Sistema per la Valutazione della Vocazionalità Territoriale e della Variabilità dei Vigneti

PROGETTO EUROPEO - 2003-2005  BACCHUS - METHODOLOGICAL APPROACH FOR VINEYARD INVENTORY AND MANAGEMENT

'Applicazione prototipale sviluppata in ambiente 8.3 VBA Esri ArcGIS. (Bernardo Rapi, Maurizio Romani - 2005)

 Perchè VISAVES ?

I produttori vitivinicoli europei pongono una crescente attenzione alla corretta gestione del territorio e dei propri vigneti, con l’obiettivo principale di migliorare la qualità dei prodotti e di garantire una produzione costante, anche in condizioni climatiche e ambientali diverse. Il successo di un’intera annata spesso dipende da scelte, anche tecniche, operate in maniera quasi estemporanea, basandosi sull’esperienza dei singoli tecnici e su considerazioni generali, se non generiche, difficilmente codificabili e trasmissibili. In alcuni casi mancano informazioni affidabili su che cosa porà comportare un dato intervento in termini di miglioramento delle condizioni di crescita o della qualità in quella determinata pianta o varietà. Basti pensare alle scelte strutturali di lungo periodo, come la scelta di un determinato sesto d’impianto o varietà, o a inerventi di routine, come la potatura verde e la legatura, che tendono a mantenere o ripristinare un equilibrio tra biomassa verde e produzione, oltre che un irraggiamento ottimale delle foglie. Spesso le considerazioni alla base di queste scelte sono basate sulla perizia e l’esperienza dei tecnici e sono difficilmente valutabili in termini obiettivi.

Anche molte osservazioni e rilevamenti, come i campionamenti sugli acini per definirne il grado di maturazione, sono condotti in maniera arbitraria, come soggettiva è poi l’assegnazione alle diverse aree del vigneto, per la scelta della data di vendemmia, ecc.

Oggi esiste la possibilità di perfezionare la conoscenza del proprio territorio e della propria realtà produttiva, integrando strumenti diversi e conoscenze tecnico-scientifiche, per ottenere il massimo possibile e prevedere gli effetti delle scelte effettuate.

Il sistema VISAVES ha come scopo quello di integrare questi strumenti e queste conoscenze, individuando le aree con caratteristiche simili e descrivendo le differenze che, anche all’interno di queste, inevitabilmente si vengono a manifestare.

Trattando problemi inerenti alla produzione o alla gestione si utilizzano grandezze deterministiche, cioè valori che possono essere misurati sulla base delle ipotesi di partenza o di uno stato iniziale. Questa convenzione ci consente di essere compresi da tutti e di giungere ad una semplificazione dei processi decisionali.

Nei sistemi complessi, come quelli biologici, però osserviamo spesso che questo atteggiamento presenta dei limiti, poiché ogni organismo si comporta in maniera diversa dagli altri, anche rispetto agli stessi stimoli. Se consideriamo poi che l’ambiente nel quale l’organismo si sviluppa presenta esso stesso delle significative differenze, comprendiamo perché il risultato finale sia rappresentato da una grande varietà di situazioni diverse, che per questo diventano sempre più difficili da gestire.

L’evoluzione tecnologica ha dato origine ad una disciplina nuova e promettente, l’agricoltura di precisione, che cerca di rispondere correttamente alle legittime esigenze di tutti gli elementi e fattori ambientali, produttivi e contestuali, con l’obiettivo di giungere ad una produzione di sempre maggiore qualità e minore impatto ambientale.

La variabilità si gestisce, infatti, con un sostanziale aumento delle conoscenze e della capacità di intervenire in maniera mirata sui singoli fattori della produzione.

Struttura e Potenzialità

La versione del sistema VISAVES, realizzata nell’ambito del progetto europeo BACCHUS, si presenta come una prima ipotesi di lavoro, che ha in se elementi di sicuro interesse e strumenti innovativi, che possono e devono essere potenziati e ampliati.

Lo schema sottostante mostra in maniera sintetica il flusso di dati all’interno del sistema che, da un base di dati geografica, integra le informazioni agronomiche e gestionali con i dati meteorologici e le altre informazioni necessarie a modelli e indici.

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 VISAVES è quindi un’applicazione GIS (Sistema Informativo Geografico), che fornisce alcuni strumenti per la gestione del vigneto e la migliore comprensione delle potenzialità del territorio.

