La guida assistita o semi-automatica sta lentamente entrando nelle aziende agricole italiane. La possibilità di condurre un mezzo grazie al supporto di un segnale satellitare, ha l'indubbio vantaggio di alleggerire il carico di lavoro dell'operatore, di eliminare sovrapposizioni ed errori nelle lavorazioni, nonché abilitare l'azienda alle tecniche di precision farming.
Tuttavia questo genere di sistemi, che si basa sull'utilizzo della tecnologia GNSS (Global Navigation Satellite System) come ad esempio Gps, Glonass e Galileo, é poco diffuso in viticoltura e frutticoltura.
I motivi sono presto detti. I sistemi GNSS hanno un margine di errore di 0,5-1 metro. Lavorando con trattori di larghezza 1,5-2 metri un errore accettabile in campo aperto risulta non sostenibile in una coltura a filari. C'é sì la possibilità di correggere il segnale grazie all'utilizzo di un segnale Rtk, ma in questo caso l'azienda agricola si deve sobbarcare un costo economico aggiuntivo.
Inoltre, soprattutto negli impianti più vecchi, i filari spesso non sono perfettamente rettilinei, ma presentano uno scostamento anche di alcune decine di centimetri, che rende ancora più difficoltosa la guida. Per ovviare a queste problematiche negli anni si sono affacciate sul mercato diverse strumentazioni che permettono di mantenere il trattore al centro dell'interfila non grazie ad un segnale di tipo satellitare, ma grazie a sensori di prossimità come laser, ultrasuoni e visori ottici.
Tipologia di allestimenti accoppiati resi possibili dalla guida semi-automatica.
Fonte: Università Studi Padova
Ogni anno infatti i viticoltori devono entrare in vigna per effettuare la pulizia del sottofila e dell'interfila, la spollonatura, la cimatura, l'applicazione di agrofarmaci ed eventuali concimazioni. Tutte operazioni che generano un risparmio economico notevole se vengono fatte in maniera accoppiata. É ad esempio possibile provvedere alla trinciatura, al diserbo meccanico e alla cimatura in un'unica passata.
In queste condizioni tuttavia l'operatore non é in grado di gestire le diverse attrezzature e anche la guida del trattore. Per questa ragione é necessario implementare sistemi di guida semi-automatica, che lascino al trattorista esclusivamente l'onere di controllare gli attrezzi ed effettuare le svolte a fine filare.
Raffronto tra differenti costi di lavorazione.
Fonte: Università Studi Padova
Il meccanismo di funzionamento dell'apparecchio é semplice: vengono emessi degli ultrasuoni che rimbalzano sulle foglie della vite e vengono poi captati dal sensore. In questo modo, calcolando il tempo di rientro dell'onda, il sistema riesce a dedurre la distanza dell'ostacolo e a correggere in maniera automatica la traiettoria del mezzo. Sono, peraltro, gli stessi sistemi che oggi sono montati su moltissime automobili per agevolare il parcheggio.
Un'altra possibilità é quella di utilizzare dei sistemi di visione che ricostruiscono in maniera tridimensionale l'ambiente all'interno del quale si muove il trattore. Le camere ottiche, accoppiate a software dedicati, sono infatti in grado di riconoscere la fila e misurare la distanza dalla parete fogliare e di conseguenza mantenere al centro il trattore agendo sullo sterzo.
Nel 2013 Clemens ha lanciato Vine-Scout, un sistema di guida adattabile a tutti i trattori dotati di sterzo idraulico. La telecamera, che può essere montata sull'attrezzo o sulla cabina del trattore, raccoglie le informazioni sull'ambiente, il software elabora le immagini e mantiene in linea il trattore, mentre un segnale acustico avverte il trattorista della fine del filare.
