ES2881207T3 - Plataforma integrada de fenotipado y gestión de campos para el desarrollo de cultivos y la agricultura de precisión - Google Patents

Abstract

Un controlador de campo y sensor (20, 200) para monitorizar directamente dentro de un dosel arbóreo de planta que comprende un cuerpo alargado que tiene un interior hueco (24) y un primer y segundo extremos axialmente opuestos con un primer brazo (90) que se extiende hacia fuera desde el cuerpo alargado adyacente al primer extremo axial y un segundo brazo (90) que se extienden hacia fuera desde el cuerpo alargado adyacente al segundo extremo axialmente opuesto, teniendo cada uno de los brazos (90) un dispositivo (46) de formación de imágenes montado en el mismo, estando posicionado el dispositivo de formación de imágenes del primer brazo para obtener imágenes en una dirección hacia el segundo extremo axial del cuerpo alargado, estando posicionado el dispositivo de formación de imágenes del segundo brazo para obtener imágenes en una dirección hacia el primer extremo axial, estando separados entre sí el primer y segundo brazos (90) a lo largo de una longitud del cuerpo alargado a una distancia suficiente para obtener una imagen de un dosel arbóreo de cultivo en un campo en el que se despliegan el controlador de campo y sensor, caracterizado por que el cuerpo alargado comprende una pluralidad de sensores (26) configurados para detectar una característica ambiental y de cultivo similar, siendo los sensores al menos tres e incluyendo al menos uno para detectar temperatura, humedad, CO2, presión barométrica, cantidad y calidad de luz, velocidad y dirección del viento y lluvia, estando dispuesta la pluralidad de sensores ( 26) con un intervalo de separación común a lo largo de una longitud del cuerpo alargado.

Description

DESCRIPCIÓN

Plataforma integrada de fenotipado y gestión de campos para el desarrollo de cultivos y la agricultura de precisión

ANTECEDENTES Y RESUMEN

La arquitectura del dosel arbóreo es un objetivo principal del cultivo para rendimientos mejorados y tiene una importancia particular para la producción de cultivos bioenergéticos para energía renovable. Mejorar la capacidad fotosintética es un enfoque clave para mejorar la productividad de los cultivos, ya que la fotosíntesis del dosel arbóreo está estrechamente relacionada con los rendimientos de los cultivos. En particular, la selección de cultivares con hojas más erectas, especialmente en la parte superior del dosel arbóreo, puede conducir a ambientes de luz mejorados dentro del dosel arbóreo y una absorción mejorada de CO2 fotosintético del dosel arbóreo.

En el estado general de la técnica, el documento CN 101413797 describe un instrumento de medición de dosel arbóreo forestal que comprende cámaras y accesorios dispuestos en un brazo largo que es accionado por el mecanismo de accionamiento. El instrumento proporciona formación de imágenes multiespectrales y la capacidad de obtener un índice de área foliar del dosel arbóreo de vegetación invertido (LAI). El documento CN 203687879 U describe un dispositivo de monitorización de dosel arbóreo de cultivo que tiene un soporte, un primer eje giratorio, un segundo eje giratorio, un primer grupo de sensores, un segundo grupo de sensores, una caja de suministro de energía y un puente de red. La caja de suministro de energía y el puente de red están dispuestos en el soporte. Un extremo del primer eje giratorio y un extremo del segundo eje giratorio están dispuestos de forma horizontal y giratoria en el mismo lado del soporte. El otro extremo del primer eje giratorio y el otro extremo del segundo eje giratorio están provistos respectivamente y correspondientemente de un primer brazo transversal y un segundo brazo transversal. El lado superior del primer brazo transversal está provisto hacia arriba de un sensor de iluminación, y el lado inferior del primer brazo transversal está provisto respectivamente de una primera cámara, un sensor de medición de distancia por infrarrojos y el primer grupo de sensores. El lado superior del segundo brazo transversal está provisto respectivamente de una segunda cámara y del segundo grupo de sensores. Con el instrumento, el dosel arbóreo de maíz se puede monitorizar de forma remota, continua y dinámica.

De acuerdo con la invención, se proporciona un controlador y sensor de acuerdo con la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones particulares de la invención.

El dispositivo y los métodos descritos en este documento permitirán a los científicos de cultivos, agricultores y empresas agrícolas abordar el desafío de identificar las características arquitectónicas y metabólicas de las hojas ideales del dosel arbóreo para producir o diseñar cultivos para una mayor fotosíntesis del dosel arbóreo en entornos variables actuales y futuros y condiciones elevadas de CO2, mientras que proporciona simultáneamente información para identificar las condiciones de eficiencia energética para las entradas mínimas de agua y electricidad.

El dispositivo de la invención permitirá a los científicos de la industria agrícola monitorizar directamente dentro del dosel arbóreo de la planta, proporcionando información crucial para estudios sobre crecimiento y desarrollo de cultivos, hidrología, ciclo de carbono y nutrientes y cambio climático. Las mediciones directas del dosel arbóreo son particularmente difíciles y tediosas de obtener debido a las dificultades inherentes a la toma de mediciones directas, los altos niveles de variación temporal y espacial y la incapacidad de generalizar las mediciones locales a la escala del paisaje. Un sensor económico y de fácil implementación a nivel de parcela de campo podría ser capaz de abordar estos desafíos.

