Chi si avvicina al telerilevamento in agricoltura arriva quasi sempre con la stessa domanda formulata al contrario: quanto è meglio il drone del satellite? La risposta onesta è che spesso non lo è. Su superfici estese e omogenee le immagini satellitari sono sufficienti, aggiornate e gratuite, e spendere per un volo non produce alcuna informazione in più.
Il drone diventa necessario in una condizione precisa: quando l’unità che devi misurare è più piccola del pixel satellitare. La singola pianta, il filare, la porzione di appezzamento di poche decine di metri quadri. Sotto quella soglia il satellite non sbaglia la misura — semplicemente non la vede, perché la media insieme a tutto il resto.
Questo articolo spiega come stabilire da che parte cade il tuo caso, prima di commissionare un rilievo. Se sei già arrivato alla conclusione che ti serve un’acquisizione ad alta risoluzione, la pagina dei nostri servizi di agricoltura di precisione con drone descrive sensori, tempi e formati di consegna.
Cosa misurano davvero i due strumenti
NDVI è un rapporto fra due bande: la riflettanza nel vicino infrarosso e quella nel rosso. La formula è identica su qualsiasi piattaforma. Quello che cambia non è l’indice, ma il supporto della misura: la porzione di terreno che ogni singolo valore riassume.
Sentinel-2 acquisisce le bande rosso (B4) e vicino infrarosso (B8) a 10 metri di risoluzione. Ogni pixel dell’NDVI corrisponde quindi a un quadrato di 100 metri quadrati. Le bande del red-edge, quelle più sensibili allo stato dell’azoto, scendono a 20 metri: 400 metri quadrati per pixel. Il dato è gratuito, distribuito dal programma Copernicus, con un archivio continuo che parte dal 2015.
Landsat 8 e 9 lavorano a 30 metri: 900 metri quadrati per pixel, con un archivio che risale agli anni Ottanta ed è insostituibile per le analisi di lungo periodo, ma inutilizzabile per decisioni agronomiche a scala di appezzamento.
Un sensore multispettrale su drone, alle quote di volo tipiche di un rilievo agricolo, produce una risoluzione al suolo compresa fra circa 3 e 8 centimetri per pixel. A 5 centimetri, un pixel copre 25 centimetri quadrati: quattromila volte meno di un pixel Sentinel-2. Il volo include un pannello di calibrazione radiometrica a terra, che rende i valori confrontabili fra date diverse e condizioni di luce diverse.
La differenza, quindi, non è di qualità. È di scala di osservazione. Il satellite misura appezzamenti, il drone misura piante.
Il problema del pixel misto
Il pixel misto è la ragione tecnica per cui, in certe colture, l’NDVI satellitare non risponde alla domanda che gli si sta ponendo.
Prendiamo un vigneto con sesto d’impianto di 2,5 metri fra i filari. Un pixel Sentinel-2 di 10 × 10 metri ne contiene quattro. La chioma, in piena vegetazione, occupa una fascia di 60-80 centimetri per filare: la superficie fogliare proiettata copre quindi circa un quarto del pixel. Il restante 70-75% è interfila — inerbimento, cover crop, suolo nudo o lavorato.
Il valore NDVI restituito per quel pixel è la media pesata di tutto ciò che sta dentro. Un’interfila verde e vigorosa alza il valore; una vite in stress idrico lo abbassa di poco, perché pesa per un quarto. Il risultato è che la variabilità che si osserva sulla mappa satellitare può essere in larga parte variabilità del cotico erboso, non della coltura.
Lo stesso meccanismo agisce, con proporzioni diverse, in oliveti, frutteti, actinidieti e in tutte le colture arboree: ovunque la coltura non copra il suolo in modo continuo, l’NDVI a 10 metri misura un oggetto composito.
Il confronto visivo lo rende immediato. Nel rilievo su vigneto realizzato per CREA abbiamo prodotto tre elaborati sulla stessa estensione: l’ortofoto RGB, la mappa NDVI calcolata sull’intera superficie e la stessa mappa dopo la selezione dei soli pixel di chioma. Le prime due raccontano una storia; la terza ne racconta un’altra, perché è l’unica in cui il valore si riferisce alla pianta. Con un pixel da 10 metri quell’operazione non è eseguibile: non esistono pixel di sola chioma da selezionare.
Sui seminativi a copertura continua — frumento, mais in fase avanzata, erba medica — il problema quasi scompare. Il pixel è occupato dalla coltura per intero e il valore è rappresentativo. È esattamente il caso in cui il satellite basta.
Sulla scelta dell’indice più adatto a ciascuna situazione, e sui limiti dell’NDVI in condizioni di alta biomassa, rimandiamo al contenuto dedicato agli indici di vegetazione.
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Frequenza di rivisita e disponibilità a comando
Il secondo criterio è temporale, e viene sottovalutato più del primo.
La costellazione Sentinel-2 garantisce una rivisita di 5 giorni all’equatore, che alle medie latitudini scende a 2-3 giorni grazie alla sovrapposizione fra orbite adiacenti. Sono numeri eccellenti. Ma sono numeri geometrici: descrivono quando il satellite passa, non quando produce un’immagine utilizzabile.
