo que se pregunta es si la nueva cosechadora le va a dar menos pérdidas, un mejor reparto del tamo, granos más enteros, en definitiva más rendimiento de su cosecha, menos tiempo de operación que a la postre significa que el cosechero puede cobrarle menos por hora o por hectárea cosechada.
Evolución ventas (Datos ROMA 1990-2015)

LA COSECHADORA en el mercado global de la maquinaria agrícola
España no es un país con “peso” en el mercado global de cereales pero aún así somos un buen país "escaparate" y por eso en nuestro territorio están presentes las marcas más importantes y representativas fabricantes de cosechadoras.
En la “aldea global” hay mucha marcas pero nombrado a Claas, New Holland, John Deere, Deutz-Fahr, Fendt-Massey, Case… es decir casi todo en el sector de la recolección de cereal.
Ventas por marcas (2011-2015) (Datos ROMA)
El mercado español de cosechadoras nuevas es “pequeño” y además “menguante” sin embargo el parque según datos del MAGRAMA está en torno a las 50.000 unidades inscritas aunque el mismo Ministerio piensa que solo unas 25.000 estarían operativas.

DESDE LOS ´80: NOVEDADES
POR FUERA (análisis de cabinas, neumáticos e iluminación):
Posiblemente lo que antes llamaría la atención entre las cosechadoras de 1980 y 2016 es que han crecido en tamaño.
Efectivamente ha crecido la “caja” pero también los cabezales se han ido alargando; Y eso ha implicado tolvas de más capacidad; 
Puesto conducción moderna New Holland
Cabinas: han mejorado de forma considerable. Los diseños son muy ergonómicos con palanca multifunción (joystick) que puede servir para el control hidrostático de la velocidad de avance como del control del molinete, la presión de flotación o el control de altura de rastrojo.
Los monitores ofrecen la información y el acceso a ajustes de cosechas, cribas, alarmas…
Se ha estudiado mucho la insonorización y la hermeticidad; Se han conseguido fantásticos asientos; Popularizado el aire acondicionado incluso con climatizador; Mejoras en la visibilidad con enormes superficies acristaladas y el tintado de lunas que actúan de filtro solar; Cámaras de videovigilancia que aumentan el control del operario y de forma sobremanera la seguridad; Asiento acompañante que se transforma rápida y fácilmente en oficina de campaña…
Neumáticos: Cada vez más anchos y con más capacidad de carga; En los últimos años se han popularizado los neumáticos de baja presión; Se ha introducido la doble tracción (ruedas traseras directrices pero también motrices); El aumento del número de máquinas con tracción a través de orugas de caucho sustituyendo a la rueda convencional.
Iluminación: a base de LED´s, H9 y xenón que hacen que una cosechadora 2016 pueda “convertir la noche en día”. La eficiencia lumínica actual era impensable en los años 80 pues además se dispone de iluminación específica para el sinfín de descarga, para los laterales para la parte trasera.

POR DENTRO: Análisis del motor, bloque de siega, de trilla y de limpieza
MOTOR
En este apartado la renovación también ha sido total, no ya porque el motor introduzca cambios con respecto a las líneas tecnológicas generales de diseño de los años 80 si no por los niveles de emisiones que se han ido imponiendo desde la Administración y que ha representado el rediseño de órganos anexos al motor para intentar cumplir la normativa.
Los precedentes
El nivel de emisiones se ha ido recrudeciendo y ya hoy los modelos se venden en Fase III b y IV. Los fabricantes o bien se han decantado por EGR, catalizador de oxidación DOC y filtro de partículas DPF, por ejemplo, la serie W de John Deere, o bien por el postratamiento de gases de escape mediante reducción catalítica SCR con la adición de un agente reductor como el Adblue. O bien, con la entrada de la Fase IV b incluso con la unión de ambas tecnologías.
Si el tamaño crece lógicamente la potencia también y si bien hay cosechadoras pequeñas con motores de 150 CV también las encontramos con motores de ¡700 CV! Y con “plus de potencia” por la gestión electrónica del motor.
TRANSMISIÓN Y VELOCIDAD
Prácticamente la totalidad de las máquinas incorpora una transmisión hidrostática que alimenta a los motores hidráulicos que van en las ruedas, habiendo o bien 2 motrices y 2 directrices o las cada vez más frecuentes 4 motrices y 2 de ellas también directrices. Por supuesto la estructura de la máquina obliga a que las ruedas mayores estén en “cabeza” pues son las que soportan mayor peso y siempre son motrices.
La caja de cambios es “simple” y se suelen usar cajas de 3+1 velocidades para un rango de velocidad entre 2 y 20 km/h aunque ya hay modelos que en transporte pueden llegar a los 40 km/h
En cuanto a la transmisión del movimiento a las diferentes partes móviles se han conseguido diseños más “sencillos” reduciendo el número de correas y ejes cardánicos.
BLOQUE DE SIEGA
Ayer y hoy
Por lo general se puede afirmar que el cabezal o peine ha “crecido” y si bien lo normal es encontrar anchuras de corte entre los 4 y los 8 m también es factible llegar a cabezales modulares de hasta 15 m
Los materiales de fabricación se han aligerado a la par que se les daba más resistencia. Por ejemplo las cuchillas y las contracuchillas son ligeras, fabricadas en acero con bajo contenido en carbono, pero el tratamiento que incorporan alargan los periodos de afilado y tienen alta resistencia al impacto. Se cuida que la cuchilla corra bien por la “guarda” para optimizar el corte pero también reducir potencia necesaria de accionamiento. También se puede gestionar la posición de la plataforma de corte con las cuchillas.
Una de los avances más significativos es que ahora las cosechadoras son más “específicas” (entiéndase esa "especifidad" a que se dispone de cabezales específicos para el cultivo que va a cosechar)
En cuanto al molinete y sinfin no hay demasiadas diferencias salvo el normal perfeccionamiento tecnológico que se va introduciendo en cada nuevo modelo debido a que los servicios de postventa van recogiendo comentarios de mejora de los clientes. Una cualidad a destacar está en los dedos retráctiles que ahora es común verlos fabricados en polímero plástico o en acero al boro. También destaco el ajuste hidráulico del molinete desde cabina. Los sinfines disponen de inversor de giro para eliminar atascos de materia.
Otra mejora está en la banda elevadora desde la embocadura hasta el sistema de trilla y que se fabrica en caucho pero con sistemas de autotensionado por medio de muelles y rodillos.
"Peine" de siega de cosechadora New Holland capaz de trabajar en laderas
Por último en el bloque de siega hay que destacar la influencia de la electrónica. Ahora una cosechadora moderna puede mantener un control automático de la altura del cabezal. Unos sensores miden la distancia del cabezal al suelo y mandan señal a los cilindros de control de altura.

Próxima semana: Continuación con el análisis al Bloque de trilla; Bloque de limpieza; Automatización de la máquina; Calidad de la recolección.