Para el montaje del prototipo no se cuenta con el sensor propuesto en el capítulo anterior, por lo que es empleado el sensor HC-SR04, que tiene prestaciones más limitadas, pero que son más baratos y sencillos de usar.
El rango de medición teórico del sensor HC-SR04 es de 2cm a 400 cm, con una resolución de 0.3cm. En la práctica, sin embargo, el rango de medición real es mucho más limitado, en torno a 20cm a 2.8 metros (HC-SR04, 2014).
Los elementos de hardware son montados en un mástil de PVC para ubicar el sensor HC- SR04, y dos cajas plásticas selladas para montar el resto de los elementos: Raspberry Pi y GPS, y Arduino Mega (Véase Anexo I).
En el laboratorio fue determinada una frecuencia de medición del sensor de 23 muestras por segundo, y en dependencia de la velocidad a la que el tractor realice el experimento, puede ser calculada la cantidad de muestras por metros.
3.2.2 Realización del experimento
Para la realización de pruebas, el prototipo es trasladado hasta la empresa. En el campo se ubicada el dispositivo en la parte delantera de un tractor dada la complejidad de su ubicación en el propio pulverizador (Veáse Anexo II). Al no contarse con las electroválvulas, es empleado un buzzer para indicar la detección de plantas.
El campo seleccionado por los especialistas para la realización de las pruebas, es un campo con un marco de plantación de 6m entre surcos y 3m entre plantas (Véase Figura 3.1).
Figura 3.1 Surco inicial del experimento, con marco de plantación de 6x3 metros (Fuente: Autor).
El recorrido se enmarca en dos surcos impares, es decir, se efectúa la entrada por el surco uno y la salida se realiza por el surco tres, para contar con dos tramas de datos diferentes. El sistema se supervisa por wifi para visualizar los valores de la detección, las coordenadas del GPS, y la velocidad. Las plantas se encontraban en etapas irregulares de desarrollo, por lo que fueron observados tanto setos como plantas separadas entre ellas y también ausencias
de arbustos en el surco. En la Tabla 3-1 se muestran los parámetros del experimento realizado.
Tabla 3-1 Parámetros del experimento
Tiempo de duración (s) 280
Velocidad del recorrido (km/h) 2.4
Muestras tomadas 6405
Longitud surco 1 (m) 81
Cantidad de plantas surco 1 26
Longitud surco 3 (m) 72
Cantidad de plantas surco 3 24
3.2.3 Análisis de los resultados
Aun en la empresa no se cuenta con el análisis del ortomosaico espectral, por tanto, los resultados se reducen al análisis de la correspondencia entre dónde se esperan plantas en el surco y dónde fueron realmente encontradas.
La medición de un objeto como el follaje de la planta, resulta difícil debido a que existen muchas muestras intermedias fallidas, causadas por la irregularidad de la superficie reflectante del sonido.
Para analizar los resultados de las mediciones son tomadas 800 muestras, correspondientes al primer surco, visualizadas en la Figura 3.2, es perceptible que cada planta queda acotada por un conjunto de detecciones. Dado que el marco de plantación es de 6x3 metros, los troncos de las plantas deben estar ubicados con 3 metros de separación entre ellos. Se demuestra además en la figura cómo las mediciones tienen lugar en el espacio esperado, incluso es determinada la ausencia de un arbusto en el intervalo.
Las mediciones de las distancias son discretas, por lo que es necesario procesar los datos para obtener un estado de detección binario en aras de realizar el accionamiento de las válvulas y actualizar el inventario.
La primera acción necesaria es filtrar las mediciones de más de dos metros debido a que estas se encuentran más allá del centro de la planta a detectar. Acto seguido, es necesario definir que el espacio entre dos plantas inferior a 60 cm (20 muestras a 2,4km/h), no será considerado y dichas plantas serán tratadas como un seto (esto es un requerimiento del cliente debido a que el pulverizador tiene un haz efectivo de 15 grados).
Posteriormente se analiza la frecuencia de mediciones superiores a 80cm presentes en una ventana deslizante de 20 muestras y si esta es superior a 4 mediciones, se establece que no comienza la detección hasta que dichas condiciones cambien, las cuales son monitoreadas mediante el uso de contadores de frecuencias absolutas.
Como se observa en la Figura 3.3 el estado de detección coincide en alto grado de exactitud con el conjunto de mediciones tomadas. Al analizar todo el conjunto de muestras tomadas por surco, se obtienen: 25 arbustos detectados de los 26 existentes para el primer surco y 24 de 24 para el tercero. Vale destacar que se incluye en la cuenta los espacios detectados con ausencia de plantas. Sobre esta base se puede determinar que el sistema, en materia de detección, presenta una exactitud aproximada de un 98,07% (Véase Tabla 3-2).
Tabla 3-2 Resultado de los experimentos
Plantas Surco 1 Surco 3
Existentes 26 24
Detectadas 25 24
Porciento (%) 96,15 100 98,075
En la Figura 3.4 se muestran en metros los datos obtenidos a partir de la latitud y longitud del GPS y una correspondencia con las detecciones realizadas, que reproducen de manera satisfactoria el recorrido real realizado.
Figura 3.4 Trayectoria del GPS en el recorrido del experimento (Fuente: Autor).
3.3 Análisis económico y medioambiental de la propuesta