domingo, enero 16, 2022

Ganadería desde el aire: conteo de ganado vacuno u ovino con drones

El informa trata sobre una técnica simple, al alcance de todos, para realizar una apreciación de cantidad y calidad de animales vacunos y ovinos utilizando un drone y procesando sus fotografías, las cuales quedaran como documentación en caso de necesidad de alguna índole.

Introducción

Cuando se trabaja con vacunos u ovinos una practica habitual es el conteo y la inspección para determinar su estado sanitario y condición corporal. Esta tarea demanda recursos humanos, tiempo y movilidad que pueden ocuparse en otro menester. Este breve trabajo trata sobre una técnica simple, al alcance de todos, para realizar una apreciación de cantidad y calidad de animales vacunos y ovinos utilizando un drone y procesando sus fotografías, las cuales quedaran como documentación en caso de necesidad de alguna índole.

El objetivo

Es volar hacia donde este el lote de animales, y desde una altura discreta, a fin de no generar estrés o alarma en los animales, fotografiar al rebaño. Luego, estas fotografías serán procesadas por un software de conteo automatizado pero con supervisión, revelando el numero de animales.

Analizando también las mismas, es posible en el caso de los vacunos, estimar su condición corporal desde una perspectiva cenital, que es mas reveladora que la usual porque desde arriba se puede observar muy bien el perfil desde el lomo del animal y ver detalles que a nivel óptico del suelo son mas discretos.

También en caso de seguridad y seguimiento es posible advertir faltantes, problemas de salud y otros para el ojo entrenado.

Finalmente como se comento en lineas superiores, todo el material sirve de respaldo documental para fines productivos, de seguridad, sanidad animal y determinación de costumbres del rebaño.

Procedimiento de conteo animal

El método consiste en la planificación previa al vuelo (lote, altitud de vuelo, objetivo a cumplir), el momento del vuelo (check list para iniciar la misión, vuelo propiamente y recolección de información) y su posterior análisis. Nos centraremos en el tercer paso del método.

Partimos del supuesto que el lote de animales esta en una determinada ubicación, con el vuelo detectamos si estos animales están juntos o dispersos y en base a esto se procede a fotografiarlos desde una altura de 30 a 80 metros según el tipo de animal y sensibilidad de los mismos al ruido del Drone. Hay que recordar que otro de los usos que dimos al drones es el arreo de animales, ovinos y vacunos, de los cuales hicimos algunos videos ilustrativos. Es una técnica potencialmente útil en sitios o circunstancias a los que se es difícil acceder con un ser humano.

Pero aquí tratamos de lo contrario, de no moverlos. Las distintas fotografías del grupo disperso o no, serán el principal elemento para nuestro conteo.

Técnica de recopilación de datos: insumos

Durante el vuelo se obtienen varios insumos informativos:

  1. FPV: el primero de ellos es la visión del piloto mientras vuela la misión, Este insumo primario es de fácil acceso ya que se produce mientras se desempeña la labor del pilotaje. Inmediatamente se identifican las principales características del terreno sobrevolado y sus detalles, pero debido a que es algo fugaz y dependiente del medio en el cual se observe, usualmente un celular o a lo sumo una tablet, muchos detalles menores se pierden y solo son rescatados posteriormente por los otros insumos.
  2. Fotografías aéreas: también definidas como cenitales debido al angulo de 90° perpendicular al plano del suelo. En ellas según la altitud la resolución espacial puede llegar a ser muy alta. Por ejemplo a 30 metros de altitud se obtiene una resolución espacial de 1,24 cm px-1, a 90 metros de altitud 2,5 cm px-1  es decir que en general las fotografías aéreas poseen en general una resolución de imágenes de 12 mega pixeles. Este detalle y fidelidad permiten luego del vuelo un análisis mas profundo y detallado que permiten estudios y reportes más profundos sobre los diversos temas que se abordan en cada misión.

Videos: finalmente el ultimo insumo de información que se obtiene en crudo de una misión son los videos. Según el drone pueden ser de mayor o menor resolución pero en general los drones profesionales suelen ser de calidad HD y FHD y mas raramente UHD; que presentan una excelente calidad documental.

  1. tanto para tener como referencia como para material de difusión o divulgación de calidad profesional.