“Sono sistemi che possono risentire in maniera anche importante delle condizioni di illuminazione dell'ambiente. Al crepuscolo o all'alba lo scarso irraggiamento solare può confondere la ricostruzione dell'ambiente circostante”, puntualizza Marinello. “Sono tuttavia dei sensori in generale molto più affidabili rispetto a quelli ad ultrasuoni e rispetto a quelli basati su GNSS, non hanno bisogno di un segnale satellitare e di una correzione per funzionare e quindi possono essere impiegati anche in zone del territorio caratterizzate per orografia o per presenza di ostacoli da un segnale satellitare assente o debole”.
Durante il Sitevi 2017 il Gruppo Same Deutz-Fahr, é stato premiato per le sue innovazioni con quattro medaglie, una di queste (di bronzo) é stata assegnata dai giudici al sistema EASYpilot di Gregoire (marchio di SDF che produce vendemmiatrici), che permette il mantenimento del mezzo in linea con il filare.
L’orientamento spaziale viene rilevato mediante un sensore telemetrico a infrarossi 3D accoppiato a un emettitore di onde infrarossi, per permettere al dispositivo di funzionare in modo efficiente anche di notte. E quando la macchina arriva a fine filare il sistema EASYturn permette di svoltare in maniera più agevole poiché riduce il numero di giri del volante necessario a sterzare.
Il laser rileva le piante o altri ostacoli in vigneto, ricreando un ambiente digitale 3D. Il giroscopio invece 'posiziona' il trattore nella ricostruzione digitale. Le informazioni fornite dal sistema vengono trasmesse al Fendt 200 Vario tramite interfaccia Isobus. Il trattore esegue così le sterzate necessarie a mantenersi alla distanza preimpostata dall'operatore dal filare. Il sistema é anche in grado di comandare le attrezzature ventrali sia in altezza che in larghezza, lavorando alla distanza ottimale dalla vite, e richiudendole quando il filare finisce.
La piena funzionalità della combinazione tra più attrezzi (ad esempio una falciatrice posteriore e un finger weeder ventrale) é possibile solo con un Fendt 200 Vario, l'unico che può essere guidato automaticamente dal sistema. L'utilizzo del sistema VPA permette inoltre di aumentare la velocità di lavoro fino a 8 chilometri orari.
“Il laser oscilla ad alta frequenza frontalmente al trattore con un angolo di circa 180 gradi e la luce riflessa da piante e suolo consente una ricostruzione dell'ambiente della vigna”, spiega Marinello. “È un sistema affidabile in cui un limite può essere la difficoltà di lavorare in condizioni di forte irraggiamento solare, quando il sensore può essere 'accecato' dalla luce del sole e non riuscire a leggere bene il fascio laser di ritorno. Un secondo limite di questo, come degli altri sistemi ottici, è la difficoltà di orientarsi quando le pareti fogliari non sono sviluppate, come nel caso di nuovi impianti o in pre-germoglio: in questi casi pali e tronchi spesso non sono sufficienti per guidare il trattore in modo efficiente”.
Il sistema di guida del trattore, dotato di antenne in grado di leggere i tag, ha saputo riconoscere la propria posizione all'interno del vigneto. La ricerca non aveva come obiettivo tanto quello di sviluppare un sistema di guida autonomo, quanto di tenere traccia del passaggio della macchina durante le lavorazioni. Ma in futuro i tag RFID, se applicati sui pali di sostegno, potrebbero essere utilizzati per realizzare un sistema di guida semi-autonoma.
Tuttavia questo genere di sistemi, che si basa sull'utilizzo della tecnologia GNSS (Global Navigation Satellite System) come ad esempio Gps, Glonass e Galileo, é poco diffuso in viticoltura e frutticoltura.
I motivi sono presto detti. I sistemi GNSS hanno un margine di errore di 0,5-1 metro. Lavorando con trattori di larghezza 1,5-2 metri un errore accettabile in campo aperto risulta non sostenibile in una coltura a filari. C'é sì la possibilità di correggere il segnale grazie all'utilizzo di un segnale Rtk, ma in questo caso l'azienda agricola si deve sobbarcare un costo economico aggiuntivo.