La versione prototipale è stata sviluppata in ArcGIS 8.3 in ambiente windows, perché questo tipo di ambiente consente un utilizzo ottimale dei piani informativi raster e dei dati territoriali, tuttavia il sistema potrebbe essere il trasferito sotto ambiente “open-gis”, rendendolo più accessibile per gli operatori.

Alle funzioni principali del sistema si accede semplicemente attraverso una barra degli strumenti, così come previsto dagli standard windows, impostando le variabili del sistema o scegliendo tra due diverse possibilità di analisi: Analisi del territorio e Analisi della variabilità.

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  1. Setup di sistema – consente l’accesso a tutte le funzioni per l’inizializzazione dei parametri del sistema e della banca dati;
  2. Analisi Territoriale - contiene i moduli per costruire i piani informativi di base ed eseguire l’analisi della vocazione territoriale: classificazione del territorio in funzione delle esigenze indicate per una determinata varietà d’uva;
  3. Analisi della variabilità – permette di introdurre le informazioni a livello catastale ed eseguire l’analisi di dettaglio sui singoli vigneti:
    • descrizione della variabilità interna al vigneto in termini di vigore delle piante (biomassa e LAI);
    • stima della potenzialità produttiva in termini quantitativi, anche tramite l’uso di scenari meteoclimatici;
    • calcolo del rapporto biomassa/produzione (vine balance) atteso in base alle informazioni disponibili alla data d’interrogazione del sistema;
    • indice di variabilità interna al vigneto per una determinata data, calcolato a partire dell’immagine telerilevata.

Altre funzioni potrebbero essere inserite o migliorate, in base all'attività di ricerca che il gruppo di ricerca svolge, quali:

  • Aggiornamento del modello di crescita e produzione, con l’introduzione delle curve di maturazione (grado zuccherino, acidità, ecc.);
  • Bilancio idrico delle diverse aree del vigneto, con la stima dello stress subito dalle piante in caso di mancata disponibilità idrica e del conseguente impatto sulla produzione;
  • Modelli fitopatologici per la previsione e la gestione degli attacchi parassitari;
  • Modelli per la previsione di danni da fattori abiotici.

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 Il modo di procedere di VISAVES

 

 Il sistema, per eseguire le analisi, richiede alcuni dati e informazioni in ingresso, che sono memorizzate all’interno di un DataBase MySQL, dove si trovano anche tutti i parametri necessari ai modelli, i dati meteorologici e le elaborazioni di maggiore interesse. Le diverse tabelle del DB possono essere gestite direttamente dall’utente tramite un’interfaccia grafica.

I dati utilizzati dal sistema devono essere tutti georeferiti, cioè essere riconducibili ad un punto, una zona o più zone con coordinate note. Tutte le informazioni, anche non digitali, per poter essere utilizzate dovranno essere legate ad una o più aree del territorio studiato, con una risoluzione spaziale e temporale adeguata agli obiettivi che si intendono perseguire.

Nella fase di messa a punto, occorrerà un accurato lavoro di inserimento dei dati che, in gran parte non dovrà più essere ripetuto in seguito. Tra I dati richiesti per l’inizializzazione, i più importanti sono:

  • Modello digitale del terreno (DTM)
  • Carta digitale dei suoli
  • Dati meteorologici (almeno temperatura e pioggia)
  • Informazioni sulle varietà coltivate (caratteristiche, data dell’impianto, osservazioni fenologiche o gradi giorno, produzione, esigenze e limiti)
  • Informazioni agronomiche e tecniche (documento dettagliato con indicazione delle zone dove esse vengono praticate)
  • Misure di campo – Rilevamenti qualitativi e quantitativi sulla produzione, misure di LAI, ecc.

Per una valutazione accurata della variabilità è necessario disporre almeno di un’immagine telerilevata ad alta risoluzione, che può essere acquisita da aereo, drone o satellite. La scelta del momento di acquisizione dell’immagine riveste grande importanza e questa dovrebbe essere anche resa disponibile in tempi rapidi, per non perderne il contributo informativo e la validità applicativa.