El controlador de campo y sensor remoto y los métodos asociados descritos en este documento permiten mediciones directas del dosel arbóreo al tiempo que integran simultáneamente controladores auxiliares interconectados con equipos de riego y fertilización para aplicaciones de gestión de plantas y agricultura de precisión energéticamente eficientes. El controlador de campo y sensor remoto puede reducir el consumo de riego y los requisitos de electricidad para la producción de cultivos bioenergéticos.

El controlador de campo y sensor remoto se puede configurar como un puesto de sensor "inteligente" que se puede habilitar para monitorizar y ajustar las condiciones del sitio de campo en tiempo real para cultivos y otras plantas. Los sensores ambientales y de cultivo en el controlador de campo y sensor remoto se pueden configurar para tomar mediciones en tiempo real de temperatura, humedad, CO2, presión barométrica, cantidad y calidad de luz, velocidad y dirección del viento, lluvia, humedad del suelo, temperatura del suelo, pH y composición de nutrientes. Además de uno o más de los sensores ambientales y de cultivo mencionados anteriormente, el controlador de campo y sensor remoto puede estar provisto de cámaras u otros dispositivos de formación de imágenes que permitan el cálculo continuo de índices de área foliar, distribuciones de ángulo de hoja y geometría/apertura del dosel arbóreo. En una realización, se puede incorporar un sistema de Minirhizotron modular al controlador de campo y sensor remoto para tomar imágenes de las raíces de los cultivos debajo del suelo, lo que permite la observación del crecimiento y desarrollo de las raíces en tiempo real. El controlador de campo y sensor remoto pueden ser alimentados por un panel solar con una batería de respaldo y todos los datos del sensor pueden tener la capacidad de ser almacenados localmente y/o transmitidos a través de una conexión por cable o de forma inalámbrica, por ejemplo, a través de Bluetooth/WiFi en un plataforma de Internet de las Cosas (loT).

El controlador de campo remoto y la salida de datos del sensor pueden estar integrados con activadores y operadores asociados con el equipo de campo para automatizar las tareas de gestión de campo basadas en disparadores predefinidos. Por ejemplo, los sistemas de riego y fertilización pueden estar integrados para operar en base a la salida de datos del controlador de campo y sensor remoto. El controlador de campo y sensor remoto puede estar integrado con otros equipos cuando se necesitan sistemas de gestión de campo integrados. En una forma simple, el controlador de campo y sensor remoto puede ser utilizado como una estación meteorológica. En otras formas, el controlador de campo y sensor remoto se puede personalizar para servir en muchas industrias agrícolas que incluyen, pero no están limitadas a, agricultura de precisión, gestión de campos, césped, jardines, invernaderos y campos de golf, producción y mejora de cultivos, detección de campos y "agricultura inteligente”. Como resultará evidente a partir de la exposición que sigue, el controlador de campo y sensor remoto es modular y puede estar provisto de una amplia variedad de sensores, por lo que el controlador y el sensor de campo remoto es escalable a diferentes cultivos y entornos, y sus mediciones y la generación de datos se puede personalizar en consecuencia.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un controlador de campo y sensor remoto ejemplar como se describe con más detalle en este documento.

La Figura 2 es una vista ilustrativa de un módulo superior o más alto del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista ilustrativa de un módulo intermedio o central del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1.

La Figura 4 es una vista ilustrativa de otro módulo intermedio o central del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1.

La Figura 5 es una vista ilustrativa de una base o módulo inferior del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1. La Figura 6 es una vista ilustrativa de un módulo intermedio o central con un bastidor de montaje interno que se muestra retirado de un interior hueco del módulo central.

La Figura 7 es una vista ilustrativa que representa la modularidad de los módulos del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1.

La Figura 8 es una vista en sección de la configuración interna de los extremos axiales de los módulos contiguos del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1.

La Figura 9 muestra una vista en alzado frontal de una realización alternativa del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 1.

La Figura 10 es una vista ilustrativa de un módulo superior o más alto de una realización alternativa del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 9.

La Figura 11 es una vista ilustrativa de un módulo intermedio o central del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 9.

La Figura 12 es una vista ilustrativa de una base o módulo inferior del controlador de campo y sensor remoto de la Figura 9.

La Figura 13 es un diagrama esquemático que muestra una realización de la interconexión del controlador de campo y sensor remoto con el equipo de gestión de campo.

La Figura 14 es una parte de una interfaz gráfica de usuario para el control remoto del controlador de campo y sensor remoto.

La Figura 15 es otra parte de una interfaz gráfica de usuario para el control remoto del controlador de campo y sensor remoto.