En el caso puntual de nuestra investigación sobre  animales, específicamente conteo, las fotografías es el principal recurso, También los videos ya que de ellos podemos realizar capturas de pantalla y usar para contabilizar los animales en el terreno.

Procesamiento de las fotografías

Una vez obtenidas las fotografiás aéreas las procesaremos con un software llamado Things Count, que es de pago pero permite su uso gratuito durante algún tiempo. Este software posee un sistema de patterns (patrones, ellos lo denominan templates) en plantillas, habiendo un par de vacunos y de ovinos. Con estas plantillas que identifican formas y colores el motor de inteligencia del programa, disponible para windows y para android, puede realizar un conteo automático de los animales.

Es aconsejable sin embargo que al mismo tiempo que se hace automático lo supervisemos ya que posee una función de supervisión, lo que se denomina “clasificación supervisada” en la cual eliminamos los falsos positivos y agregamos los falsos negativos. De todas maneras los fabricantes del software solicitan que si el programa no realiza correctamente la cuenta, se les envíen las fotografiás así las estudian y pueden refinar los templates para hacerlos mas efectivos.

Esta función manual es una forma de entrenamiento del software que según comentan sus desarrolladores, hace que el mismo vaya incorporando información nueva y cada vez sea mas eficiente en su clasificación.

En el caso de los vacunos el programa es muy fiable, pero en el caso ovino debido a los colores (no todas las ovejas son blancas como en el pattern) es menos confiable en automático y requerirá de alguna supervisión manual.

En los ejemplos a continuación veremos tanto el procedimiento como la supervisión y los casos de ambos tipos de animales.

Ejemplos de uso

Hemos elaborado un par de ortomosaicos (una imagen conformada por varias fotografías aéreas que componen una superficie mayor) de dos lotes, uno de ovejas y otro de vacunos. Estos dos OM los procesaremos con el software Things Count, aunque también podemos hacer lo mismo con las fotografías individuales de cada sector del lote y luego sumar los resultados.

En el primer lote se aprecian vacunos, en el segundo OM vemos algunas ovejas, también realizaremos la cuenta de las mismas, aunque al igual que el lote anterior también podemos ir haciendo la suma parcial de las fotografiás y obtener el mismo resultado. El uso de los ortomosaicos en este caso obedece a la razón de exponer todo el lote en su conjunto para tener una visión global del grupo de animales. Hay que aclarar que realizar un ortomosaico es una técnica compleja que de momento escapa al sentido de este trabajo, que solo lo utilizamos de ejemplificación.

Primera composición de 71 imágenes aéreas hicimos el recorte solo de la zona donde esta concentrado el ganado vacuno, fuera de esta imagen hay un par mas de animales.

En la segunda composición de 36 fotografías aéreas, se resumió el recorte también a la zona donde la majada esta concentrada, fuera de este recorte no hay animales.

El software posee una serie de guías de uso (tutoriales) por lo que omitiremos explicar aquí los detalles e ir a lo general.

El primer paso es abrir el programa y seleccionar el template adecuado, comenzaremos por vacunos, como se ve en la imagen

Los templates son los patrones para el reconocimiento de los animales a contabilizar. Es importante que las fotografías aéreas sean lo mas verticales posibles, bien iluminadas y en lo posible con los colores bien contrastados. Cargamos el ortomosaico o fotografiá cenital.

Este problema de identificación es mas acentuado en el ganado ovino, ya que las diferentes coloraciones de los mismos, la diferencia de volúmenes (ovejas de lana, deslanadas, preñadas etc) darán errores mas seguidos.

En este ejemplo seleccionamos el ortomosaico de los vacunos (ver arriba) y lo procesamos con “contar” marcado en rojo en la imagen.

Después de unos segundos el software identifica los vacunos que mas se ajustan a sus parámetros y los marca con un circulo y un numero, como advertimos en la segunda imagen.

El resultado es bastante acertado pero igualmente debemos revisar en busca de falsos positivos y negativos. Puede detectar formas en el terreno que sean otra cosa y las contabilice así como no tomar un animal porque en el momento del disparo fotográfico se movió y salio sin forma reconocible.