I dati che andranno aggiornati sono quelli relativi alle grandezze meteorologiche, ai dati gestionali, alle misure e osservazioni di campo, otre che alla o alle immagini ad alta risoluzione, la cui disponibilità è consigliata, ma non obbligatoria. Una volta organizzati questi dati, VISAVES è in grado di procedere con i calcoli, secondo gli schemi mostrati nei diagrammi che seguono

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Flusso seguito per l’analisi della vocazione del territorio

.
I dati meteorologici, sono prima elaborati per il calcolo dell’indice agrometeorologico, poi sono opportunamente spazializzati e classificati, in modo da ottenere una prima stima della rispondenza climatica delle diverse zone alle esigenze di una determinata varietà. Questa informazione è poi integrata con quella dei suoli, della disponibilità radiativa e delle caratteristiche morfologiche, per l’individuazione delle zone che soddisfano tutti i criteri richiesti per la sua coltivazione.

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Flusso seguito per l’analisi della variabilità tra i vigneti o interna al vigneto.

 

 In questo caso vi sono tre moduli principali che provvedono rispettivamente alla simulazione dello sviluppo potenziale della varietà, in base all’andamento meteorologico reale e/o simulato, all’assegnazione di precisi criteri di differenziazione tra elementi e zone diverse della vigna o del territorio e, infine, alla introduzione e all’attribuzione di pesi per la componente immagine (quando disponibile).

Vediamo adesso, più nel dettaglio, le diverse componenti e come praticamente è possibile procedere nello studio.

Parametri Generali

 In via preliminare, rispetto agli altri moduli, occorre introdurre le informazioni di base necessarie al software per lavorare. Una volta attivata la finestra delle impostazioni generali, sarà possibile indicare al sistema quali sono i settori del nostro archivio (directory o cartelle) all’interno delle quali si trovano i files necessari al sistema.  VISAVES procede poi per passi successivi, attivando di volta in volta gli strumenti necessari all’attivazione delle analisi richieste. Informazioni di base.

visaves6Piani informativi di base

  • Modello Digitale del Terreno – nome completo del set di dati raster che descrive la morfologia del territorio;
  • File contenente le parcelle catastali e i limiti dei vigneti;
  • Campo identificativo delle parcelle, necessario per legare le parcelle alle informazioni contenute nel database;
  • File contente le informazioni pedologiche, opzionale ma raccomandato per l’ottenimento di  nformazioni con un più alto grado di affidabilità (le informazioni richieste sono in particolare: l’acqua facilmente utilizzabile dalle piante, la profondità del terreno, il pH e la classe di drenaggio.);
  • Piano contenente la radiazione solare globale, calcolata per il periodo compreso tra il primo aprile e il trenta settembre (MJ/m2). Questo piano informativo può essere realizzato anche tramite la funzione implementata all’interno del sistema.

 

Una volta introdotte queste informazioni, premendo “Applica” I parametri vengono immessi nella memoria e salvati in un file testo con estensione “*.inf” nella directory c:\windows\temp. E’ possibile anche salvare una copia dell’impostazione, utilizzando il tasto “Salva con nome”, che può essere richiamata in qualsiasi momento per simulazioni successive (“Carica parametri salvati”).

 

 

 

 

DTM frascati
Modello Digitale del Terreno con indicazione delle stazioni meteo

 

 Opzioni di lavoro

 Le opzioni disponibili sono:

  • Dimensione delle celle – corrisponde alla risoluzione dei piani informativi in ingresso ed è espressa in unità cartografiche (in metri, se si usa la proiezione UTM);
  • Limiti dell’area di lavoro – file contenente i contorni dell’area oggetto di studio;

Parametri immagine NDVI

L'utente deve selezionare un'immagine NDVI, la data per la quale l'immagine è da considerarsi rappresentativa e la risoluzione spaziale. L'indice di vegetazione verrà usata durante l'analisi della variabilità. L'immagine può essere aggiornata anche successivamente.

Elenco delle stazioni meteorologiche disponibili

L'anagrafica delle stazioni è memorizzata nel database centrale e la lista è selezionata in base alle coordinate dei limiti dell'area di studio.  Per ciascuna stazione sono riportate le seguenti informazioni:

  • Codice della stazione: stringa alfanumerica che identifica in maniera univoca la stazione;
  • Coordinate geografiche (Est – X e Nord – Y): nel sistema di proiezione UTM saranno espresse in metri e servono per la corretta localizzazione e l’analisi spaziale dei dati;
  • Coordinate geografiche (Longitudine e Latitudine): espresse in gradi decimali e usate per stimare la radiazione solare;
  • Altitudine: espressa in metri e utilizzata durante le operazioni d’interpolazione e nella definizione della geometria delle ombre;
  • Note:  Informazioni per identificare la località in cui si trova la stazioni (es. toponimi locali)

La lista è presentata sottoforma di un foglio di calcolo e l'utente è abilitato a inserire nuove stazioni o modificare quelle presenti.

