martes, 25 de octubre de 2016

CONDUCCIÓN EFICIENTE DEL TRACTOR AGRÍCOLA

Parte de los asistentes escuchan al técnico de New Holland
objetivo
promotor: El promotor ha sido el instituto Madrileño de Investigación y Desarrollo Rural, Agrario y Alimentario (IMIDRA) que ha organizado un curso sobre cultivos extensivos para jóvenes agricultores que se incorporan a la actividad agraria. Sin embargo el día de pruebas, el 20 de octubre del 2016, se decidió organizar una jornada de puertas abiertas para todos aquellos agricultores que quisieran observar los resultados. La idea era hacer, a pequeña escala, una repetición del curso que ya en su día organizó el Ministerio de Agricultura en San Fernando de Henares pero ahora de forma más “humilde” puesto que no se tendrían en cuenta ni el factor apero (todos los ensayos se hicieron con la misma regulación del apero) ni el factor neumático (el tractor siempre calzó los mismos neumáticos y con la misma presión) 
Lugar: Tanto el curso como los ensayos se organizaron en la finca que el IMIDRA tiene en Aranjuez, concretamente en la finca La Chimenea; Cortijo de San Isidro.

TRACTOR Y APERO
Tractor:
New Holland tuvo a bien prestar uno de sus tractores para realizar las pruebas que habíamos programado. El tractor prestado ha sido un New Holland T7 225 con transmisión CVT (Autocommand) y con disposición de autoguiado.
Motor: Se trata de un tractor equipado con un motor de la “casa”, un FPT  de 6 cilindros y 4 válvulas por cilindros que cubica 6728 cm3 y con turbo intercooler, common rail y en fase Tier 4B (fase 4) con catalizador por adicción de urea (SCR) Una planta propulsora con gestión de potencia (overboost)
Curvas de potencia, par y esquema CVT
El motor entrega una potencia máxima de 200 CV que se convierten en 225 CV con la gestión de potencia y un par máximo de 840 Nm a 1500 rpm (940 Nm con gestión de potencia)
Transmisión: Infinitamente variable (CVT) desde 0,2 a 40 km/h a 1550 rpm
Hidráulico: Es de centro cerrado con línea sensora (caudal a la demanda) CCLS y un elevador electrónico (EHC)
Pesos: La unidad probada disponía de elevador frontal con una pesa de 1000 kg. Los pesos por eje han sido de 5.510 kg en el eje delantero y 5.210 kg en el trasero o lo que es lo mismo un reparto de pesos de 48/52 (ET/ED)
Neumáticos: MICHELIN Multibib 650/65R42 y 540/65R30
Apero:
Grada de discos en V de la empresa oscense Gascón International; 44 discos (26´´); 4700 kg; 110 kg/disco; 5,2 m ancho de trabajo 
Toma de datos e instrumentación:
Al ser una jornada totalmente práctica con el objetivo claro de mostrar a los agricultores presentes el potencial ahorro de combustible obtenido por las buenas prácticas a la hora de su conducción, se dispuso de la toma de datos que proporciona el tractor a través de su centralita (Electronic Service Tool) Con un ordenador conectado a dicha centralita elegimos los canales de información que queríamos controlar (Consumo instantáneo; Régimen de giro; Par; Potencia)
Grada utilizada en el ensayo

