Detecció de la deriva mitjançant sensors lidar

Mesura de la deriva

Existeixen diferents tècniques utilitzades per a mesurar la deriva de pesticides a l’aire, com són les anàlisis químiques, l’ús de traçadors i els sistemes làser LIDAR (LIght Detection And Ranging); aquest últim és en el que es centra aquesta línia de recerca. Les anàlisis químiques es basen en l’extracció i anàlisi dels pesticides presents en l’aire mitjançant tècniques cromatogràfiques. Els traçadors són substàncies que permeten simular el transport dels pesticides per l’aire, essent els més utilitzats els tints visibles o fluorescents, les sals metàl·liques i els isòtops radioactius.

L’estudi de la deriva es realitza normalment mitjançant experiments de camp basats en la utilització de col·lectors puntuals situats a prop del lloc on s’està tractant, que intercepten la ploma d’aerosols generada (veure Figura 1). Les principals limitacions que presenta aquest mètode són (Gregorio, E., 2012):

No proporciona informació sobre l’evolució temporal del núvol de pesticides.
Els col·lectors només ens donen informació d’un punt concret.
La informació en 2 (superfície) o 3 dimensions (volum) no és possible.
L’eficiència dels col·lectors està molt lligada a les condicions meteorològiques i es necessiten molts recursos de personal i de temps per portar a cap els assajos.

Figura 1. Mesura de la deriva de pesticida, extreta de Gregorio (2012). Es mostren quatre màstils: un d’ells subjecta un anemòmetre mentre que els altres tres subjecten fils de niló (2 mm de diàmetre). També es poden observar diversos col·lectors horitzontals (fulls de paper de filtre) col·locats sobre el terreny per mesurar la deriva terrestre.

L'aplicació de tècniques de teledetecció LIDAR per mesurar la deriva en l'aire permet superar les limitacions anteriors.

Sistemes LIDAR

Un sistema LIDAR és un instrument de teledetecció similar a un radar, amb la diferència que emet llum (làser) enlloc d’ones de radio. El funcionament d’un LIDAR consisteix en l’emissió d’un feix làser cap a un blanc (en aquesta aplicació, el blanc està constituït per un núvol de deriva provinent de la pulverització) que retrodispersa parcialment aquesta llum (és a dir, retorna cap al receptor). Elsfotonsque arriben al receptores recullenambun telescopi i un sistema fotodetectoris'enregistrencomuna funciódel temps (Figura 2). Coneguda lavelocitatde la llum(~ 3x10⁸m/s) podem calcular la distància que han viatjat els fotons d’anada i tornada (temps de vol). La interacció entre el feix làser emès (generalment polsat) i els aerosols i molècules atmosfèrics està subjecta a les lleis de dispersió o scattering (Rayleigh, Mie y Raman, principalment) i d’absorció, de manera que aquesta interacció es manifesta en una extinció o pèrdua exponencial d’energia a mesura que el feix làser es propaga per l’atmosfera.

Figura 2. Esquema del LIDAR del GRAP (Gregorio et al., 2011).

Les aplicacions dels sistemes LIDAR són enormes, entre les que s’inclouen la mesura de la densitat d’aerosols, velocitat i direcció del vent, concentració d’espècies químiques, perfils de temperatura i estudis de ceilometria (altura i espessor dels núvols). En el camp mediambiental, els sistemes LIDAR permeten detectar i monitoritzar la dispersió dels aerosols i altres contaminants

Mesura de la deriva de pesticides amb sistemes LIDAR

Al llarg dels darrers anys, diversos estudis han utilitzat sistemes LIDAR per mesurar la deriva. En el si de la UdL, l’any 2009 es va dur a terme una campanya experimental en la que es van realitzar diferents assajos de polvorització terrestre. Per a la mesura de la deriva es van utilitzar simultàniament un sistema LIDAR UV (ultravioleta) i dos tipus de col·lectors passius (fils de niló i paper hidrosensible) anàlegs als utilitzats en assajos convencionals (Gregorio, E., 2012). Amb aquest treball es va concloure que el LIDAR és una tècnica adequada per a la mesura de la deriva de pesticides ja que va ser possible relacionar les seves mesures amb les obtingudes pels col·lectors (Gregorio et al., 2014).

Com a continuació dels anteriors treballs, el Grup de Recerca en AgròTICa i Agricultura de Precisió ha desenvolupant un sistema LIDAR per a la detecció i mesura de la deriva atmosfèrica de productes fitosanitaris i altres tipus d’aerosols, mostrat a la Figura 3. El sistema consta d’un subsistema emissor (làser) i d’un subsistema receptor (telescopi + mòdul fotodetector) que permet la captació d’una fracció de la llum que retorna al detector després d’haver impactat amb el blanc que es vol detectar i caracteritzar (en aquest cas, el núvol de deriva atmosfèrica produït per un polvoritzador agrícola, pols, fum, etc). L’apuntament del LIDAR es realitza mitjançant un sistema electromecànic amb dos graus de llibertat: en azimut i elevació. El resultat de la llum capturada pel mòdul fotodetector son impulsos de tensió els quals han de ser enregistrats i processats per un sistema electrònic d’adquisició de dades d’altes prestacions.

Figura 3. Imatge del prototipus LIDAR mostrant els subsistemes emissor i receptor (Gregorio et al., 2015).

Algunes de les característiques del sistema LIDAR desenvolupat pel GRAP es recullen en la taula següent:

Taula 1. Taula de característiques del LIDAR desenvolupat pel GRAP (Gregorio et al., 2015).

Finalment, a la figura 4 es mostra el sistema LIDAR desenvolupat realitzant mesures de deriva de polvorització terrestre en una plantació de vinya.

Figura 4. Sistema Lidar desplegat al camp durant una mesura deriva de la polvorització (Gregorio et al., 2015).

Referències.

Gregorio, E., 2012. Lidar remote sensing of pesticide spray drift. Tesi Doctoral. Departament d’Enginyeria Agroforestal. Universitat de Lleida.
Gregorio, E., Solanelles, F., Rocadenbosch, F., Rosell, J.R., Sanz, R. 2011. Airborne spray drift measurement using passive collectors and lidar Systems.
SPIE. Praga (República Txeca). Proc. SPIE 8174, 81741I. DOI: 10.1117/12.903723.
Gregorio E; Rosell-Polo JR; Sanz R; Rocadenbosch F; Solanelles F; Garcerá C; Chueca P; Arnó J; del Moral I; Masip J; Camp F; Viana R; Escolà A; Gràcia F; Planas S; Moltó E. (2014). LIDAR as an alternative to passive collectors to measure pesticide spray drift. Atmospheric Environment 82: 83-93. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2013.09.028.
Gregorio E; Rocadenbosch F; Sanz R; Rosell-Polo JR. 2015. Eye-Safe Lidar System for Pesticide Spray Drift Measurement. Sensors 15(2): 3650-3670. DOI: 10.3390/s150203650.
Subias, M. 2014. Configuració i programació d’un sistema d’adquisició de dades per a un radar làser (LiDAR). Projecte Final de Carrera. Universitat de Lleida. Bona part de la informació d’aquesta secció s’ha extret d’aquesta referència.

Darrera modificació: 13/05/2015