 Definizione scenario d’analisi

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 Tabelle delle classi

Questa tab consente di introdurre le informazioni che verranno usate dal modulo di analisi territoriale per classificare il territorio, cioè assegnare i pesi da dare agli elementi del modello digitale del terreno (Quota, Pendenza, Esposizione e Radiazione) e a quelli del suolo (Acqua utilizzabile, Profondità, Drenaggio e pH).

Quando l’utente seleziona una delle opzioni viene caricata una tavola di riferimento dal database, i cui valori possono essere cambiati tramite le funzioni “FROMVALUE”, “TOVALUE” and “OUT”, prendendo in considerazione l’effetto dei diversi parametri sul vigore e sulla produzione della varietà studiata. L’utente può anche aggiungere altre righe, per una maggiore dettaglio nella propria analisi, anche se i valori per il momento potranno essere fatti variare soltanto tra 0 e 4. Anche questa tabella mantiene tutte le funzionalità di un foglio di calcolo.

 Cultivar

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Questa  sezione mette in condizione l’utente di popolare il database con le informazioni e i dati relativi alla varietà d’interesse e tutti i parametri necessari al modello di simulazione.
Il sistema fornisce dei valori di riferimento  da utilizzare in caso di studio generico o per avere un ordine di grandezza dei valori da inserire.
Per VISAVES, la parola “CULTIVAR” non ha un significato equivalente a quello di cultivar tipo, ma corrisponde piuttosto ad uno strumento interno che permette di far variare i valori locali, in modo da simulare varietà e/o situazioni diverse.
L’utente può quindi scegliere di aggiungere un nuovo record o aggiornarne uno esistente, nel primo caso la modifica dei parametri forniti di default può essere anche parziale, ma dovrà essere salvata con un nome diverso da quello di riferimento.

Le altre due tab permettono di scegliere il tipo di scenario desiderato:

uno scenario generale – a scala di azienda o gruppo di aziende, per ottenere un’indicazione delle differenze di vigore e produzione;

uno scenario locale – a scala di vigneto o parcella, per ottenere un’indicazione della variabilità interna e delle differenze tra le diverse zone di una singola vigna.

 Scenario generale

Questa opzione prevede tre modi di operare:

  • Default to all – che implica l’uso di parametri e informazioni generiche per tutte le parcelle analizzate e produce quindi un confronto sul piano teorico delle diverse situazioni;
  • User values to all – che prevede l’inserimento da parte dell’utente delle informazioni relative ad una determinata varietà e l’applicazione di specifici coefficienti di adattamento alle diverse situazioni presenti, non direttamente simulate dal modello;
  • Selezione delle parcelle – che consente la scelta delle aree su cui il sistema deve lavorare e la creazione di scenari più complessi.

Tramite un normale software GIS (ArcGis, QGIS o altri), è possibile creare un nuovo file di poligoni (shapefile) con la stessa estensione di quello delle parcelle. In questo caso, la tabella degli attributi da associare a ciascun poligono deve avere i seguenti campi: CV_ID (Identificativo della cultivar), PVC (coefficiente per il vigore), PPC (Coefficiente per la produzione), e PQC (Coefficiente per la qualità); le cultivar devono essere definite nella specifica tabella e contenere i rispettivi valori per i coefficienti di vigore produzione e qualità.

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Se necessario, per ciascun poligono l’utente può definire una diversa cultivar o differenti coefficienti per guidare il sistema nell’analisi della produzione in base alle differenze che sono note, ad esempio a livello gestionale.

A partire da queste informazioni, VISAVES effettuerà un’operazione di fusione tra elementi geografici e informazioni tabulari, così da ottenere un nuovo file, chiamato GenScen.shp, contenente i poligoni delle parcelle e gli attributi dello scenario, che fornirà le informazioni necessarie al modello di simulazione.

Scenario Locale

L’utente può selezionare una parcella e aggiungere o modificare il campo desiderato, contenuto all’interno della tabella gestionale (MGT) del database. Le finestre di dialogo permettono l’inserimento di informazioni specifiche sulla gestione locale e sui vigneti, come ad esempio l’età delle piante, la densità, la data delle potature e la percentuale di riduzione della biomassa, la presenza d’impianti di irrigazione, ecc.

