Rilievo multispettrale e termico per la viticoltura di precisione

Precision agriculture is a form of agricultural system management that maximizes productivity while maintaining a sustainable approach. It allows to reduce the amount of treatments thanks to the localization of the needy areas and considering their variability. Among the species cultivated in Italy, the vine is surely the one that generates more revenue, even if every year it is subject to wide variations of production caused by its sensitivity to pathogens. For this reason, the case of study is focused on precision viticulture. The acquisition of data is very important, as it determines all the subsequent area and application decisions made by the agronomist. In this regard, the following thesis work focuses on acquisition procedure that determines a geometrically and radiometrically reliable data. Through a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) a multispectral and thermal survey of a vineyard took place in Franciacorta. Thanks to photogrammetric processes, the DSM (Digital Surface Model) and the orthophoto is given. Different procedures are elaborated by them with the intent to extract only the vine rows from the images. Two different methodologies are proposed and evaluated by confusion matrix: the first reconstructs the terrain trend (DTM) and, by subtracting the DSM, reproduces the objects placed above it; the second one directly extracts the rows with two different approaches for which a semi-automatic script has been produced. Once a classification of the vegetation has been obtained, the sensor is calibrated radiometrically in order to calculate reliable vegetation indices. Thanks to the spectroradiometer, the electromagnetic signatures of different targets were measured and they have been used from the exponential model of the Empirical Line for converting the pixel’s values of the to a physical meaning. In this way orthophotos are showed vegetational indices such as NDVI, applying the masking which allows to analyze only the vegetative component of interest. In addition to the mapping of spectral indices, a thermal orthophoto is also produced, which is also correlated with the vegetative health status.

L’agricoltura di precisione è una forma di gestione del sistema agricolo che consente di massimizzare la produttività mantenendo un approccio sostenibile. Essa permette di ridurre la quantità di trattamenti riuscendo a localizzare le aree esigenti e considerando anche la loro variabilità di richiesta. Tra le specie coltivate in Italia, la vite è sicuramente quella che genera maggior introiti, anche se ogni anno è soggetta ad ampie variazioni di produzione causate dalla sua sensibilità ai patogeni. Per questo motivo il caso di studio è concentrato sulla viticoltura di precisione nella quale prende molta importanza l’acquisizione del dato, in quanto determina tutte le successive decisioni areali e applicative prese dall’agronomo. A tal proposito il seguente lavoro di tesi si concentra su una procedura di acquisizione che determina un dato geometricamente e radiometricamente affidabile. Tramite rilievo UAV (Unmanned Aerial Vehicle) viene effettuata un’acquisizione multispettrale e termica di un vitigno situato in Franciacorta. Attraverso processi fotogrammetrici viene restituito il DSM (Digital Surface Model) e l’ortofoto da cui vengono elaborate diverse procedure con l’intento di estrarre dalle immagini solo i filari del vitigno. Vengono proposte due metodologie differenti e valutate tramite matrice di confusione: la prima ricostruisce l’andamento del terreno (DTM) e, tramite sottrazione del DSM, riproduce gli oggetti posti sopra di esso; la seconda estrae direttamente i filari con due differenti approcci per cui è stato prodotto uno script semi-automatico che guida fino al raggiungimento del risultato. Ottenuta una classificazione della vegetazione, si procede calibrando radiometricamente il sensore al fine di calcolare indici vegetazionali affidabili. Grazie allo spettroradiometro vengono misurate le firme elettromagnetiche di diversi target e utilizzando il metodo dell’Empirical Line con modello esponenziale, si riportano i valori dei pixel immagine ad un significato fisico. Vengono così prodotte ortofoto raffiguranti indici vegetazionali come l’NDVI, applicando la mascheratura che permette di analizzare solo la componente vegetativa d’interesse. Oltre alle mappature di indici spettrali, viene prodotta un’ortofoto termica, anch’essa correlata con lo stato di salute vegetativo.