UAV SURVEYS FOR CROP MONITORING AND MANAGEMENT IN PRECISION AGRICULTURE

Precision Agriculture is generally defined as "doing the right practice at the right location and time at the right intensity". To achieve this, the knowledge of crop and soil characteristics is fundamental and new technologies have been growing in the last thirty years. In this context, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) surveys can provide a simple, reliable and cost-effective way to monitor agricultural areas. This dissertation demonstrates the potential of the use of UAVs in agriculture and four case studies are here discussed, dealing with some still open issues. In the first, the radiometric calibration of sensors is presented, with a careful analysis of the consistency of multispectral datasets acquired by a common and widespread sensor, the Parrot Sequoia camera. In the second case study, some practical aspects of surveys and processing are illustrated, in order to generate accurate terrain models with a low-cost mass-market UAV. The third case focuses on one of the aspects most studied by researchers: the detection of crop rows from UAV imagery to derive specific information on vegetation canopy. Finally, the last study is an example of the effectiveness of the use of UAV in precision agriculture. It deals with the integration of data collected by UAV and geophysical ground-based surveys to delineate site-specific management zones in a vineyard. The final aim of the thesis is to propose guidelines for developing and spreading UAV surveys for precision agriculture purposes.

L'agricoltura di precisione può essere generalmente definita come "fare la pratica giusta nel luogo e nel momento giusti alla giusta intensità". A questo scopo, è fondamentale conoscere le caratteristiche delle colture e del suolo e negli ultimi trent’anni, si sono sviluppate nuove tecnologie. In questo contesto, i rilievi da UAV (Unmanned Aerial Vehicle) possono fornire un modo semplice, affidabile ed economico per monitorare le aree agricole. Questa tesi dimostra il potenziale dell'uso degli UAV in agricoltura, attraverso la presentazione di quattro casi studio, in cui vengono affrontate le principali questioni ancora aperte. Nel primo, si discute della calibrazione radiometrica dei sensori, con un'attenta analisi sulla coerenza di dataset multispettrali acquisiti con un sensore molto noto, quale la camera Parrot Sequoia. Nel secondo caso di studio, sono illustrati alcuni aspetti pratici legati ai rilievi e all’elaborazione dei dati, al fine di generare modelli di terreno precisi con un UAV a basso costo facilmente disponibile sul mercato. Il terzo caso tratta uno degli aspetti più studiati dai ricercatori: l’estrazione dei filari (per diversi tipi di colture) dalle immagini da UAV, per ricavare informazioni specifiche sulla vegetazione. Infine, l'ultimo studio è un esempio dell'importanza dell'uso di UAV in agricoltura di precisione, in quanto viene presentata l'integrazione di dati raccolti da UAV e da indagini geofisiche con sensori a terra, per delineare zone di gestione sito-specifica in un vigneto. Lo scopo finale della tesi è di proporre linee guida per lo sviluppo e la diffusione di rilievi da UAV per applicazioni di agricoltura di precisione.