AGROVISIÓN : Red de sensores inalámbricos para la previsión y tratamiento de plagas en cultivos frutales

Abstract

Durante el desarrollo del Proyecto de Fin de Carrera Agrovisión se trabajó en la implementación de una red de nodos inalámbricos con capacidad de adquisición, transmisión y procesamiento de imágenes con la motivación de mejorar el actual sistema de control del nivel de población de plagas Cydia pomonela y Cydia molesta utilizado por productores agrícolas. El trabajo se desarrolló en el marco del proyecto FPTA-INIA 313 GERVASIO : “Generalización de las redes de sensores inalámbricos como herramienta de valorización en sistemas vegetales intensivos”, presentado por el grupo de Microelectrónica del Instituto de Ingeniería Eléctrica de la UdelaR que tiene como contraparte al INIA y JUMECAL. Esta última es una cooperativa agraria con campos de cultivo en la cuenca del río Santa Lucía sobre los cuales se instaló la red implementada. El sistema consiste en aplicar estrategias de control de plagas a partir de información obtenida sobre la presencia de éstas en el campo. Para obtener información sobre el nivel de población de dichas plagas se distribuyen en los terrenos de cultivo trampas, con una sustancia adhesiva impregnada sobre el piso que atrae mediante el uso de feromonas a los machos de las especies que afectan los cultivos. Este sistema depende de la intervención del hombre. Periódicamente, personal de los productores recorre los campos cambiando los pisos de las trampas por otros nuevos. En dicho proceso, se realiza un conteo de las polillas atrapadas en las trampas por parte de personal especializado que puede diferenciar las especies y lleva una cuenta independiente para cada una. Luego los resultados son centralizados para poder ser consultados. El conteo manual de polillas capturadas en las trampas y la transmisión de la información presenta limitaciones asociadas a la intervención de un operador humano. Dichas limitaciones son la periodicidad con la que se revisan las trampas y la centralización de la información. Además, el acceso de datos es falible debido a errores humanos. Se deben considerar también los costos asociados al entrenamiento del personal y al traslado de éste al recorrer los campos. Frente a estas dificultades, el presente proyecto propone encontrar una soluci´on implementando una red de sensores inalámbricos. Dicha red podría registrar el estado de las trampas mediante toma de imágenes y su procesamiento permitiría cuantificar y diferenciar por especie a los insectos de cada trampa. Esta informaci´on se transmitiría de forma automática y sincronizada, permitiendo entonces que se lleve a cabo la centralización de los datos libre de error humano y reduciendo el tiempo en el que se realiza. Este grupo de proyecto de fin de carrera es el tercero que participa del proyecto FPTA-INIA 313 GERVASIO. Anteriormente han participado Plagavision [1] y WSNVision [2]. Se continúa en su línea de trabajo, profundizando en algunos aspectos y siguiendo diferentes objetivos en otros. Al igual que en los proyectos anteriores, se programó en Contiki OS, un RTOS de código abierto con énfasis en la conexión de dispositivos de poca memoria. Se desarrolló una aplicación de transmisión de imagen basada en el stack uIP de Contiki (implementación del stack TCP/IP adaptado a microcontroladores de bajos recursos). Se utiliza el protocolo RPL de enrutamiento para obtener una red dinámica. La aplicación desarrollada fue testeada en condiciones de laboratorio obteniendo resultados satisfactorios, logrando transmitir una imagen por nodo cada un período dado. El hardware que se monta sobre cada trampa está formado por una placa Embit, una cámara, un sistema de iluminación led y una placa interfaz que interconecta éstos elementos entre si y con la alimentación del sistema provienente de tres baterías AA. Las trampas utilizadas fueron hechas con cartonplast de acuerdo a un diseño aprobado por JUMECAL. En el techo se instala un gabinete sellado para aislar el sistema electrónico que va montado dentro. El lente de la cámara se coloca en una abertura que comunica el gabinete con la trampa. El techo del gabinete es removible para poder realizar de forma sencilla el cambio de baterías. Se realizó una instalación de 4 trampas para probar el desempeño de la aplicación en campo. Se probaron distintas topologías cambiando la posición de las trampas. Los resultados no fueron tan buenos como los auspiciados por las pruebas en el laboratorio. Algunas de los archivos de imágenes no llegaron completos por lo que estas no pudieron ser observadas. Se hace notar que en campo se intercambia un mayor número de mensajes de red así como de paquetes de imagen duplicados, lo que puede deberse a la menor calidad de los enlaces que en laboratorio. Se incorporó el algoritmo de procesamiento de imágenes desarrollado por el PFC Plagavision para contabilizar de forma automática la cantidad de polillas atrapadas en las trampas y transmitir la posición de cada una en la imagen para de esta forma disminuir la cantidad de datos a intercambiar. El protocolo fue adaptado al SoC utilizado y se lo entrenó y evaluó su desempeño en imágenes de los suelos de las trampas. Durante estas pruebas se concluyó que el desempeño no es bueno dada la cantidad de falsos positivos que se obtienen a evaluar las imágenes. Dados los resultados obtenidos se descartó la posibilidad de incorporar este algoritmo de procesamiento a la aplicación final presentada. Palabras clave : transmisión de imágenes, rpl-udp, jpeg, algoritmo de conteo