La Figura 16 es otra parte de una interfaz gráfica de usuario para el control remoto del controlador de campo y sensor remoto.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Las Figuras 1 -8 muestran una primera realización de un controlador de campo y sensor remoto ejemplar 20, y las Figuras 9-12 muestran una segunda realización 200 de un sensor y controlador de campo remoto ejemplar. Las partes similares en cada realización se indicarán con los mismos caracteres de referencia. Haciendo referencia a las Figuras 1-8, el controlador de campo y sensor remoto 20 puede comprender una pluralidad de módulos 22 conectados de forma extraíble entre sí para formar un cuerpo alargado para el controlador de campo y sensor remoto. Cada módulo 22 puede comprender un miembro tubular con extremos axiales opuestos sobre los cuales se puede apilar un módulo contiguo para formar el controlador de campo y sensor remoto. Se puede proporcionar una junta 23 para sellar cada módulo. El miembro tubular de cada módulo 22 puede tener forma cilíndrica. El módulo 22 puede estar hecho de plástico PVC, por ejemplo, tubería 40 de PVC cédula de 4” de diámetro. El módulo se puede revestir con material estructural adicional para proporcionar rigidez adicional al módulo. Por ejemplo, el módulo puede tener una carcasa interior cilindrica de aluminio, que puede estar empotrada en la pared de PVC. Aunque no es necesario, el módulo 22 puede tener un interior hueco 24 en el que se pueden alojar sensores específicos 26 de cultivo y ambientales (Fig. 6) y otros equipos electrónicos 28 (Fig. 6). El módulo 22 está configurado para proteger los sensores 26 de cultivo y ambientales y el equipo electrónico 28 alojado en el interior hueco de los elementos. Cada módulo 22 puede tener aproximadamente de dos a tres pies de altura. Los módulos 22 permiten al operador la capacidad de variar la altura del controlador de campo y el sensor apilando los módulos juntos de extremo a extremo, lo que a su vez permite a los usuarios escalar su sistema particular con diferentes tamaños de cultivo dentro de las rotaciones de cultivo.

Cada módulo 22 puede tener salidas de aire y un ventilador opcional para enfriar los sensores 26 y la electrónica 28 contenida en el interior hueco 24 del módulo. Los sensores 26 de cultivo y ambientales y la electrónica 28 de cada uno de los módulos se pueden configurar para actuar de forma independiente entre sí o en concierto entre sí, como resultará evidente a partir de la descripción que sigue. El controlador de campo remoto y los módulos 22 de sensor se pueden conectar entre sí con pestillos de tipo hebilla o abrazaderas 30 de palanca que permiten el montaje extraíble de los módulos para formar el controlador de campo y sensor remoto, y la adición o eliminación de módulos según sea necesario dependiendo de la aplicación. Las hebillas y pestillos 30 pueden estar previstos en módulos contiguos espaciados uniformemente alrededor de las superficies exteriores de los módulos (p. ej., 3 pestillos y hebillas - 120° grados separados, 4 pestillos y hebillas - 90° separados). También se pueden prever ojales 32 para cables 34 de sujeción que están anclados con estacas 36 en el suelo. Los ojales 32 pueden estar previstos espaciados uniformemente alrededor de las superficies exteriores de los módulos (p. ej., 3 ojales - 120° grados separados, 4 ojales - 90° separados). Como se muestra en la Figura 8, el módulo 22a dispuesto superior puede tener una superficie cilíndrica 40 de menor diámetro que se extiende desde un extremo axial y el módulo 22b dispuesto inferior puede tener un orificio 42 dimensionado para recibir la superficie cilíndrica 40 de menor diámetro del módulo dispuesto superior. La disposición mostrada en la Figura 8 también se puede invertir, y el módulo dispuesto inferior puede estar provisto de la superficie cilíndrica de menor diámetro y el módulo dispuesto superior puede tener el orificio en el que se recibe la superficie cilíndrica de menor diámetro.

El interior hueco 24 de cada módulo 22 se puede dimensionar para acomodar la electrónica 28 y cualquier otro equipo necesario para alimentar el cultivo específico y los sensores ambientales 26 incorporados en cada módulo y puede incluir espacio para alojar una batería o suministro 44 de energía (Fig.6) para uno o más módulos. Además de los sensores 26 de cultivo y ambientales, la electrónica y el equipo 28 del módulo interno pueden incluir ordenadores, electrónica de interfaz, suministros 44 de energía y transmisores inalámbricos. Los sensores 26 de cultivo y ambientales se pueden configurar para la recogida de datos de luz, temperatura y humedad del suelo, velocidad del viento, temperatura atmosférica, presión y humedad. Las funciones 26 del sensor de cultivo y ambiental se pueden combinar o separar. La electrónica y otros equipos 28 del módulo interno se pueden configurar para permitir la instalación en el módulo de conjuntos múltiples y diversos de sensores 26 de cultivo y ambientales y proporcionar una plataforma de procesamiento y recopilación de datos integrada y flexible. Por ejemplo, la electrónica y otros equipos 28 del módulo interno se pueden basar en una plataforma de Internet de las Cosas que permite una conexión rápida y sin interrupciones de un sensor ambiental y de cultivo a la nube a través de internet. La plataforma puede incluir un kit de desarrollo de software móvil que permite una rápida integración con otros componentes y un fácil desarrollo de aplicaciones de software. El móvil/concentrador asociado con el sistema sirve como un portal y comunica datos desde un sensor ambiental y de cultivo a la plataforma en la nube. La plataforma en la nube agrega información y permite el procesamiento de grandes cantidades de datos. Una realización de un ordenador puede incluir una Raspberry Pi™ desarrollada por la Fundación Raspberry Pi. La electrónica y otros equipos 28 del módulo interno pueden incluir kits de desarrollo de hardware y software que interconectan los sensores con el equipo inalámbrico para su transmisión a la nube. La electrónica y el equipo 28 del módulo interno también se pueden montar de forma extraíble dentro del interior para permitir la personalización o reconfiguración según se requiera.

