Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria...

37
Unidad de Mecanización Agraria http://uma.deab.upc.edu Unidad de Mecanización Agraria Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow, nozzle type and density of vine canopy Javier Campos 1 , Emilio Gil 1 , Montserrat Gallart 1 , Jordi Llorens 2 , Ramón Salcedo 1 , Jordi Llop 1 1 Department of Agro Food Engineering and Biotechnology Universitat Politècnica de Catalunya 2 Department of Agricultural and Forest Engineering, Research Group in AgroICT and Precision Agriculture, University of Lleida 14th Workshop on Spray Application Techniques in Fruit Growing – Hasselt (Belgium) May 2017

Transcript of Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria...

Page 1: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow, nozzle type and density of vine canopy

Javier Campos1, Emilio Gil1, Montserrat Gallart1, Jordi Llorens2, Ramón Salcedo1, Jordi Llop1

1 Department of Agro Food Engineering and Biotechnology Universitat Politècnica de Catalunya2 Department of Agricultural and Forest Engineering, Research Group in AgroICT and Precision Agriculture, University of Lleida

14th Workshop on Spray Application Techniques in Fruit Growing – Hasselt (Belgium) May 2017

Page 2: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Objectives

Layout of the experiment and spray settings

Canopy characterization

Results

Conclusions

Page 3: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Objectives

Layout of the experiment and spray settings

Canopy characterization

Results

Conclusions

Page 4: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Determine the effect of nozzle type and air assistance on PPP lossestrough the last row during a vineyard spray application

Evaluate the effect of canopy characteristics on drift reduction dependingof different sprayer’s settings

Evaluate the potential use of LiDAR for estimating drift traversing thecanopy

Page 5: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Objectives

Layout of the experiment and spray settings

Canopy characterization

Results

Conclusions

Page 6: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Assays were conducted in two consecutive years Growth stage BBCH 85(late July) with maximum canopy development Two different sprayers were used Different spray adjustments were selected, combining nozzle type and air assistance

Page 7: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

III

III III

III

III

III III

III

Low air assistance High air assistance

Page 8: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

SprayerAir flow

Nozzle type (n°) Pressure (bar)

Droplet size(1)

Application rate

m∙s−1 m3∙h−1 L∙min−1(2) L∙ha−1

Year 1

Master 2000 24.427,507 ATR yellow (10) 8.0 VF 0.92 369

27,507 TVI 80015 (10) 8.0 C 0.98 393

Master 2000 31.134,959 ATR yellow (10) 8.0 VF 0.92 369

34,959 TVI 80015 (10) 8.0 C 0.98 393Iris‐2 14.6 6,423 ATR orange (16) 8.0 VF 1.24 398

Year 2Master 2000 24.4 27,507 ATR yellow (10) 9.0 VF 0.97 413

27,507 TVI 80015 (10) 8.0 C 0.98 418Master 2000 31.1 34,959 ATR yellow (10) 9.0 VF 0.97 413

34,959 TVI 80015 (10) 8.0 C 0.98 418

Iris‐2 15.1 7,804 ATR yellow (20) 9.0 VF 0.97 4137,804 TVI 80015 (20) 8.0 C 0.98 418

Iris‐2 17.5 9,292 ATR yellow (20) 9.0 VF 0.97 4139,202 TVI 80015 (20) 8.0 C 0.98 418

Sprayer settings during the field trials

(1) According to BCPC classification (Doble et al. 1985)(VF: Very Fine; C: Coarse); (2) Flow rate per single nozzle.

Page 9: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Page 10: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

½ row distance1 x row distance2 x row distance

Page 11: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

3.2 m

6.4 m

Year 1

20 m

Page 12: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

1.6 m

3.2 m

Year 2

20 m

Page 13: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Page 14: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Deposition (on petri dishes)

/

Application rate factor

Normalized Deposition.

