Una aplicación informática genera huertos virtuales

Investigadores de la UPM participan en el desarrollo de SIMLIDAR, una herramienta informática que aplicada en horticultura sirve para estimar la biomasa y optimizar los tratamientos fitosanitarios invernales. La nueva aplicación también permite evaluar los parámetros vegetativos de los cultivos arbóreos y estimar la superficie foliar en árboles frutales y viñedos, así como proporcionar escenas virtuales donde testear librerías para desarrollos de robots agrícolas o sistemas de navegación automática en tractores y maquinaria agrícola.

El LIDAR (acrónimo de Light Detection and Ranging) es una técnica de teledetección activa que utiliza un rayo láser para medir la distancia entre un sensor y un objetivo. Esta tecnología se ha convertido en una excelente herramienta con gran potencial para medir de una forma rápida y suficientemente precisa parámetros geométricos de los árboles y obtener sus índices vegetativos.

Llevados por la conveniencia de disponer de un software para la simulación del funcionamiento del LIDAR sobre un huerto virtual, los autores han desarrollado una aplicación (SIMLIDAR) que simule la operación de un sensor de láser terrestre (LIDAR) aplicado a diferentes huertos virtuales.

La escena virtual se ha desarrollando utilizando, inicialmente un sistema de Lindemayer, o Sistema L, que utiliza un alfabeto donde cada letra se asocia a una componente geométrica de la planta. El sistema parte de un axioma, o planta incipiente, que por reglas de transformación, desarrolla el vegetal adulto. Para facilitar la verificación del modelo se ha realizado un primer trabajo centrado en la estructura leñosa del vegetal, excluyendo el resto de componentes.

No obstante, actualmente los autores están trabajando en modelos completos (incluyendo hojas, yemas, brotes y frutos) y en algoritmos de representación de vegetales directos sin necesidad de utilizar las gramáticas intermedias de los sistemas L. Si bien el trabajo se centra en los huertos de manzanos, se está abriendo el modelo a otros tipos de vegetal, como el viñedo.

El objetivo que persiguen con el trabajo estos investigadores, pertenecientes a la ETSI Agrónomos-UPM y al GRAP - Research Group on Precision Agriculture, AgroICT and Agrotechnology, es finalmente simular una operación del sensor de láser terrestre sobre los “huertos” virtuales y comparar las características de la simulación de árboles con los parámetros obtenidos con el LIDAR.

Sobre un tractor virtual se monta un escáner que irá midiendo la distancia entre el origen del rayo láser y el objeto (planta cercana). Esta medición se realiza con un barrido angular sobre un plano perpendicular a la ruta del tractor virtual. La precisión de la simulación se basa en varios parámetros distintos y SIMLIDAR genera una matriz M*N, donde N es el número de exploraciones angulares y M es el número de pasos en la ruta del tractor, y que se representa en un gráfico bidimensional utilizando una pauta de color.

Un objetivo complementario del trabajo es determinar posibles correlaciones entre los datos proporcionados por el escáner (en área detectada del modelo virtual) y valores vegetativos de la planta, como pueden ser la superficie o el volumen de la estructura leñosa. La realidad virtual permite buscar estas correlaciones medias de una manera más sencilla que sobre datos experimentales, muy complejos de obtener. Estas correlaciones se pueden aplicar a los datos de campo obtenidos con el LIDAR para estimar con un grado de aproximación los parámetros vegetativos de las plantas.

El trabajo se ha planteado como un software independiente de desarrollo propio, que no se apoya en ningún otro producto comercial, y que resuelve todas las fases del proceso. Si bien el objeto principal ha sido la obtención de la simulación LIDAR, el desarrollo de modelos virtuales de plantas es otro objetivo alternativo.