Los sensores 26 de cultivo y ambientales se pueden configurar para la recopilación de datos relacionados con las condiciones de luz, temperatura y humedad del suelo, velocidad del viento, temperatura atmosférica, presión y humedad. Las funciones de sensor de cultivo y ambiental se pueden combinar o separar. Los sensores 26 de cultivo y ambientales están disponibles comercialmente, por ejemplo, en www.adafruit.com y otros proveedores que fabrican tal equipo para interconectar con plataformas Raspberry Pi. Se puede proporcionar un sistema 46 de cámara, por ejemplo, un dispositivo CCD de infrarrojos o una cámara de imágenes. Tal sistema 46 de cámara también está disponible comercialmente, por ejemplo, en www.adafruit.com y otros proveedores que fabrican tal equipo para interconectar con plataformas Raspberry Pi. También se puede proporcionar un sistema 48 de Minirhizotron. Tal sistema 48 de Minirhizotron puede incluir un microscopio digital Dino-lite proporcionado por Microscope, LLC. CO2Meter.com puede proporcionar un medidor de CO2.

Cada módulo 22 puede estar provisto de ventanas 50 que se abren desde la superficie exterior del módulo hasta el interior hueco 24 del módulo que permiten que los sensores 26 de cultivo y ambientales detecten las condiciones ambientales. La ventana 50 puede estar apantallada con una cubierta 52 para la lluvia. Las ventanas 50 pueden permitir la ventilación del interior hueco 24 del módulo 22, y cuando se utilizan con sensores 26, las ventanas pueden estar dispuestas en un espacio fijo o común a lo largo de cada módulo 22, y en general en el controlador de campo remoto y el sensor 20, para proporcionar mediciones de gradiente de determinadas condiciones ambientales a lo largo de la longitud del controlador de campo y sensor. Por ejemplo, las ventanas 50 se pueden configurar para sensores ambientales y de cultivo que miden la cantidad y calidad de la luz, la temperatura, la presión barométrica y los niveles de CO2. Las ventanas 50 pueden estar previstas a intervalos de 1 pie a lo largo del controlador de campo y sensor remoto 20. Las cubiertas 52 para la lluvia pueden estar previstas sobre las ventanas para impedir que los elementos ambientales interfieran con la recopilación de datos del sensor.

En un aspecto, por ejemplo, como se muestra en la Figura 6, el módulo puede estar provisto de un panel 56 de acceso que permite el acceso al interior hueco 24 del módulo 22. El panel 56 de acceso se puede conectar al módulo con una bisagra 58 de piano. El panel 56 de acceso puede estar hecho de un material metálico, por ejemplo, aluminio u otro material ligero que proporcione integridad estructural adicional al módulo. La bisagra 58 también puede estar conectada al material estructural que reviste el interior del módulo, por ejemplo, el revestimiento de aluminio. El panel 56 de acceso se puede conectarse articuladamente a la estructura del módulo 22, permitiendo así al usuario la capacidad de abrir y cerrar el panel de acceso y de acceder al interior hueco del módulo y de cualquier sensor 26 o equipo 28 almacenado en el mismo. Un mecanismo 60 de cierre puede mantener el panel 26 de acceso en la posición cerrada sellando el contenido interno del módulo.

Para permitir la organización de los sensores y equipos electrónicos en el módulo, el módulo puede estar provisto de un bastidor 62 de almacenamiento como se muestra en la Figura 6. El bastidor de almacenamiento puede encajar dentro del interior hueco 24 del módulo 22 y contener los sensores 26 y la electrónica asociada 28. En una realización, el bastidor 62 de almacenamiento puede comprender una estructura similar a una jaula con anillos 64 de extremo axiales opuestos, barras 66 de soporte que se extienden axialmente entre los anillos de extremo y una estructura 68 de radio en cada uno de los anillos axiales. Las barras 66 de soporte pueden tener una pluralidad de ranuras 70 y una pluralidad de orificios 72 que se extienden a lo largo de la longitud de la barra de soporte desde un anillo 64 de extremo axial hasta el anillo 64 de extremo axial opuesto. La pluralidad de ranuras 70 y la pluralidad de orificios 72 pueden actuar como puntos de localización para el montaje de los sensores 26 y la electrónica asociada 28 dentro del módulo 22, permitiendo así que los sensores y la electrónica asociada se apilen axialmente en el bastidor de soporte dentro del interior hueco del módulo. El bastidor 62 de almacenamiento puede ser extraíble de la abertura 60 de acceso. Los radios 68 en los extremos axiales del bastidor 62 de almacenamiento se pueden utilizar como asas para facilitar la instalación y extracción del bastidor de almacenamiento del interior hueco 24 del módulo 22.