La specifica di missione lo dice esplicitamente: sull’Europa l’obiettivo è fornire prodotti privi di copertura nuvolosa tipicamente ogni 15-30 giorni. La nuvolosità non è un inconveniente occasionale, è la variabile che governa la disponibilità reale del dato. In primavera, nelle aree padane e appenniniche, sequenze di due o tre settimane senza un’acquisizione pulita sono normali.
Il punto è che molte decisioni agronomiche hanno una finestra di pochi giorni. La verifica di un attecchimento dopo un trapianto, il controllo di un danno da grandine ai fini assicurativi, la mappa di prescrizione per una concimazione azotata di copertura, la definizione delle zone di raccolta differenziata: se l’immagine arriva quando l’intervento è già stato fatto, il dato ha valore statistico ma non operativo.
Il drone risolve un problema diverso da quello della frequenza. Vola sotto le nuvole e vola quando lo si decide. Non è “più frequente” del satellite — nessuno rileva 200 ettari ogni cinque giorni con un drone — ma è disponibile nella finestra utile, con i limiti operativi noti: vento, precipitazioni, e la necessità di una condizione di illuminazione stabile durante l’acquisizione.
Riassumendo: il satellite dà continuità, il drone dà tempestività. Sono due proprietà diverse e non si sostituiscono a vicenda.
Quando basta il satellite, quando serve il drone
| Criterio | Il satellite è sufficiente | Serve il drone |
|---|---|---|
| Dimensione dell’unità da misurare | Zone omogenee da mezzo ettaro in su | Singola pianta, filare, porzione di poche decine di m² |
| Tipo di coltura | Seminativi a copertura continua | Colture arboree, vigneti, oliveti, frutteti |
| Superficie | Da decine a centinaia di ettari | Pochi ettari, o zone selezionate di superfici maggiori |
| Finestra decisionale | Settimane | Giorni |
| Serie storica | Archivio continuo dal 2015 (Sentinel-2), dagli anni ’80 (Landsat) | Nessun archivio: si parte dalla data del primo volo |
| Obiettivo | Zonizzazione, dose variabile per macro-zone, andamento stagionale | Diagnosi puntuale, conteggio e stato delle piante, verifica di un intervento |
| Prodotti derivati | Mappe di indice | Indici, ortofoto ad alta risoluzione, modelli 3D della chioma, stima del volume vegetativo |
| Costo | Nullo per i dati Copernicus | Costo per ettaro, decrescente con la superficie |
Il criterio sintetico è uno solo, ed è dimensionale: qual è l’oggetto più piccolo che devo essere in grado di distinguere? Se supera i 20-30 metri di lato, il satellite lo vede. Se è la singola pianta o il singolo filare, non lo vedrà mai, indipendentemente dall’elaborazione applicata a valle.
Il caso ibrido: satellite per lo screening, drone per l’approfondimento
Nella maggior parte delle aziende strutturate la scelta non è alternativa. È sequenziale, e permette di contenere i costi senza rinunciare al dettaglio.
Primo passaggio — screening satellitare. Si costruisce la serie temporale Sentinel-2 dell’intera superficie aziendale sulla stagione in corso e sulle due o tre precedenti. L’obiettivo non è diagnosticare, ma individuare: quali appezzamenti mostrano un comportamento anomalo rispetto alla loro storia, quali zone si comportano in modo sistematicamente diverso dal resto, dove la variabilità è stabile negli anni e dove è episodica. È un’analisi che non costa nulla in termini di dati.
Secondo passaggio — volo mirato. Il rilievo con drone si concentra sulle sole aree che lo screening ha segnalato. Non si rilevano 200 ettari: se ne rilevano 15, quelli in cui c’è qualcosa da capire. A quel punto la risoluzione centimetrica risponde alle domande che il satellite ha sollevato ma non può chiudere — se l’anomalia riguarda le piante o l’interfila, se è distribuita o concentrata su file contigue, se coincide con una variazione di suolo, con un problema di impianto irriguo o con una fallanza.
Terzo passaggio — ritorno al satellite. Una volta capito il fenomeno sul dettaglio, la firma osservata sul dato ad alta risoluzione aiuta a interpretare correttamente le immagini satellitari successive, che tornano a essere lo strumento di monitoraggio ordinario a costo zero.
Questa impostazione è quella che applichiamo nel monitoraggio delle colture con droni: il volo è la parte costosa del processo e va speso dove produce informazione che altrimenti non esisterebbe.
In pratica
Prima di commissionare un rilievo, vale la pena rispondere a tre domande nell’ordine:
- Che cosa devo distinguere, e quanto è grande? È il criterio dirimente. Sotto i 20 metri, il satellite non basta.
- Entro quando mi serve il dato? Se la finestra è di settimane, si può attendere un’immagine pulita. Se è di giorni, va pianificato un volo.
- Mi serve una fotografia o una serie? Per l’andamento pluriennale l’archivio satellitare non ha alternative. Per la diagnosi di un problema in corso, ne ha una sola.
Se le risposte portano al satellite, i dati Copernicus sono pubblici e accessibili: non c’è ragione di spendere. Se portano al drone, la scelta successiva riguarda il sensore e l’indice, non più la piattaforma.