Il modello userà queste informazioni per correggere i valori potenziali previsti in uscita, sia come fattori di riduzione sia come fattori positivi (es. per l’irrigazione, se prevista, si assumerà che i fabbisogni idrici della pianta siano pienamente soddisfatti).

Calcolo della radiazione solare

Questa funzione consente di ottenere una stima della radiazione solare globale a partire dal Modello Digitale del Terreno. Il sistema usa il modello indicato in fase d’impostazione generale, estrae la pendenza in gradi e l’esposizione di ciascun elemento, per poi calcolare la radiazione solare, come somma della radiazione diretta e diffusa, dal primo aprile al 30 agosto (MJ / m2).

Il modello tiene anche conto degli ostacoli legati all’orografia attraverso una modellizzazione delle ombre, che specialmente in aree con orografia complessa consente una migliore descrizione delle diverse zone.

Il calcolo della radiazione diffusa si basa su un altro modello che tiene conto di parametri atmosferici standard di torbidità e di albedo. Per la definizione della latitudine il sistema usa il valore medio delle posizione delle stazioni meteorologiche.

Radiazione Frascati
Radiazione Globale - Aprile/Agosto
 Calcolo dell’andamento stagionale tipo “Climate Normal”

 

Il sistema di simulazione richiede un anno di dati per effettuare le sue stime sulla produzione e sulla qualità, ma l’utente può usarlo anche come strumento previsionale, per esempio per conoscere il vigore previsto ad una certa data e valutare le differenze nelle diverse zone, così da programmare gli interventi.

Normalmente, quando si parla di previsione, si considerano accettabili valori ottenuti simulando un numero limitato di giorni, generalmente meno di dieci e questo può essere fatto utilizzando i valori del periodo per un anno tipo o una media mobile degli ultimi sette giorni. Quando però ci si spinge oltre tali esigenze, si dovranno prevedere più possibilità, cioè scenari diversi. Il modo più semplice per effettuare queste previsioni è quello di preparare un minimo di tre anni:

  1. anno migliore (temperature e piogge ottimali )
  2. anno peggiore (condizioni sfavorevoli)
  3. anno tipo (i valori più probabili)

La creazione di questi anni può essere fatta a partire da una serie climatica di una certa consistenza, almeno dieci anni di dati. Nella versione attuale è stato introdotto soltanto un semplice sistema dimostrativo, che considera i soli valori medi calcolati sulla base dei dati esistenti. Questi dati medi sono anche utilizzati dal sistema per il completamento delle serie e la sostituzione dei dati mancanti.

Analisi del territorio

Attraverso il Menu “Analisi territoriale”, l’utente può accedere ad una serie di routine per la caratterizzazione del territorio e la valutazione della sua rispondenza alle esigenze delle varietà considerata.

Fattore morfologico

Il sistema usa le tre componenti princiapali (Pendenza, Quota ed Esposizione) per il calcolo di un indice morfologico, da utilizzare per le successive analisi. L’esposizione può essere sostituita, qualora l’utente lo ritenesse di maggiore interesse, con la radiazione solare, calcolata all’interno di VISAVES dall’apposita estensione. Operativamente, il sistema effettua una connessione tra la banca dati e i piani informativi raster, per poi procedere con i calcoli e con una riclassificazione dei diversi piani del modello digitale del terreno. I prodotti intermedi di queste operazioni sono salvati all’inteno della directory di lavoro, in file con nomi simbolici, come “Elevation Factor”, “Slope Factor”, “Solar Factor” and “Morphological Factor”.

Il fattore morfologico finale sarà funzione dell’importanza della quota, della pendenza e della radiazione nella determinazione della vocazionalità territoriale, ma l’importanza relativa di ciascun fattore nell’area in esame dovrà essere definita applicando dei pesi. Tale attribuzione può essere fatta tramite un’apposita schermata, che inizialmente presenta pesi equivalenti (0.33) e consente l’introduzione solo di valori la cui somma sia pari a 1 (± 0.01).

 

Fattore morfologico
Fattori geo-morfologici da associare alla caratterizzazione territoriale: Fattore Quota (A), Fattore Pendenza (B), Fattore Radiazione (C) e Fattore Morfologico fniale risultante dalla fuzione dei primi tre (D) (Mfact = Qfact*wg1+Slpfact*wg2+Radfact*wg3).