En otro aspecto, como se muestra en las Figuras 10-12, el interior hueco 24 del módulo 22 del controlador de campo y sensor remoto 200 puede estar provisto de una unidad 80 de estantería. La unidad 80 de estantería puede comprender un poste cilíndrico central 82 con soportes en ángulo o estantes 84 en forma de disco ajustables que se extienden radialmente hacia fuera desde el poste central. La unidad 80 de estantería se puede insertar en el interior hueco 24 del módulo 22 a través de los extremos axiales abiertos del miembro tubular que comprende el módulo 22. Los uno o más estantes 84 pueden tener una periferia exterior que coincida con el orificio del interior hueco 24 del módulo 22 para limitar el movimiento relativo entre el estante y el interior hueco del cuerpo alargado del módulo. Uno o más de los estantes 84 pueden ser ajustables a lo largo de la unidad 80 de estantería para permitir la personalización del módulo para un número particular de sensores 26 de cultivo y ambientales y componentes electrónicos 28 que se instalarán en el mismo. Los estantes 80 también pueden ajustarse radialmente dependiendo del tamaño de los sensores 26 y del equipo 28 que se montará en los mismos. El estante o los soportes angulares pueden proporcionar soporte para la electrónica y otros equipos 28 alojados en el interior hueco de cada módulo. La unidad 80 de estantería puede tener un asa 86 en un extremo para permitir que la unidad de estantería se retire del interior hueco 24 del módulo 22 con los sensores 26 y los componentes electrónicos y el equipo 28 del módulo interno instalados en el mismo. Por lo tanto, la unidad 80 de estantería se puede retirar del módulo 22 y trabajarse, por ejemplo, para reparación, mantenimiento y/o personalización según sea necesario para una aplicación particular, y luego reinstalarse en el interior hueco 24 del módulo 22. Las unidades 80 de estantería de los módulos adyacentes 22 se pueden conectar de forma extraíble entre sí a través de los extremos axiales abiertos del miembro tubular que comprende el módulo 22 para permitir un ensamblaje más rígido de los módulos adyacentes. El extremo opuesto de la unidad de estantería también puede incluir soportes de soporte, p. ej., que se extienden desde el poste central, que interconectan y cooperan con el interior hueco de un módulo montado de forma adyacente, permitiendo así que los módulos se monten juntos de forma extraíble mientras soportan las unidades de estantería de módulos adyacentes.

La cámara o el sistema 46 de formación de imágenes del controlador de campo y sensor remoto 20, 200 se pueden configurar para proporcionar formación de imágenes del dosel arbóreo de los cultivos medidos. La cámara o el sistema 46 de formación de imágenes se puede montar en una pluma o brazo 90 que se proyecta desde la superficie exterior del módulo 20, 220. El brazo 90 se puede unir de forma extraíble a la superficie exterior de un módulo en el caso de que no se desee la formación de imágenes del dosel arbóreo en una aplicación particular. El brazo 90 puede ser articulado, telescópico y/o ajustable de otro modo a lo largo de su longitud para permitir la personalización de su longitud según se desee en una aplicación particular. La cámara o el sistema 46 de formación de imágenes se pueden configurar para proporcionar formación de imágenes hemisféricas del dosel arbóreo de los cultivos medidos. La cámara o el sistema 46 de formación de imágenes pueden incluir una lente de ojo de pez para la fotografía o formación de imágenes de dosel arbóreo hemisférico. La cámara o el sistema 46 de formación de imágenes pueden incluir un dispositivo de formación de imágenes por infrarrojos o cercano a los infrarrojos o un dispositivo CCD, que puede resultar útil para determinar la retención o pérdida de agua en el dosel arbóreo de los cultivos medidos. Uno de los brazos 90 puede estar previsto en un módulo dispuesto superior, y el otro brazo puede estar previsto en un módulo dispuesto inferior. En esta configuración, los brazos 90 se pueden configurar para permitir la formación de imágenes del dosel arbóreo entre los dos brazos 90, proporcionando así un análisis más detallado de la arquitectura del dosel arbóreo, los ángulos de las hojas, la distribución de los cables, la geometría y la apertura del dosel arbóreo y los índices de área de salida. Los cables 92 asociados con la cámara pueden ser externos al brazo como se muestra en las Figuras 1-8 o internos al brazo como se muestra en las Figuras 9-12.

El controlador de campo y sensor remoto 20, 200 puede estar provisto de un anemómetro 94 en su parte más superior para medir la velocidad del viento sin interferencia de los cultivos medidos. El anemómetro 94 puede estar provisto de una tapa 96 que se puede unir de forma extraíble al módulo dispuesto más arriba o superior a través de la abrazadera 30 de palanca. Como alternativa, la tapa se puede ajustar a presión en el extremo axial del módulo dispuesto más arriba. La tapa puede tener salidas de aire y un ventilador para ayudar a la circulación en el interior hueco del controlador de campo y sensor.

El controlador de campo y sensor remoto 20, 200 puede estar provisto de paneles solares 98 para alimentar la electrónica 28 de a bordo y los sensores 26. Los paneles solares 98 se pueden mover entre una posición replegada en la que los paneles pivotan contra la superficie exterior del módulo 22, y una posición desplegada en la que los paneles solares se ensanchan en un patrón en forma de abanico. Los paneles solares 98 pueden estar previstos en un módulo dispuesto superior para reducir la interferencia de los cultivos medidos. Los paneles solares 98 se pueden configurar para alimentar un módulo específico o múltiples módulos. Dependiendo de la cantidad de módulos utilizados para formar el controlador de campo y sensor remoto, la cantidad de paneles solares puede variar según sea necesario. Si bien los dibujos muestran tres paneles solares, se pueden proporcionar paneles solares adicionales según sea necesario. Uno o más paneles solares 98 pueden estar conectados operativamente a la fuente 44 de batería ubicada dentro del interior hueco de uno o más de los módulos, y configurados para permitir la carga de la fuente 44 de batería, según sea necesario. Por lo tanto, el controlador de campo y sensor remoto puede ser un dispositivo de energía neta cero.