Ensayos
Todos los ensayos se realizarán con una velocidad objetivo de 6,5 km/h; mismo apero y misma profundidad. A pesar de que la parcela es prácticamente llana se ha preferido hacer el ensayo tanto en la calle de ida (I) como en la de vuelta (V) para así eliminar de los resultados la acción de la posible pendiente.
1.- Ensayo:
Se mide el deslizamiento trabajando en simple y doble tracción. También se medirá la diferencia de consumo por trabajar en simple o doble tracción.
Ensayo 1 (M21STnb): Manual, 2100 rpm, ST, sin bloqueo diferenciales
Ensayo 2 (M21DTb): Manual, 2100 rpm, DT, bloqueo diferenciales
Efecto tracción: Comparando los E1 y E2 se calibra la diferencia en la tasa de deslizamiento así como en la eficiencia en el consumo por trabajar en ST o DT
2.- Ensayo:
Cálculo de la variación en consumo por trabajo en la zona óptima o a potencia máxima: Este ensayo se hace conduciendo el tractor "en manual" y a 2 regímenes distintos, 1800 y 2100 rpm
Ensayo 2 (M21DTb): Manual, 2100 rpm, DT, diferenciales bloqueados
Ensayo 3 (M18DTb): Manual, 1800 rpm, DT, diferenciales bloqueados
Efecto régimen: Comparando el E2 y el E3 se verá el efecto régimen viendo las diferencias en consumo
3.- Ensayo:
Determinación de la variación en consumo por trabajo con gestión automática o gestión manual del tractor: se analizan los consumos colocando el tractor en “manual” a 1800, 2100 y posterior trabajo del tractor en "automático" (gestión conjunta motor-transmisión)
Ensayo 4 (ADTb): Automático; DT; bloqueo diferenciales
Efecto transmisión: Al comparar los ensayos 1, 2, 3 y 4 se puede poner en evidencia el efecto transmisión al seleccionar “manual” o con el sistema de gestión automática transmisión-motor
Ensayo 5: Sin toma de datos se procedió una vez acabados los ensayos y mientras se procesaban los datos obtenidos a subir a los asistentes a probar el sistema de autoguiado del tractor.
Resumen de resultados
RESULTADOS
Ensayos 1 y 2:
Medida del deslizamiento: En primer lugar hago constar que la medida del deslizamiento se hizo en condiciones diferentes a las del ensayo comparativo ST y DT. Debido a que en el día elegido (20/09/16) nos sorprendió una lluvia persistente el ensayo del deslizamiento se hizo con la tierra en un estado nada adecuado para el trabajo. El resto de ensayos por el contrario se hizo en un estado del terreno ideal para la labor de grada. Por eso se constata unas tasas de deslizamiento muy superiores a las que se obtendrían en condiciones de trabajo en tempero.
El deslizamiento se resume en un perjuicio debido al aumento en el consumo de energía y la disminución de la capacidad de trabajo. También incrementa el desgate de los neumáticos y causa daños a la estructura del terreno. La medición se hizo de forma manual con la ayuda de los agricultores asistentes. 
Las tasas obtenidas fueron de un 12 % para el trabajo en DT y del 27 % en ST (vuelvo a recordar que este ensayo se hizo en condiciones del terreno nada adecuadas debido a la gran cantidad de lluvia caída)
Ahorro comparativo ensayos 1 y 2: Los consumos obtenidos fueron de 23,8 L/h en el trabajo con simple tracción a 2800 rpm y con la opción de no bloqueo de los diferenciales; Mientras que en doble tracción y con los diferenciales bloqueados se obtuvo un consumo de 23,1 L/h; 23,8-23,1=0,7 L/h Que supone un 3% de ahorro en consumo horario pero ojo porque por los motivos explicados de las condiciones meteorológicas no se midió en estas pasadas el deslizamiento y esto hubiese supuesto que el ahorro en litros por hectárea hubiese sido mucho más llamativo.
Ensayos 2 y 3:
En el ensayo 3 con el motor a 1800 rpm y el resto de condiciones igual se tuvo un consumo de 20,6 L/h
Ahorro E2 E3: 23,1-20,6=2,5 L/h Lo que supone un 12,2% de ahorro por “llevar el tractor a régimen”
Ensayos 3 y 4:
En el ensayo 4 con el tractor en posición “auto” (gestión conjunta de motor y transmisión) se baja el consumo a 19,2 L/h
Ahorro E3 y E4: 20,6-19,2=1,4 L/h que representa un ahorro del 7,3%

Ahorro total: Comparando el ensayo más ahorrativo (E4) con el menos racional (E1) se obtiene un ahorro conjunto de 23,8-19,2=4,6 L/h Y que es nada más y nada menos que un 19,3% que son las cifras que en realidad esperábamos conseguir.

