Meccanizzazione agricola, pianificazione e gestione dei processi meccanizzati

I SSD (SISTEMI DI SUPPORTO ALLE DECISIONI)

I software gestionali per l’agricoltura sono in fase di sviluppo e in diffusione.

John Deere Information Managment: si tratta di un sistema chiuso e pensato per chi possiede macchine del marchio

stesso, per realizzare la full line. Si tratta quindi di un software vincolato.

Ag Leader SMS: è un brand di agricoltura di precisione che converte le mo normali in macchine adatte, il software

gestisce le macchine del marchio stesso.

Farmworks: è un software quasi open, ha un database che consente di elaborare i dati di numerosi brand, tra cui

John Deere, si tratta dell’unico gestionale presente sul mercato che riesce ad elaborare i dati di diversi brand.

Tutti questi software impiegano i GIS, si tratta di tool che consentono di applicare la geostatistica e di produrre

mappe di prescrizione. Spesso le informazioni tecniche relative all’uso delle macchine devono essere inserite

manualmente, tranne nel caso di JDlink.

Le applicazioni di agricoltura di precisione richiedono quindi approcci complessi, l’automazione è solo una parte del

processo. È fondamentale procedere al trasferimento di tecnologie operando nell’ambito di un quadro metodologico

di riferimento (bisogna distinguere tra esigenze di monitoraggio e di automazione). Le maggiori difficoltà riguardano

il trasferimento delle tecnologie in agricoltura. Fondamentale è la formazione delle figure professionali coinvolte.

IL SISTEMA DI POSIZIONAMENTO GPS

GNSS è il sistema satellitare globale di navigazione (in lingua inglese global navigation satellite system) è un

sistema di geo-radiolocalizzazione e navigazione terrestre, marittima o aerea, che utilizza una rete di satelliti

artificiali in orbita e pseudoliti. I sistemi di geolocalizzazione forniscono un servizio di posizionamento geo-spaziale a

copertura globale che consente, a piccoli ed appositi ricevitori elettronici, di determinare le loro coordinate

geografiche (longitudine, latitudine ed altitudine) su un qualunque punto della superficie terrestre o dell'atmosfera

con un errore di pochi metri, elaborando segnali a radiofrequenza trasmessi in linea di vista da tali satelliti.

Esistono 4 costellazioni GNSS, di cui solamente due sono tuttora operative. La costellazione Navstar GPS

(NAVigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System), statunitense, controllata dal ministero della

difesa USA, è quella più impiegata. La costellazione Glonass è russa, ha subito un crollo negli anni ’90, anche se negli

ultimi anni ha ricominciato a tornare in funzione. Noi utilizziamo in prima istanza la Navstar, ma esistono ricevitori

predisposti a ricevere entrambi i satelliti: un ricevitore che riesce a ricevere il segnale da più satelliti riesce ad avere

prestazioni superiori in termini di precisione. La terza costellazione è nata con scopi civili, si tratta dell’europea

Galileo: l’agenzia spaziale europea (ESA) contribuisce alla costruzione di questa costellazione. Non è ancora

operativa, per una questione economica (costo dei satelliti) e per una questione politica: lo stampo civile di Galileo

può risultare un competitor importante dal punto di vista geopolitico. La costellazione Compass è di origine cinese,

non è ancora operativa. Se tutte e 4 queste costellazioni funzionassero, un utente civile potrebbe collegarsi a 4 tipi di

satelliti, ciò potrebbe consentire di ottenere un posizionamento più preciso (gli attuali sistemi che correggono la

posizione, errata di 7-8 m, potrebbero non essere più impiegati).

Il GPS (Global Positioning System) si rifà alla costellazione Navstar. Timing and ranging, ovvero misure di tempo e

distanza, sono i principi di funzionamento del GPS. La misura del tempo è la base di tutto, da qui parte il

funzionamento di un sistema così complesso. Il GPS è un sistema satellitare ideato e gestito dal DOD (ministero della

difesa USA), realizzato per la navigazione e per il posizionamento continuo in tempo reale, ad oggi è diffuso in tutti

gli ambiti. Un GPS è composto da tre parti dette segmenti: tali segmenti comunicano tra loro in direzioni specifiche.

❖ Segmento spaziale: comprende la costellazione di

satelliti;

❖ Segmento di utilizzo: ciò che è a terra e gestisce i segnali

ricevuti dallo spazio e si occupa di verificare il corretto

funzionamento dei satelliti; noi operiamo in questo

segmento, siamo utenti passivi.

❖ Segmento di controllo: insieme delle stazioni a terra che

gestiscono il sistema; traccia i satelliti, ne aggiorna la

posizione e sincronizza gli orologi.

Il segmento spaziale Navstar è composto da 24 satelliti (più 5 di riserva già in orbita) con vita media di 7-8 anni

(attualmente sono presenti satelliti di 4° generazione). I satelliti non sono geostazionari, ovvero non seguono la

posizione della terra: la rivoluzione di un satellite GPS è diversa da quella della terra. Il satellite è quindi sempre in

una posizione diversa, i satelliti “inseguono” le posizioni dalla terra, altrimenti non potrebbero calcolare una

variazione di posizione. La costellazione è stata progettata in maniera tale da consentire in qualunque luogo e ora la

visibilità di almeno 4 satelliti a partire da un’elevazione di 15° sull’orizzonte. Ci sono 4 satelliti per ogni piano orbitale,

sono molto lontani rispetto alla Terra (circa 20.200 km; a titolo d’esempio quelli delle telecomunicazioni sono a

6.000 km). Le motivazioni sono di carattere di sicurezza, e perché i loro segnali devono coprire l’intera superficie

terrestre, questo comporta un segnale in arrivo sulla superficie molto debole data la sua distanza. Infatti nei locali, in

un bosco, esso non funziona, questo risulta un problema per l’ambito forestale (debolezza del sistema). La durata dei

satelliti è funzione anche della potenza del segnale che mandano a Terra, anche per questo è utilizzato un segnale

debole. Ogni satellite compie una rivoluzione in 12h, sono stati posizionati in modo che siano visibili almeno 5

satelliti da qualsiasi punto del globo.