 

 Fattore Suolo

Se l’utente intende creare il fattore suolo “Soil factor” significa che dispone di un file contenente le informazioni sui suoli (Soil Shapefile), collegato ad una tabella contenente almeno due tipi di informazioni: un campo identificativo (ID) chiave primaria di ciscun poligono, che potrebbe corrispondere all’unità cartografica, e un campo dove si trovano informazioni sul drenaggio. Quest’ultimo  corrisponde a una stringa con indicazioni come: molto basso, basso, medio, buono, elevato. Gli altri campi opzionali sono: Acqua Facilmente Utilizzabile (AWC – Available Water Content), Profondità (spessore del suolo in cm) e pH.

Il sistema controlla la presenza dei campi e costruisce una piano per ciascun parametro, quindi procede con la riclassificazione, utilizzando le informazioni fornite dall’utente per la creazione del piano informativo relativo al fattore suolo. Se il numero di livelli è superiore a uno il sistema mostra una schermata per permettere all’utente di inserire i relativi pesi.

 

Fattore suolo
(Drain*Wg1)+(AWC*Wg2)+(Depth*Wg3)+(PH*Wg4) 

 Fattore climatico

Ultimo fattore, ma non meno importate, è quello della classificazione agrocliamtica, che descrive la rispondeza alle esigenze termirche della varietà analizzata.

Questa componente calcola l’indice eliotermico di Huglin per ciascuna stazione presente nella tabella “Stazioni” del database. Il sistema necessita di una serie completa di dati e di un numero variabile di stazioni, sei o più, in funzione delle dimensioni dell’area oggetto di studio.

Per ottenere indicazioni sufficientemente attendibili dal punto di vista climatico, si richiede una serie di almeno dieci anni di dati per ciascuna stazione. I parametri meteorologici richiesti per il calcolo dell’indice di Huglin sono le temperature medie e massime, in accordo con l’equazione implementata all’interno di VISAVES, che è la seguente:

 

Dove K è un coefficiente legato alla latitudine, calcolato per ciascuna stazione utilizzando le informazioni contenute nella tabella delle stazioni.


Al termine del processo, la subroutine calcola un valore medio per ciascuna stazione ed effettua un’interpolazione dei dati, tramite una funzione chiamata “spline con tensione”, per ottenere valori continui su tutto il territorio.

Il fattore climatico finale è ottenuto attraverso una riclassificazione del valore dell’indice di Huglin, effettuata sulla base delle indicazioni fornite nella sezione “impostazione del sistema”.

 

Spazializzazione dell’indice agroclimatico di Huglin e classi del Fattore Climatico usato per la classificazione territoriale.(Malvasia del Lazio - Consorzio Frascati)

 

Vocazione territoriale

Le routines precedenti salvano i diversi piani informativi, corrispondenti ai fattori esaminati (morfologico, pedologico e climatico) all’interno della directory definita dall’utente. Il fattore pedologico non è indispensabile per il completamento dell’analisi, ma è fortemente raccomandato per l’ottenimento di risultati più attendibili.

A questo punto sarà possibile procedere con l’attribuzione dei pesi relativi per ciascuna componente rispetto alle altre, necessari per effettuare l’overlay e ottenere la valutazione finale.

 

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Analisi della variabilità: Modello di simulazione

 

Come già anticipato, l'analisi della variabilità può essere eseguita secondo due scenari:  generale e locale.  Nel caso in cui venga selezionato “scenario generale”, il sistema chiede se dovranno essere utilizzati gli stessi valori per tutte le parcelle o valori diversi per ciascuna zona d’interesse. Nel primo caso VISAVES utilizza le informazioni generiche, altrimenti procede con una serie di reiterazioni in funzione del numero di aree presenti.

Per eseguire i calcoli il modello richiede di almeno un anno di dati, ma se la simulazione viene richiesta per l’anno in corso, presuppone che siano disponibili soltanto i dati dall’inizio dell’anno fino alla data indicata, procedendo al completamento automatico della serie tramite un generatore di dati implementato al suo interno. Il sistema impiega dati meteorologici di riferimento, che devono essere rappresentativi di una condizione normale (funzione “Calcola il clima normale” ) per la zona in esame.

Dopo aver fornito tutte le informazioni al sistema, l’utente può procedere con la simulazione (RunModel). Il primo passo del modello sarà quello di definire il piano di riferimento per la simulazione a cui seguirà il calcolo dei valori per ciascuna parcella selezionata.