Uno de los módulos, p. ej., que sirve como el módulo de base o dispuesto más bajo, puede acomodar específicamente conexiones para los dispositivos de medición del suelo tales como un generador de imágenes 48 de suelo Minirhizotron o una sonda 208 de humedad del suelo para medir las condiciones del suelo tales como el contenido de agua del suelo, los nutrientes del suelo y el pH del suelo. El controlador de campo y sensor remoto 20, 200 se pueden fijar al suelo utilizando piquetas 102 de jardinería. Las piquetas 102 de jardinería se pueden dirigir a través de patas 104 o una placa base 206 del módulo inferior o de base. Como se mencionó, las otras piquetas 36 de jardinería se pueden conectar a los cables 34 de sujeción que se extienden desde las piquetas hasta los ojales 32 de los cables de sujeción en uno o más de los módulos 22. Las piquetas 36,102 pueden colocarse en suelo sólido debajo del suelo agrícola arado de manera que se adapte al espacio de los cultivos y proporcione la máxima estabilidad para el controlador de campo y sensor remoto 20, 220. Adicionalmente, se puede añadir un soporte 104 de trípode (plegable o fijo) al módulo inferior o base para proporcionar rigidez adicional para el controlador de campo y sensor remoto 20, 200 cuando se despliega en el campo. El módulo dispuesto más abajo puede encajar a presión en el módulo intermedio contiguo o pueden conectarse juntos utilizando el mecanismo 30 de pestillo de abrazadera de palanca.

A modo de ejemplo, como se muestra en las Figuras 3 y 10, el módulo más arriba o superior puede tener la tapa 96 que incluye el anemómetro 94 y sella el extremo superior abierto del módulo. El módulo dispuesto más arriba o superior puede incluir los paneles solares 98 y los sensores 26 para medir temperatura, humedad, CO2, calidad y cantidad de luz y presión barométrica. El número de sensores 26 puede variar según se desee y puede incluir 10 sensores. La electrónica 28 puede estar prevista en el módulo para controlar el funcionamiento de los sensores y recopilar datos medidos. Los sensores 26 y la electrónica 28 se pueden personalizar para una aplicación particular. El módulo dispuesto más arriba o superior también puede estar provisto del sistema 46 de cámara y del brazo 90 de cámara. El brazo 90 de cámara puede ser telescópico y proporcionar formación de imágenes de la parte superior del dosel arbóreo del cultivo. La formación de imágenes puede ser IR y puede incluir una cámara de ojo de pez. La cámara 46 puede apuntar hacia abajo, hacia el módulo base. El espacio adicional en el brazo de la cámara puede acomodar sensores adicionales, p. ej., sensor de proximidad láser/LIDAR, ultrasonido, sensores multiespectrales e hiperespectrales. El módulo dispuesto más arriba o superior también puede incluir un transmisor inalámbrico.

A modo de ejemplo, como se muestra en las Figuras 3, 4, 6 y 11, el módulo o módulos centrales o intermedios pueden incluir sensores 26 para medir temperatura, humedad, CO2, calidad y cantidad de luz y presión barométrica. El número de sensores 26 puede variar según se desee y puede incluir 20 sensores. La electrónica 28 puede estar prevista en el módulo para controlar el funcionamiento de los sensores 26 y recopilar datos medidos. Los sensores 26 y la electrónica 28 se pueden personalizar para una aplicación particular. Debido a que los requisitos de energía de los módulos centrales pueden ser menores que los de otros módulos, los módulos centrales se pueden alimentar juntos en serie.

A modo de ejemplo, como se muestra en las Figuras 5 y 12, el módulo inferior o base puede estar provisto de la electrónica 28 para el funcionamiento de los sensores 26 de cultivo y ambientales del módulo base, el sistema 48 de formación de imágenes de Minirhizotron y/o las sondas de humedad del suelo 208. Los sensores 26 de base o módulo inferior se pueden configurar para medir temperatura, humedad, CO2, calidad y cantidad de luz y presión barométrica. El número de sensores 26 puede variar según se desee y puede incluir 10 sensores. La electrónica 28 puede estar prevista en el módulo para controlar el funcionamiento de los sensores 26 y recopilar datos medidos. Los sensores 26 y la electrónica 28 se pueden personalizar para una aplicación particular. El módulo base (o un módulo central inferior, Figs. 3, 4, 6, 11) también puede estar provisto del sistema 46 de cámara y del brazo 90 de cámara. El brazo 90 de cámara puede ser articulado, telescópico o ajustable de otro modo, y proporcionar formación de imágenes de la parte inferior del dosel arbóreo del cultivo. La formación de imágenes puede ser IR y puede incluir una cámara de ojo de pez. La cámara 46 puede apuntar hacia arriba, hacia el módulo dispuesto más arriba o superior. El espacio adicional en el brazo 90 de la cámara puede acomodar sensores adicionales, p. ej., sensor de proximidad láser/LIDAR, sensores de ultrasonido, multiespectrales e hiperespectrales.