Inoltre, soprattutto negli impianti più vecchi, i filari spesso non sono perfettamente rettilinei, ma presentano uno scostamento anche di alcune decine di centimetri, che rende ancora più difficoltosa la guida. Per ovviare a queste problematiche negli anni si sono affacciate sul mercato diverse strumentazioni che permettono di mantenere il trattore al centro dell'interfila non grazie ad un segnale di tipo satellitare, ma grazie a sensori di prossimità come laser, ultrasuoni e visori ottici.
Due lavorazioni sono meglio di una
Prima di analizzare le singole soluzioni e i prodotti offerti sul mercato, é bene capire perché una azienda vitivinicola dovrebbe allestire trattori specializzati con sistemi di assistenza alla guida. Non si tratta infatti meramente di sollevare l'operatore dall'incombenza di correggere manualmente la traiettoria del mezzo. Quanto della possibilità di effettuare due o più lavorazioni assieme.Tipologia di allestimenti accoppiati resi possibili dalla guida semi-automatica.
Fonte: Università Studi Padova
In queste condizioni tuttavia l'operatore non é in grado di gestire le diverse attrezzature e anche la guida del trattore. Per questa ragione é necessario implementare sistemi di guida semi-automatica, che lascino al trattorista esclusivamente l'onere di controllare gli attrezzi ed effettuare le svolte a fine filare.
Raffronto tra differenti costi di lavorazione.
Fonte: Università Studi Padova
Laser e telecamere per mantenere il trattore in carreggiata
“Un primo sistema utilizzabile per mantenere il trattore equidistante dalle pareti fogliari é quello che sfrutta sensori ad ultrasuoni”, spiega a Macgest Francesco Marinello, docente presso il Dipartimento Territorio e Sistemi Agroforestali – Tesaf dell'Università degli Studi di Padova. “Questo genere di sistemi tuttavia é molto sensibile alle condizioni di lavoro e perde di precisione quando si deposita dello sporco sul sensore oppure la parete del vigneto non si presenta in maniera compatta”.Il meccanismo di funzionamento dell'apparecchio é semplice: vengono emessi degli ultrasuoni che rimbalzano sulle foglie della vite e vengono poi captati dal sensore. In questo modo, calcolando il tempo di rientro dell'onda, il sistema riesce a dedurre la distanza dell'ostacolo e a correggere in maniera automatica la traiettoria del mezzo. Sono, peraltro, gli stessi sistemi che oggi sono montati su moltissime automobili per agevolare il parcheggio.
Un'altra possibilità é quella di utilizzare dei sistemi di visione che ricostruiscono in maniera tridimensionale l'ambiente all'interno del quale si muove il trattore. Le camere ottiche, accoppiate a software dedicati, sono infatti in grado di riconoscere la fila e misurare la distanza dalla parete fogliare e di conseguenza mantenere al centro il trattore agendo sullo sterzo.
Nel 2013 Clemens ha lanciato Vine-Scout, un sistema di guida adattabile a tutti i trattori dotati di sterzo idraulico. La telecamera, che può essere montata sull'attrezzo o sulla cabina del trattore, raccoglie le informazioni sull'ambiente, il software elabora le immagini e mantiene in linea il trattore, mentre un segnale acustico avverte il trattorista della fine del filare.
“Sono sistemi che possono risentire in maniera anche importante delle condizioni di illuminazione dell'ambiente. Al crepuscolo o all'alba lo scarso irraggiamento solare può confondere la ricostruzione dell'ambiente circostante”, puntualizza Marinello. “Sono tuttavia dei sensori in generale molto più affidabili rispetto a quelli ad ultrasuoni e rispetto a quelli basati su GNSS, non hanno bisogno di un segnale satellitare e di una correzione per funzionare e quindi possono essere impiegati anche in zone del territorio caratterizzate per orografia o per presenza di ostacoli da un segnale satellitare assente o debole”.