I dati meteorologici sono letti e corretti in base alla quota e interpolati, prendendo in considerazione i parametri calcolati tramite una specifica funzione, chiamata “funzione di attribuzione delle stazioni”, che calcola i pesi da assegnare a ciascun valore registrato in funzione della distanza, calcolata su base tridimensionale, rispetto al punto di stima.

Per ciascun giorno giuliano viene calcolata la radiazione solare teorica sul piano, usando come parametro guida l’escursione termica giornaliera. Infine, inizia l’elaborazione vera e propria e, per ciascuna parcella, il sistema calcola il valore dell’indice di area fogliare (LAI), la biomassa verde, la data delle diverse fasi fenologiche in giorni giuliani (day of year: 1÷365/366), l’uva prodotta alla data di maturazione e un indice di qualità, legato al rapporto tra produzione e biomassa.

Nel caso in cui sia stato selezionato lo scenario locale, il sistema chiede all’utente di indicare le parcelle da analizzare e l’anno di simulazione. In questo caso, si chiede l’inserimento di informazioni di dettaglio , specialmente di tipo gestionale nella tabella MGT, così da poter effettuare simulazioni maggiormente rispondenti alla realtà locale. La procedura di calcolo rimane complessivamente la stessa, ma i valori e i coefficienti utilizzati dal modello varieranno da zona a zona, producendo risultati diversi per ciascuna parcella.

L’utente può scegliere di esaminare uno o più valori forniti in uscita dal sistema, tramite l’opzione “Create Maps”. Nel caso in cui si desideri analizzare il vigore, ad esempio, il sistema chiede di indicare il giorno e produce la mappa corrispondente. Il valore riportato nella carta finale è riferibile al centro geometrico (centroide) di ciasuna parcella e corrisponde al valore potenziale di quell’area.

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 Il valore dell’informazione in uscita non è assoluto, poichè lo scopo del sistema, è quello di evidenziare le differenze tra zone diverse e non di prevedere esattamente la produzione.

 

Analisi della variabilità: Modulo territoriale

 

Il modulo utilizza alcuni piani informativi per correggere i valori potenziali di vigore, produzione e qualità ottenuti con il modello di simulazione.  I fattori di correzione sono codificati nel modo seguente:

  • ELEVV (fattore di correzione in funzione della quota, usato per il vigore e la produzione)
  • ELEVQ (fattore di correzione in funzione della quota, usato per la qualità)
  • SLPVQ (fattore di correzione in funzione della pendenza, usato per vigore, produzione e qualità)
  • ASPVQ (fattore di correzione in funzione dell’esposizione, usato per vigore, produzione e qualità
  • RADVQ (fattore di correzione in funzione della radiazione, usato per vigore, produzione e qualità)

 

I fattori di correzione possono essere costruiti all’interno di VISAVES, tramite uno specifico strumento che è in grado di calcolare i coefficienti, necessari all’equazione che si usa per la riclassificazione, da poche informazioni fornite dall’utente e introdotte nel sistema.

Questi parametri devono essere rappresentativi del peso che hanno i diversi fattori rispetto alla produzione, ferme restando tutte le altre componenti. In sostanza, si tratta di dire per quali fasce sono attesi i valori più elevati e quanto possono influire, in percentuale, condizioni diverse rispetto a quella considerata ottimale. La condizione ottimale sarà posta uguale ad uno, mentre le altre varieranno tra zero (produzione nulla) e il valore potenziale.

visaves18Nell’esempio si mostra una variazione del vigore in funzione della quota; sulle X troviamo i valori di quota e su Y le percentuali di riduzione previste. Il risultato sarà un file contenente dei valori, compresi tra 0 e 1, variabili sul territorio in maniera continua. Per ottenere indcazioni più realistiche si può usare la radiazione solare invece dell’esposizione, che presenta un maggior grado di approssimazione. In questo caso, l’utente potrà assegnare i valori anche in base indicazioni bibliografiche, ad esempio relative al soddisfacimento di precise esigenze radiative.

Dopo aver costruito i vari livelli informativi, si può procedere con la creazione di una carta “corretta” per i diversi fattori d’interesse.

Il sistema consente di procedere per passi e di verificare il risultato di tutte le operazioni effettuate.

L’utente può selezionare il piano da usare tra tutti quelli da lui preparati, così da confrontarne la validità, prima di procedere nelle successive fasi di analisi. L’opeazione di correzione è una classica operazione di map algebra, una moltiplicazione tra i valori potenziali dati dal modello e l’indice di correzione applicato.