Page 15: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Air characterization

3D ultrasonic anemometerGill instruments, Hampshire, United Kingdom)

Page 16: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Sprayers settings – Air characterization

Page 17: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Objectives

Layout of the experiment and spray settings

Canopy characterization

Results

Conclusions

Page 18: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Electronic canopy characterizationLiDAR SICK MS 200

Page 19: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Electronic canopy characterizationLiDAR SICK LMS 200

Page 20: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Canopy characterization with LiDAR

Llorens, J., Gil, E., Llop, J., Queraltó, M. 2011. Georeferenced LiDAR 3D vine plantation map generation. Sensors, 11:6237-6256.

Page 21: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

0,60,81

1,21,41,6

LAI

0

2000

4000

6000

TRV

0250050007500

10000

10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5

LWA

ROW DISTANCE (M)

Year 1

Llorens, J., Gil, E., Llop, J., Queraltó, M. 2011. Georeferenced LiDAR 3D vine plantation map generation. Sensors, 11:6237-6256.

0,6

0,8

1

1,2

1,4

LAI

0

2000

4000

6000

TRV

0250050007500

10000

10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5

LWA

ROW DISTANCE (M)

Year 2

Page 22: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

0,6

0,8

1

1,2

1,4

LAI

0

2000

4000

6000

TRV

0250050007500

10000

10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5

LWA

ROW DISTANCE (M)

Year 2

Llorens, J., Gil, E., Llop, J., Queraltó, M. 2011. Georeferenced LiDAR 3D vine plantation map generation. Sensors, 11:6237-6256.

Page 23: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Objectives

Layout of the experiment and spray settings

Canopy characterization

Results

Conclusions

Page 24: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Year 1

A (3,2 m) B (6,4 m) V

A (3,2 m) B (5,7 m) V

A (3,2 m) B (5,7 m) V

A (3,2 m) B (5,7 m) V

Page 25: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Year 1

Deposition Test Bench and CROP (m2 vegetation/m) 

Page 26: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

A (3,2 m) B (6,4 m) V

Year 1

Deposition Test Bench and CROP (m2 vegetation/m) 

Page 27: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Year 2

A (1,6 m) B (3,2 m) V

A (1,6 m) B (3,2 m) V

A (1,6 m) B (3,2 m) V

A (1,6 m) B (3,2 m) V

Page 28: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Year 2

Deposition Test Bench and CROP (m2 vegetation/m) 

Page 29: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Year 2 A (1,6 m) B (3,2 m) V

A (1,6 m) B (3,2 m) V

A (1,6 m) B (3,2 m) V

A (1,6 m) B (3,2 m) V

Page 30: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Year 2

Deposition Test Bench and CROP (m2 vegetation/m) 

Page 31: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Air injectio

n –High

 air

Air injectio

n –Low air

Conven

tiona

l –High

 air

Page 32: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Air injection – Low air

Conventional – High air

Air injection – High air

Page 33: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

a ab b b

a ab ab b

a a a a

b b a c

Page 34: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Gil, E., Llorens, J., Llop, J., Fàbregas, X., Gallart, M. 2013. Use of a terrestrial LIDAR sensor fordrift Detection in vineyard spraying. Sensors, 13: 516-534.

Page 35: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Objectives

Layout of the experiment and spray settings

Canopy characterization

Results

Conclusions

Page 36: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Conventional mistblower generates  much more drift than multi‐row sprayer

Air injection nozzles increases the amount of deposit in the nearest area close to the last row (< 5 m)

Large air assistance with conventional nozzles enlarge the contaminated area

Air assistance, sprayer type and nozzle type have different effect of drift:sprayer type > air assistance > nozzle type

LiDAR allows to estimate/evaluate drift potential, but more research should be applied

It seems difficult to quantify the effect of canopy characteristics (density, leaf area…) on the amount of liquid exceeding the last row

Page 37: Lidar vs. test bench for measurement of drift as affected ... · Unidad de Mecanización Agraria Lidarvs.test bench for measurement of drift as affected by sprayer type, air flow,

Unidad de Mecanización Agrariahttp://uma.deab.upc.eduUnidad de Mecanización Agraria

Thank you very much