Durante il Sitevi 2017 il Gruppo Same Deutz-Fahr, é stato premiato per le sue innovazioni con quattro medaglie, una di queste (di bronzo) é stata assegnata dai giudici al sistema EASYpilot di Gregoire (marchio di SDF che produce vendemmiatrici), che permette il mantenimento del mezzo in linea con il filare.
L’orientamento spaziale viene rilevato mediante un sensore telemetrico a infrarossi 3D accoppiato a un emettitore di onde infrarossi, per permettere al dispositivo di funzionare in modo efficiente anche di notte. E quando la macchina arriva a fine filare il sistema EASYturn permette di svoltare in maniera più agevole poiché riduce il numero di giri del volante necessario a sterzare.
Un laser per guidare i trattori
In occasione di Agritechnica 2019, Fendt presenta insieme a Braun Maschinenbau, un sistema di guida assistita denominato VPA - Vineyard Pilot Assistant. Una tecnologia sviluppata per aiutare il trattorista nelle operazioni di diserbo del sottofila e dell'interfila che si basa sull'utilizzo di un sensore laser e di un giroscopio.Il laser rileva le piante o altri ostacoli in vigneto, ricreando un ambiente digitale 3D. Il giroscopio invece 'posiziona' il trattore nella ricostruzione digitale. Le informazioni fornite dal sistema vengono trasmesse al Fendt 200 Vario tramite interfaccia Isobus. Il trattore esegue così le sterzate necessarie a mantenersi alla distanza preimpostata dall'operatore dal filare. Il sistema é anche in grado di comandare le attrezzature ventrali sia in altezza che in larghezza, lavorando alla distanza ottimale dalla vite, e richiudendole quando il filare finisce.
La piena funzionalità della combinazione tra più attrezzi (ad esempio una falciatrice posteriore e un finger weeder ventrale) é possibile solo con un Fendt 200 Vario, l'unico che può essere guidato automaticamente dal sistema. L'utilizzo del sistema VPA permette inoltre di aumentare la velocità di lavoro fino a 8 chilometri orari.
“Il laser oscilla ad alta frequenza frontalmente al trattore con un angolo di circa 180 gradi e la luce riflessa da piante e suolo consente una ricostruzione dell'ambiente della vigna”, spiega Marinello. “È un sistema affidabile in cui un limite può essere la difficoltà di lavorare in condizioni di forte irraggiamento solare, quando il sensore può essere 'accecato' dalla luce del sole e non riuscire a leggere bene il fascio laser di ritorno. Un secondo limite di questo, come degli altri sistemi ottici, è la difficoltà di orientarsi quando le pareti fogliari non sono sviluppate, come nel caso di nuovi impianti o in pre-germoglio: in questi casi pali e tronchi spesso non sono sufficienti per guidare il trattore in modo efficiente”.
Tag Rfid per far dialogare pali di sostegno e trattore
Proprio per superare i limiti del riconoscimento ottico, alcuni ricercatori cinesi e statunitensi hanno invece provato ad implementare l'utilizzo di tag Rfid (Radio Frequency Identification Devices) per rendere i pali di sostegno dei filari 'riconoscibili' dal trattore (An RFID-based solution for monitoring sprayer movement in an orchard/vineyard). Nell'esperimento i tag, che sono gli stessi utilizzati per le etichette anti-taccheggio nei supermercati o nelle bottiglie di vino per fornire dati di tracciabilità al consumatore, sono stati disposti all'inizio dei filari.Il sistema di guida del trattore, dotato di antenne in grado di leggere i tag, ha saputo riconoscere la propria posizione all'interno del vigneto. La ricerca non aveva come obiettivo tanto quello di sviluppare un sistema di guida autonomo, quanto di tenere traccia del passaggio della macchina durante le lavorazioni. Ma in futuro i tag RFID, se applicati sui pali di sostegno, potrebbero essere utilizzati per realizzare un sistema di guida semi-autonoma.