 
Prácticas de autoguiado tras la terminación de los ensayos

martes, 18 de octubre de 2016

AHORA ¿QUIÉN Y CÓMO SE PUEDE PLANTAR VIÑEDO EN ESPAÑA?


AYER Y HOY
El 1 de enero de 2016 entró en vigor el nuevo sistema de autorizaciones de viñedo que ha sustituido al régimen de derechos de plantación vigente en la UE durante tres décadas.
A partir de ahora, el productor que quiera ampliar su explotación vitivinícola deberá contar con una autorización administrativa para poder hacerlo. Hasta ahora la superficie era transferible entre particulares a través de los denominados derechos de plantación.

2016
En el primer año de aplicación, el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAGRAMA)  ha fijado el número de nuevas hectáreas en 4.173 que representa el 0,43 % de la superficie nacional de viñedo en 2015 y que es inferior a los números, 0,6 %, que históricamente se venían transfiriendo entre particulares en España y también inferior a los números de Italia y Francia que han decidido optar por aplicar el porcentaje máximo permitido por la UE que es del 1% de la superficie. Aunque ojo porque ese 1% teórico anual son unas 9000 ha de viñedo y eso significa que puede originasen muchos desequilibrios con este porcentaje si sobre todo se concentra en determinadas regiones.

¿Cómo se autorizan nuevas plantaciones?

La normativa comunitaria fija ahora 3 posibles vías para obtener la autorización de plantación:
  • Arranque de un viñedo
  • Reconversión de derecho vigentes hasta el 31-XII-2015. Estos derechos históricos se deberán convertir en autorización administrativa
  • Optar al cupo que la Administración ponga cada año a disposición de viticultores (máximo el 1% de la superficie nacional) y que se muestra especialmente receptiva a los consejos que los propios Consejos Reguladores de las Denominaciones de Origen Protegidas (DOP) y otras organizaciones profesionales transmitan

Ahora si un viticultor decide arrancar la parcela para sustituirla lo comunica, igual que antes, a la Administración y se solicita la autorización para plantar en la misma parcela o en otra de su explotación. Pero en el caso de querer aumentar su superficie con nuevas plantaciones entonces hará la solicitud administrativa en su Comunidad Autónoma y ahí se decidirá si se le conceden o no. Las autorizaciones tienen una validez de 3 años y el agricultor que no la use en ese tiempo la perderá además de poder ser sancionado.
Si la suma en hectáreas de todas las solicitudes no excede el límite establecido a nivel estatal entonces deberán aceptarse todas.
En el caso de excederse entonces se aplican algunos criterios de prioridad como es la incorporación de personas con capacidad profesional, preservación del entorno, replantación por concentración parcelaria o expropiación, replantaciones que permitan aumentar la competitividad de la explotación replantaciones para incremento del tamaño de pequeñas y medianas explotaciones.

Y EL AGRICULTOR
En principio los agricultores pierden su patrimonio histórico. Hasta el 2016 un viticultor “heredaba” los derechos familiares y podía comprar o vender esos derechos. Con las nuevas autorizaciones ese patrimonio se pierde y esto es muy grave pues supone un importante quebranto al patrimonio del viticultor. No sé hasta que punto no puede pasar lo mismo que ha pasado con el fin de las cuotas en el sector lácteo y que tan malas consecuencias ha tenido para algunos ganaderos.
De momento yo no sé más de lo que aquí he escrito, según vaya enterándome de algo más lo iré actualizando.


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, o en técnicas en biología, también en maquinaria. A pesar de ello, no es menos cierto que existen otros campos tecnologícos en los cuales 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 Deutz-Fahr C9000 con motor Mercedes de 7,7 L

Cosechadora Rostselmas (foto Johan Viirok)