Aquí vemos un conteo inicial en el cual se han contabilizado casi todos los animales pero hay algunos que no ha detectado, marcados en rojo. Hay que tener en cuenta un detalle sobre los ortomosaicos.

Si los animales se han movido pueden dar lugar a “fantasmas” o sombras movidas, ya que el OM se compone de varias fotografías por punto (solapamiento de imágenes), lo cual puede distorsionar la apreciación del software para contabilizar. En cambio en las fotografías eso no ocurre debido a la alta velocidad de obturación y ser solo una única imagen fotográfica no compuesta de otras.

En la imagen posterior, abajo, detalle de agregado de nuevos animales (círculos en  naranja) Fueron animales tapados por una rama y otro “movido”.

Finalmente el resultado se guarda en una fotografía que queda marcada con los datos que sirven de respaldo documental El procedimiento es sencillo y no requiere de mayor complejidad mas que examinar con el Zoom de la aplicación en busca de ganado no contabilizado (se marcan con el botón izquierdo sobre el objeto a contar) o desmarcar algo que no lo es (botón derecho sobre el objeto contabilizado).

problemas con las formas, colores y ángulos de fotografías

Otra caso es el conteo de ovinos, resulta mas complejo para este software porque en primer lugar el template solo contempla ovejas blancas y no de otros colores, tampoco  diferencia las formas ya que las del patrón no corresponden a las que posee la majada testigo (preñadas, lanudas y deslanadas). Aun así y con la imprecisión que posee la aplicación, es posible contabilizar a los animales pero debe preverse poseer varias fotografiás cenitales. En nuestra experiencia de un lote de 36 fotografías solo dos sirvieron para contabilizar correctamente –con un margen de error– a la majada.

En primer termino cargamos el template de ovejas. Luego el ortomosaico.

procesamos con el botón de “Contar” y obtenemos los resultados. Se observan que hay animales no contabilizados, que corresponden a distintos colores que el template.

Ajustamos el conteo con los falsos negativos marcándolos con el mouse y haciendo clic con el botón izquierdo del mismo. Esto agregara un circulo naranja y aumentara el contador en una unidad.

El conteo realizado por las fotografías en lugar de un gran ortomosaico, funciona mejor  aunque es mas trabajoso y debemos evitar contar dos o mas veces, ya que las mismas.

No abarcan todo el terreno cubierto por la majada. Aquí el conteo de una de esas fotografías cenitales.

Recordemos que estas imágenes se obtuvieron a 30 metros de altura. Un ejemplo con un conteo a mayor altitud (90 metros) es esta otra imagen fotográfica lateral de una majada de animales preñados o la siguiente que es de vacunos en un lote adjunto.

Ultima imagen de procesamiento: majada contabilizada recortando el área de conteo, la exactitud en este caso fue excepcionalmente buena (100%), en este caso se utilizo la fotografía y no un ortomosaico para el procesado utilizando la herramienta de recorte de la aplicación.

El sombreado es el área ignorada por la herramienta para el conteo. Lote de ovejas a 30 metros de altitud.

Resumen

  • El conteo de animales mediante drones es una técnica que permite obtener información de una manera documentada, rápida y con ahorro de recursos de tiempo y personal; aunque requiere de la inversión de un drone que posea autonomía de al menos 12-15 minutos y un entrenamiento para su pilotaje seguro.
  • El material también sirve para otros propósitos: seguimiento de animales (costumbres, estado corporal, sanidad, evaluación de pasturas etc) que optimizan también recursos, ademas agrega seguridad porque permite visualizar rastros de abigeato, animales muertos etc. que también son pruebas documentales. El uso de drones es disuasorio de este tipo de delitos.
  • El software es de pago pero puede utilizarse gratuitamente por un periodo de prueba que permite calibrar su utilidad y rendimiento. Este software esta en evolución pero ademas cuenta con un servicio que permite enviarles fotografías para que mejoren los algoritmos de detección y ser mas precisos.
  • Todo el conjunto (dispositivo de vuelo, software y procesamiento) no requieren una capacitación extensa ni compleja. El INTA EEA Corrientes esta brindando estas desde su plataforma virtual y presencialmente[1] de estas y otras técnicas de uso de drones en el ámbito agropecuario.

Fuente: Lic. Ms. Sc. Edwin M. Aguiar [email protected] por mayor información.

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