Adicionalmente, el controlador de campo y sensor remoto 20, 200 se puede configurar para trabajar con sondas 120 de suelo satélites que están alejadas del controlador de campo y sensor remoto. Las sondas satélites 120 se pueden configurar para medir la humedad del suelo, el pH del suelo, la temperatura del suelo y la composición de nutrientes del suelo. Las sondas satélite 120 pueden ser alimentadas por una batería de a bordo. Las sondas satélite 120 se pueden configurar para enviar información relacionada con el suelo a través de ondas 122 de baja energía, por ejemplo, a través de Z-Wave, Bluetooth de Baja Energía, etc. Las sondas satélite 120 se pueden configurar para funcionar bajo el suelo por debajo del nivel del suelo. Las sondas satélite 120 se pueden configurar con GPS a bordo para ayudar a los usuarios a localizar sensores enterrados al final del ciclo de cultivo. Un controlador de campo y sensor remoto 20, 200 posicionado cerca de las sondas satélite 120 se puede configurar para recopilar datos de sus sensores y de las sondas satélite de suelo en el campo.

La naturaleza modular del controlador de campo y sensor remoto 20, 200 proporciona personalización para la formación de imágenes y la detección óptimas de los cultivos más comúnmente cultivados comercialmente. El controlador de campo y sensor remoto 20, 200 puede funcionar a diferentes alturas para acomodar equipos agrícolas y diferentes tamaños de cultivos. Por ejemplo, para cultivos de menos de 5 pies de altura, tales como sorgo de grano común, trigo y soja, el controlador de campo y sensor remoto se puede configurar con tres módulos de 2 pies de largo, a una altura de 6 pies, permitiendo así que la pluma o el brazo de la cámara del módulo superior forme imágenes sobre el cultivo para un seguimiento eficaz del desarrollo del dosel arbóreo. También se pueden añadir módulos adicionales durante el crecimiento de la planta. Por ejemplo, en una realización en la que el controlador de campo y sensor remoto se configuran inicialmente con tres módulos de 2 pies de largo, a una altura de 6 pies, se puede agregar un módulo adicional de 2 pies durante la temporada de crecimiento para crear un controlador de campo y sensor remoto de 8 pies. Esto puede resultar útil para cultivos más altos tales como el maíz. Los paneles solares 98 y el anemómetro 94 pueden estar ubicados con el módulo superior para proporcionar un funcionamiento óptimo sin interferencia de los cultivos medidos. Los sensores 26 de presión barométrica, CO2, temperatura, humedad y luz a lo largo del controlador de campo remoto y el sensor pueden permitir lecturas individuales para crear un gradiente de condiciones y rastrear condiciones cambiantes.

Como se muestra en la Figura 13, el controlador de campo y sensor remoto 20, 200 puede recopilar mediciones del sensor ambiental y de cultivos en el campo y transmitir los datos a través de un transmisor inalámbrico de a bordo. Un receptor inalámbrico central 220 se puede integrar con uno o más controladores y sensores 20, 200 de campo remotos desplegados en un campo de cultivos 222. El receptor inalámbrico central 220 puede estar integrado con otro equipo operativo 224 de campo para proporcionar riego automatizado y suministro de agua, control de plagas o fertilización cuando y donde se necesite. Los datos se pueden recopilar en el campo 222 y transmitir a una instalación 226 de computación y almacenamiento en la nube. Los datos se pueden procesar a través de la instalación 226 de computación y almacenamiento en la nube y transmitir a un usuario 228. La instalación 226 de computación y almacenamiento en la nube puede generar informes que se personalizan de acuerdo con la ubicación, el tipo de cultivos y la época del año. Los datos en tiempo real se pueden enviar a un teléfono/tableta/PC 230 del usuario 228, lo que permite al usuario tener mejor información para un crecimiento óptimo de los cultivos medidos, y para implementar y/o ajustar estrategias de entrada en cualquier momento.

Las figuras 14-16 muestran una interfaz gráfica 300 de usuario ejemplar que se puede visualizar en un teléfono/tableta/PC 230 para permitir que el usuario 228 interconecte con el controlador de campo y sensor remoto 20, 200. El usuario 228 puede seleccionar uno de los muchos controladores y sensores 20, 200 de campo remotos y acceder en condiciones 302 de tiempo real que son monitorizadas y detectadas por el controlador de campo y sensor remoto, así como los datos históricos 304 (Fig. 16). Los datos y la información accesible a través de la interfaz gráfica 300 de usuario se pueden correlacionar con los sensores desplegados y configurados en el controlador de campo y sensor remoto, y pueden incluir funcionalidad para permitir al usuario controlar de forma remota los sistemas 224 para riego y suministro de agua, control de plagas o fertilización. La interfaz gráfica 300 de usuario se puede configurar para mostrar las condiciones actuales 302 en uno o más controladores y sensores de campo remotos, incluyendo, a modo de ejemplo, la velocidad del viento, los niveles de CO2, la humedad relativa, la precipitación, la luz, la temperatura, la presión barométrica y los niveles de humedad del suelo. Se puede acceder a los datos históricos 304 para una condición particular a través de los iconos 306 para cada condición. Por ejemplo, la Figura 14 muestra la interfaz gráfica 300 de usuario que comprende un panel de control de las condiciones actuales 302 en un controlador de campo y sensor remoto particular. La Figura 15 muestra la interfaz gráfica 302 de usuario después de la selección del icono de temperatura, e incluye indicaciones adicionales 308 para datos históricos. La Figura 16 muestra la interfaz gráfica 300 de usuario después de la selección de los datos históricos 306 de temperatura del mes. La interfaz gráfica de usuario permite a los operadores tener mejor información para el crecimiento óptimo de los cultivos medidos e implementar y/o ajustar estrategias de entrada en cualquier momento. La naturaleza modular del controlador de campo y sensor remoto proporciona una personalización fácil en el sitio para la formación de imágenes/detección óptimas de diversos cultivos.