Le due immagini sottostanti mostrano, a titolo di esempio, il risultato prima e dopo la correzione, ma occorre precisare che in ambedue i casi i valori sul territorio sono continui e non discreti e che il passaggio tra le classi generalmente avviene in maniera graduale, a meno che non vi siano elementi particolari di variabilità.

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Analisi della variabilità: Modulo vegetazionale

Nel caso in cui si disponga di un’immagine multispettrale ad alta risoluzione, il sistema può utilizzarla all’interno di questo modulo, per migliorare la propria capacità di discriminazione di zone diverse del vigneto. L’immagine richiesta, per apportare un valido contributo all’analisi della realtà produttiva, dovrà avere una risoluzione spaziale molto elevata (volo aereo, QuickBird, Iknos, ecc.) ed essere stata acquisita nel periodo di massimo vigore del vigneto. Sarà inoltre cura dell’utente controllare se le differenze osservate non siano attribuibili a interventi o modifiche e che le considerazioni fatte possano ritenersi valide per tutto il periodo in esame.

Immagini a minore risoluzione possono essere utilizzate, ma l’utente dovrà valutare attentamente il tipo di applicazione, tenendo presente che il valore del pixel corrisponderà ad un valore medio sulla superficie osservata, nella quale troveremo non soltanto il contributo delle viti, ma anche quello del suolo e della vegetazione presente nell’interfilare.

VISAVES non effettua il calcolo dell’indice vegetazionle normalizzato (NDVI) al suo interno, ma ne richiede l’immissione da parte dell’utente. Per il momento il sistema considera valida l’informazione entro un preciso spazio temporale (± 40 giorni) assegnando a ciascun giorno un peso in funzione della distanza tra la data d’interesse (indicata dall’utente ) e la data di acquisizione dell’immagine: maggiore è la distanza temporale, minore sarà il contributo informativo dell’immagine. Nel caso di immagini acquisite dopo il periodo di massimo sviluppo si può assumere che rimanga comunque valida un’informazione di base (es. zone a suolo nudo) e una di massima (zone a minore/maggiore vegeazione), fino alla fine del ciclo, anche se il peso relativo sarà nel complesso molto basso (<0.1 di variazione).

L’NDVI è utilizzato per l’introduzione di informazioni di elevato dettaglio spaziale sulla situazione del vigneto, considerando che i valori elevati di NDVI corrispondano ad un LAI e ad una biomassa elevata e quindi non inducano sostanziali modifiche rispetto al valore potenziale dato dal modello, mentre valori via via più bassi siano indice di scarso vigore e quindi debbano essere “pesati” riducendo progressivamente il valore potenziale indicato dal modello.

Il modulo esegue quindi un’analisi statistica sulle aree vitate, ottenenedo il fattore di correzione che varierà tra 0 e 1 in caso di immagine ritenuta perfettamente rappresentiva, mentre avrà valori sempre più vicini a 1 (che lasciano inalterati le indicazioni potenziali del modello) man mano che ci si allontana dalla data di acquisizione.

La validità del risultato finale dipenderà dalla risoluzione, dalla complessità morfologica, dalla presenza di nuvole o altri fattori, che dovranno essere attentamente valutati sull’immagine sorgente, prima di procedere all’applicazione del fattore di correzione.

 

Indice Vegetazionale Normalizzato, ottenuto dallle immagini aeree.
Indice Vegetazionale Normalizzato, ottenuto dallle immagini aeree.

 

 

Esempio di variazione al 10.06.04 del’INDICE DI BIOMASSA per alcuni vigneti
Esempio di variazione al 10.06.04 del’INDICE DI BIOMASSA per alcuni vigneti

 

Esempio di uscita finale del sistema per la stima della produzione sul singolo vigneto.
Esempio di uscita finale del sistema per la stima della produzione sul singolo vigneto.

Nella figura sono stati riportati i valori potenziali forniti dal modello per le forme di allevamento a tendone e gujout (prese come esempio), ma anche le differenze tra impianti nuovi e vecchi, con questi ultimi che mostrano numerose fallanze e zone a forte variabilità. Disponendo di dati meteorologici e di produzione per un certo numero di anni (una decina), in base ai valori potenziali del modello e all’analisi della coperatura vegetale è possibile ottenere indicazioni sulla produzione reale a vigna o per settore.

 

 

 


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