Il segmento di controllo è costituito da stazioni a terra che comunicano con i satelliti e ne correggono le orbite

qualora necessario. Seguono in maniera continua i satelliti ed elaborano i dati ricevuti per calcolarne la posizione

spazio temporale (effemeridi). Inoltre, provvedono alla calibrazione e sincronizzazione degli orologi. La base di

riferimento è circa al centro dell’America (Colorado Springs), altre 4 basi di riferimento sono in isole posizionate

all’equatore. Un'altra importante funzione di questo segmento riguarda la determinazione dell'orbita di ciascun

satellite e la previsione del relativo percorso per le seguenti 24 ore.

Il segmento di utilizzo è costituito dall’utenza dotata di idonei ricevitori muniti di antenna. I ricevitori si dividono in

tre categorie principali:

❖ I palmari, piccoli ricevitori che calcolano la posizione che viene elaborata da un calcolatore, sono macchine

semplici;

❖ GPS/GIS comunicano con i GIS; sono in grado di calcolare la posizione, i tracciati, di esportare dati in formato

shapefile ed sono in grado di esportare i dati anche su dati cartografici (già sulla mappa, 3000€), la precisione del

posizionamento è sempre bassa;

❖ Livello geodetico con macchine più avanzate (12.000€), si raggiunge una precisione al centimetro con l’uso di

appositi processi correttivi (per l’uso civile, senza lo sviluppo di correzioni il sistema sbaglierebbe sempre di 7m).

Cos’è un segnale elettromagnetico

Un segnale elettrico ha un andamento sinusoidale, con una determinata lunghezza d’onda, si dice continuo poiché

assume valori tra uno massimo ed uno minimo. È il segnale che porta i dati in internet, le telecomunicazioni, ecc. Il

segnale elettrico è identificato da frequenza (numero di cicli in 1s, Hz) e lunghezza d’onda (distanza tra due picchi,

misurata in metri). Tale segnale viene definito segnale portante, di per sé non serve a niente, ma su di esso viene

“scritto” altro, ovvero viene modulato. La modulazione è la

scrittura di segnali sulla portante. Il “tu tu” è la portante del

telefono, parlando noi moduliamo il segnale portante. Il segnale

digitale si chiama anche discreto, distinto dalla portante poiché

non è continuo: funziona come i bit, può assumere solo il valore

acceso o spento (0 o 1). Tale segnale 0 o 1, che costituisce

l’informazione del satellite, non può essere trasmessa, è

necessaria la portante. La modulazione consta nello scrivere una

digitale su una portante analogica. Esistono tre tipi di

modulazione:

❖ Di ampiezza (AM): è la modulazione più semplice che il GPS

non impiega poiché non molto sicura. Quando il segnale

comunica col bit 1 (“acceso”) la portante scrive, quando il

segnale comunica col bit 0 la portante si annulla, in pratica la

portante è trasmessa come fosse un codice Morse. La

modulazione di questo tipo è poco affidabile.

❖ Di frequenza (FM): tale modulazione usa la variazione della

frequenza dell’onda portate. La portante generata con la

sua frequenza viene modificata in maniera proporzionale

all’ampiezza del segnale (bit 1). La ricostruzione del

segnale a posteriori risulta più semplice e affidabile.

❖ Di fase (PSK): è la più difficile da realizzare. Si ottiene

variando la fase della portante rispetto al suo valore in

assenza di modulazione. Il bit 1 viene trasmesso con un

picco “negativo” il bit 0 con un picco “positivo”. Viene

invertito l’andamento della curva.

Il satellite usa onde di questo genere con modulazione di

frequenza (per alcuni casi) e di fase (preponderante).

Il segnale GPS reca due segnali importanti a terra: la forma d’onda e la portante. Gli orologi satellitari producono una

frequenza fondamentale f di 10,23 MHz, questo è l’orologio fondamentale del GPS. A partire da tale frequenza,

0

vengono generate due sinusoidi o portanti (L1 e L2), due codici (C/A e P) e una componente messaggio (codice D). La

portante L1 ha la frequenza fondamentale moltiplicata per 154 (1575,42 MHz), la L2 per 120 (1227,60 MHz). La

moltiplicazione per questi numeri risale a ragioni di solidità del segnale: il segnale deve entrare in atmosfera, tali

frequenze sono state utilizzate per poter ridurre le distorsioni dovute all’atmosfera e consentire il raggiungimento

della Terra di un segnale chiaro. Le onde portanti sono modulate dai codici binari C/A (Coarse Acquisition Code) e P

(Precision Code). Il primo, diverso per ciascun satellite per permetterne l’identificazione, è disponibile per uso civile,

mentre il secondo è riservato ad uso militare ad altri utenti autorizzati. La portante L1 legge entrambi i codici,