Como se podrían hacer diferentes modificaciones en las construcciones y métodos descritos e ilustrados en este documento sin apartarse del alcance de las reivindicaciones, se pretende que todo el material contenido en la descripción anterior o mostrado en los dibujos adjuntos se interprete como ilustrativo en lugar de limitativo. Por lo tanto, la amplitud y el alcance de la presente invención no deberían estar limitados por ninguna de las realizaciones ejemplares descritas anteriormente, sino que deberían definirse únicamente de acuerdo con las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un controlador de campo y sensor (20, 200) para monitorizar directamente dentro de un dosel arbóreo de planta que comprende un cuerpo alargado que tiene un interior hueco (24) y un primer y segundo extremos axialmente opuestos con un primer brazo (90) que se extiende hacia fuera desde el cuerpo alargado adyacente al primer extremo axial y un segundo brazo (90) que se extienden hacia fuera desde el cuerpo alargado adyacente al segundo extremo axialmente opuesto, teniendo cada uno de los brazos (90) un dispositivo (46) de formación de imágenes montado en el mismo, estando posicionado el dispositivo de formación de imágenes del primer brazo para obtener imágenes en una dirección hacia el segundo extremo axial del cuerpo alargado, estando posicionado el dispositivo de formación de imágenes del segundo brazo para obtener imágenes en una dirección hacia el primer extremo axial, estando separados entre sí el primer y segundo brazos (90) a lo largo de una longitud del cuerpo alargado a una distancia suficiente para obtener una imagen de un dosel arbóreo de cultivo en un campo en el que se despliegan el controlador de campo y sensor, caracterizado por que el cuerpo alargado comprende una pluralidad de sensores (26) configurados para detectar una característica ambiental y de cultivo similar, siendo los sensores al menos tres e incluyendo al menos uno para detectar temperatura, humedad, CO2, presión barométrica, cantidad y calidad de luz, velocidad y dirección del viento y lluvia, estando dispuesta la pluralidad de sensores ( 26) con un intervalo de separación común a lo largo de una longitud del cuerpo alargado.

2. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que el dispositivo (46) de formación de imágenes de al menos uno del primer y segundo brazos es una cámara.

3. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que el dispositivo (46) de formación de imágenes de al menos uno del primer y segundo brazos es un dispositivo de formación de imágenes por infrarrojos.

4. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que al menos uno del primer y segundo brazos (90) tiene una longitud ajustable de proyección desde el cuerpo alargado.

5. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que al menos uno del primer y segundo brazos (90) incluye al menos un sensor adicional.

6. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que el dispositivo (46) de formación de imágenes de al menos uno del primer y segundo brazos incluye una lente de ojo de pez.

7. El controlador de campo y sensor de la reivindicación 1, en el que el cuerpo alargado comprende un primer y un segundo módulos (22) conectables entre sí de forma extraíble.

8. El controlador y sensor de la reivindicación 7, que comprende además un tercer módulo que se puede conectar de forma extraíble con el primer y segundo módulos y dispuesto entre ellos, en el que, en particular, el controlador y el sensor comprende además un cuarto módulo que se puede conectar de forma extraíble con al menos dos del primer, segundo y tercer cuerpos alargados.

9. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que el cuerpo alargado incluye una abertura de acceso al interior hueco del cuerpo alargado, en el que, en particular, la abertura de acceso comprende un panel (56) en una superficie exterior del cuerpo alargado.

10. El controlador y sensor de la reivindicación 1, en el que al menos uno de la pluralidad de sensores (26) está alojado en el interior hueco del cuerpo alargado.

11. El controlador y sensor de la reivindicación 1, que comprende además una estructura (62) de montaje de sensor insertable de forma extraíble en el interior hueco del cuerpo alargado, en el que, en particular, la estructura de montaje del sensor tiene superficies de aplicación configuradas para permitir al menos uno de la pluralidad de sensores para montarse de forma extraíble en la estructura de montaje del sensor.

12. El controlador y sensor de la reivindicación 1, que comprende además un transmisor inalámbrico configurado para transmitir datos representativos de la salida de los sensores, en el que, en particular, el controlador y sensor comprende además un procesador configurado para comunicarse con una pluralidad de ordenadores remotos a través de una red y una memoria, estando configurado el procesador para almacenar una estructura de datos en la memoria, comprendiendo la estructura de datos una pluralidad de elementos de datos asociados entre sí como condiciones de cultivo y ambientales detectadas por el controlador de campo y sensor; y proporcionar la estructura de datos a una pluralidad de ordenadores remotos a través de la red de acuerdo con los criterios asociados con un usuario del sistema.

13. El controlador y sensor de la reivindicación 12, en el que el procesador está configurado además para activar el equipo de gestión de campo en base a los datos en el que, en particular, el equipo de gestión de campo incluye al menos uno de un sistema de riego, un sistema de suministro de agua, un sistema de suministro de control de plagas, y un sistema de suministro de fertilización.